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Ciencia Nuestra de cada Día

La Naturaleza nos sorprende cada instante con multitud de fenómenos que despiertan nuestra curiosidad. La Ciencia Nuestra de Cada Día es un espacio en el que Ángel Rodríguez Lozano nos incita a mirar a nuestro alrededor y descubrir fenómenos cotidianos que tienen explicación a la luz de la ciencia.

¿Podemos ver más de la mitad de la superficie lunar desde la Tierra?

La cara de la Luna - Ciencia Nuestra de Cada Día Podcast - CienciaEs.com

Sí, de hecho, desde la Tierra se puede ver hasta el 59 % de la superficie lunar. Voy a intentar explicar por qué.
Si os habéis parado a mirar la Luna durante muchas noches y días, habréis visto que, independientemente de la porción iluminada por el Sol, que da lugar a las fases lunares, nuestro satélite siempre muestra la misma superficie. Observada con unos prismáticos o con un telescopio, están siempre a la vista los mismos cráteres, los mismos mares lunares, incluso si la miramos a simple vista, siempre nos muestra “la misma cara”.

Esa obsesión lunar por mirar fijamente a la Tierra tiene su razón de ser. En un principio, hace miles de millones de años, la Luna giraba más rápido, pero, con el tiempo, las mareas creadas por la Tierra, al atraer con mayor fuerza la parte de su superficie más cercana a nosotros, fueron ralentizando su rotación hasta sincronizarla con el periodo de traslación alrededor de nuestro planeta. Es como si entre los ambos cuerpos hubieran llegado a un acuerdo para alcanzar un equilibrio. Como si la Luna, cansada de que la Tierra tirara de ella con sus mareas, le dijera: “Voy a mirarte a los ojos siempre, a medida que me desplazo a tu alrededor iré girando para tenerte siempre a la vista”. Es un acuerdo muy común en el Sistema Solar, lo mismo ha sucedido con los satélites de Júpiter, las lunas de Saturno, Plutón y su satélite Caronte, etc. Los astrónomos le dan varios nombres: rotación síncrona, acoplamiento de marea o rotación capturada.

Queda claro que, para mantener su mirada hacia la Tierra, la Luna debe girar poco a poco sobre su eje, de tal manera que tanto su rotación como el periodo de su órbita duran 27 días 7 horas y poco más de 43 minutos en dar un giro completo. Y lo mismo que la Tierra gira alrededor de su eje una vez cada día y su periodo es estable todo el tiempo – no tenemos unos días que duren más que otros-, la Luna también conserva su velocidad de rotación todo el tiempo. La cara que la Luna muestra siempre a la Tierra, decimos que es su cara visible (visible desde la Tierra) y la mitad que no se ve nunca es la “cara oculta”.

Dicho así lo lógico es pensar que desde nuestra casa terrestre podemos ver, como mucho, solamente la mitad de la superficie Lunar, o sea el 50%. Es fácil de comprobar poniendo ante nosotros una pequeña bola. Sin embargo, no es así, como he dicho, se puede observar el 59% de la superficie ¿cómo es posible?
Como suele suceder, no hay acuerdo perfecto, todo tiene su letra pequeña. En este caso, las características peculiares de la órbita de la Luna, unida a la visión que se tiene de ella desde distintos lugares de la Tierra, nos permiten arañar pequeñas porciones a la cara oculta y hacerlas visibles para nosotros.

¿Y a qué se deben esos cambios? Pues a un fenómeno denominado “libración”. Voy a ir explicándolos poco a poco.

Como la ciencia hay que tomársela de manera relajada, para comprender lo que sucede os propongo un experimento casero. Es muy fácil, tan sólo hay que ir a la cocina y coger un vaso de agua o una copa, si además tienen contenido lo podéis celebrar después echando un trago. Sujetad la copa frente a vuestros ojos, estirando el brazo todo lo que podáis, porque esa copa va a ser la Luna y vuestra cabeza, la Tierra. Si ahora giráis todo el cuerpo manteniendo la copa en la mano extendida, tendréis un símil bastante aceptable de por qué la Luna enseña siempre la misma cara.

Pero, ahí se acaban los parecidos porque, la realidad es que los movimientos de la Luna y la Tierra son más complicados. La copa de nuestro experimento describe una circunferencia alrededor de nosotros, pero la órbita que describe la Luna alrededor de la Tierra, no es una circunferencia, sino una elipse. Es decir, no se mantiene siempre a la misma distancia sino que unas veces se acerca a la Tierra y otras se aleja más de ella, algo que solo podríamos imitar si nuestro brazo fuera elástico y se estirara en unos puntos y se encogiera en el opuesto.

Ese movimiento de vaivén en la órbita lunar tiene consecuencias. Cuando la Luna se aleja, no solamente se va haciendo más pequeña ante nuestros ojos, sino que va frenando su velocidad debido a la atracción terrestre. Como sucede con la piedra lanzada hacia adelante y hacia arriba, que primero se eleva y luego la trayectoria se va curvando hasta que alcanza su máxima altura y vuelve a caer, a medida que la Luna se aleja va perdiendo velocidad. Cuando está situada en el punto más alejado, a 406.700 kilómetros de nosotros, la Luna lleva una velocidad de 960 m/s, después comienza a caer hacia la Tierra, es decir, se acelera. Va ganando velocidad, de tal manera que, al pasar por el perigeo, la distancia más cercana, a 356.400 kilómetros de la Tierra, no solamente la vemos más grande, sino que lleva la velocidad más alta: 1080 m/s. La velocidad máxima.

¿Qué consecuencias tiene ese cambio de velocidad desde nuestro punto de vista, como observadores desde la superficie terrestre? Pues, para entenderlo demos un repaso a conceptos básicos.

El primero es que cada órbita alrededor de la Tierra tiene un periodo estable. Es decir, que, si estás en una nave espacial que gira alrededor de la Tierra, cuanto más cerca orbites, más rápido girarás y menos tiempo tardarás en dar una vuelta completa alrededor del planeta. Y, cuanto más lejos orbites, más lento irás y más tardarás en completar una órbita. La Estación Espacial Internacional, por ejemplo, sigue una órbita casi circular situada a 400 kilómetros de altura sobre la superficie y da una vuelta a la Tierra en 93 minutos y cualquier objeto que pongamos a esa distancia tendrá el mismo periodo. Si el satélite está más lejos, por ejemplo cualquiera de los 24 que componen el sistema GPS, que orbitan a una altura de 20.200 km, dan una vuelta a la Tierra cada 11h y 58 min. Y los satélites geoestacionarios, como el Hispasat, situado a 35.486 kilómetros sobre la superficie, tarda exactamente lo mismo que la Tierra en girar sobre sí misma, es decir 23 h 56 m y 4 s. Cuanto más lejos nos situemos en una órbita circular, más tiempo empleamos en dar una vuelta completa a la Tierra.

Siguiendo este razonamiento ¿cuánto tardaría una nave o un satélite en circunvalar la Tierra en una órbita circular, y remarco lo de “circular”, a una distancia de 356.400 km, es decir, la distancia más cercana de la Luna a la Tierra? Mis cálculos revelan que ese satélite emplearía casi 24 días en dar una vuelta completa a la Tierra y, por supuesto, lo mismo tardaría la Luna si su órbita fuera circular a esa distancia, pero comprenderéis que, en ese caso, la Luna debería girar sobre su eje también una vez cada 24 días para ofrecer siempre la misma cara a la Tierra. Y puestos a calcular, pongámonos en el caso más extremo, si pusiéramos un satélite en una órbita circular a la máxima distancia que se sitúa la Luna, 406.700 km, tardaría unos 30 días en completar su órbita. Si fuera la Luna la que girara siempre en una órbita circular a esa distancia, no solamente tardaría ese tiempo, sino que además su rotación debería sincronizarse con ella y durar 30 días para ofrecer permanentemente la misma cara a la Tierra.

Así que encontramos con en una situación curiosa que pone en entredicho el acuerdo entre la Tierra y la Luna que mencioné al principio. Por un lado la Luna gira alrededor de su eje una vez cada 27 días 7 h y 43m, y ese giro es estable siempre, como lo es el giro diario de la Tierra.

Por otro lado, como acabamos de ver, su órbita, al no ser circular, oscila entre dos periodos, aunque el movimiento medio sea el indicado ya. Hay pues una falta de sincronía entre los dos movimientos. He dicho que en el punto más cercano la Luna debería tener un periodo de 24 días para ofrecer la misma cara, pero el periodo real es mayor, más de 27 días, así que el giro de la Luna es más lento de lo que debería y se “retrasa”. Como consecuencia, cualquier punto sobre su superficie se va quedando atrás, es decir, la Luna, desde nuestro punto de vista, gira un poquito hacia el Este y por lo tanto nos permite ver una pequeña franja de su cara oculta por el lado opuesto, por el Oeste.

A medida que avanza en su órbita va equilibrando su posición y vuelve a mostrar la cara inicial pero, cuando llega al punto más lejano, el apogeo, sucede lo contrario, la rotación real de la luna es más rápida que la que corresponde a la traslación en ese lugar y “se adelanta”, eso nos permite, desde la Tierra, observar un pedacito de la cara oculta por lado opuesto, por el Este. Así pues, en cada órbita, desde nuestro punto de vista, se produce un bamboleo que muestra un poquito de la cara oculta a ambos lados. Esto se conoce como “libración en longitud”.

Brindemos elevando nuestra copa a la salud de la libración. Pero seamos observadores, al levantar la copa, hemos cambiado su posición respecto a nosotros de manera, si antes no podíamos ver la base, ahora sí. En cambio, bajamos la copa, podremos ver la parte de arriba, la boca de la copa. Bien, pues ese “levantar la copa” tiene su similitud con otro fenómeno, conocido como “libración en latitud” en la Luna. Se debe a que la Luna no gira en un plano que coincida con el de la Tierra alrededor del Sol. Está inclinado 5 grados. Eso significa que en unos momentos de su órbita se eleva sobre el horizonte y en otros baja. Como sucede con la copa, cuando la Luna está en la posición más elevada, nos permite ver una porción mayor de terreno en el Polo Sur, y cuando está más baja en su órbita, vemos más superficie en el Polo Norte.

Hay otros efectos que amplían nuestra visión de la superficie lunar. Uno está relacionado con el lugar desde el que miramos en la Tierra. Si nos encontramos en un lugar situado al Norte veremos un poco más del polo Norte Lunar, si nos encontramos muy al Sur veremos un poco más del Polo Sur lunar. Lo mismo sucede si miramos justo en el momento en el que la Luna se eleva sobre el horizonte, en ese caso vemos un poco más de terreno del lado más elevado de la Luna y momentos antes de que se oculte por el Oeste nos enseña otra porción de terreno.

Por supuesto, en un momento concreto, si miramos la Luna, podremos observar, como mucho, la mitad de su superficie, incluso un poquito menos porque la miramos con un pequeño ángulo. Pero si continuamos la observación durante una órbita completa, sumando todo lo que vamos viendo en las distintas libraciones, podemos obtener información del 59% de la superficie lunar, más de la mitad.

Todo ese conjunto de movimientos de bamboleo, que nos permiten ver mayor superficie, queda perfectamente reflejado en un vídeo que compone los cambios de visión de la Luna a lo largo de una órbita completa, el vídeo fue elaborado por la NASA y podéis verlo a continuación.
Referencia:


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