La otra cara de la Luna

Mañana, 8 de octubre se celebra el día internacional de observación de la Luna.

Pero no es por eso por lo que voy a hablar de nuestro satélite, ya que la fecha de hoy, y la idea de publicar este post, la tenía apuntada desde mucho antes de que me enterase de lo de mañana, de que entre los numerosos “dia mundial de …” (aunque en este caso en algunos lugares se habla de “la noche mundial de“) que ya no caben en el calendario, a alguien se le haya ocurrido éste, como suele decirse, como si los demás días “no hubiera que mirar a la Luna”

La razón de que dedique este post a la Luna es otra: Hoy 7 de octubre se cumplen los años, exactamente 57 de que supiéramos cómo era “la otra cara” que, por cierto, tiene un aspecto muy diferente a la que estamos acostumbrados a ver.

La cara oculta apenas tiene zonas oscuras, los llamados "mares" que son amplias llanuras, por supuesto sin agua aunque antiguamente así lo creyeran y les dieran ese nombre

Los miles o millones de personas que este 8 de octubre miren la Luna todos verán prácticamente lo mismo. Claro, porque estarán mirando a la vez al mismo objeto lejano. Pero todos sabemos que a la Luna desde aquí siempre se le ve la misma cara: La cara visible completa si hay luna llena, o parte de ella en otra fase. Y si, como es de esperar, en años sucesivos se vuelve a celebrar este día, a la Luna siempre le verán la misma cara, o casi la misma, porque un poquito si que se gira, como luego explico.

El 7 de octubre de 1959 la sonda automática soviética Luna 3 fotografió por primera vez, y nos envió esta fotografía, de mala calidad pero que sorprendió a los astrónomos, de esa zona de la Luna que nunca vemos desde aquí. La mayor parte de la imagen corresponde a la cara oculta, pero la zona de la izquierda es de la cara visible desde la Tierra. 

Cara oculta y cara oscura

A veces se confunde “la cara oculta” de la Luna con “la cara oscura”, pero mientras la primera es una zona fija, la cara oscura es la zona que no recibe los rayos solares y va variando, porque allí también hay días y noches.

En principio ninguna de las dos es visible. La primera porque está en el lado de atrás, y la segunda porque no tiene luz propia, y su cambio origina las fases, aunque en ocasiones se ve tenuamente la zona oscura en la llamada luz cenicienta sobre la que escribí este post: La luz cenicienta de la Luna

Cuando hay Luna llena coincide la cara oculta con la cara oscura, en los cuartos creciente y menguante se solapan mitad con mitad, y en la Luna nueva la cara oculta coincide con la cara iluminada.

Pero …¿La Luna rota sobre su eje, o no rota?

Me suelen hacer muchas veces esta pregunta porque “parece lógico que si siempre le vemos el mismo lado, será porque no rota”.

Si. Como todos los astros, la Luna también rota, pero tarda lo mismo en dar una vuelta sobre su eje que en completar su revolución alrededor de la Tierra y por ello desde nuestra perspectiva terrestre no la vemos girar.

A veces esto no es fácil de entender, pero hay un método sencillo para visualizarlo con una escenificación: Una persona (o un objeto) hace de Tierra, otra gira a su alrededor simulando la Luna moviéndose de manera natural. La primera siempre le ve la misma cara de la otra, pero la que ha representado la Luna ha ido mirando en todas las direcciones y ha observado todas las paredes de la habitación. Ha rotado. Esto se representa en la figura A del siguiente gráfico:

El gráfico representa (visto desde arriba) a una persona simulando los movimientos de la Luna.

Después de esto siempre suele haber alguien que dice que eso no es rotar sobre su eje, y la manera de convencerlo es que quien represente la Luna dé otra vuelta alrededor de la Tierra pero siempre mirando en una misma dirección. Con cuidado de no tropezarse porque en unos tramos caminará hacia atrás y de lado.

Si la Luna no rotase, se movería como en la figura B), siempre mirando en la misma dirección, pero en este caso desde la Tierra se le han visto las dos lados de la Luna. 

Esa no es la situación que vemos, por lo tanto eso no es lo que ocurre.

- “Pero eso no es rotar” me han insistido más de una vez.

Sí es rotar, porque los astrónomos definen la rotación y su duración tomando siempre referencias externas (sidéreas). Incluso alguna vez mi interlocutor no ha querido aceptar mi razonamiento, pero no hay problema: Lo importante es conocer la situación, visualizar y entender cómo se mueve la Luna, y si a eso le quieres llamar “no rotar”, pues cada uno en su casa le puede llamar a las cosas como quiera. 

Pero los astrónomos lo llaman rotar. En una ocasión, ante su insistencia (se trataba de un compañero de tareas docentes) no me quedó más remedio que ser un poco impertinente: -"En todos los libros leerás que eso es rotar. Si quieres encontrar uno en que ponga lo contrario, tendrás que escribirlo tú" - Le dije

Cuando la Luna se quedó mirándonos

Curiosamente la cara visible de la Luna, la que está permanentemente dirigida hacia la Tierra, tiene forma de una cara humana según muchas opiniones y antiguas tradiciones. Es posible imaginar los ojos y la boca en los mares lunares, de superficie sólida pero más oscura que el resto. La cara oculta es mucho más uniforme, como el pelo por la parte posterior de una cabeza, el cogote.

Como yo intuyo la cara, y como la han "arreglado" en http://culturacolectiva.com/

Pero hace miles de millones de años la Luna iba enseñando sucesivamente toda su superficie  a la Tierra. Hay varias teorías diferentes que tratan de explicar el motivo por el que precisamente en la cara visible haya esas grandes manchas oscuras y en la cara oculta no. La última de ellas que, como es habitual, se ha postulado como la definitiva, se hizo pública hace solo unos meses y le echa la culpa al calor que desprendía la Tierra todavía incandescente cuando quedó sincronizada, como se recoge, junto a otras teorías,  en este interesante artículo. http://danielmarin.naukas.com/2014/06/10/por-que-la-cara-oculta-de-la-luna-tiene-mares/

Pero el hecho, previo, de que la Luna tarde exactamente lo mismo en completar su rotación y su traslación y por ello nos enseñe siempre la misma cara podría parecer que es una tremenda casualidad, aunque lo cierto es que ocurre en casi todos los satélites del Sistema Solar, y siendo así está claro que tiene que haber un motivo.

Echándole imaginación alguien podría inventarse un cuento infantil en el que la situación se fue adecuando para que la Luna, muy educada ella, se nos quedara mirando de frente, sin darnos nunca la espalda. Eso no estaría de acuerdo con la teoría citada, pero sí con alguna otra.

Hace miles de millones de años la Luna rotaba mucho más rápido pero se fue frenando por las fuerzas de marea. De la misma manera, aunque eso parezca otro tema, también la rotación de la Tierra se está ralentizando a un ritmo muy leve pero constante de 0.0017 segundos cada siglo por el  mismo motivo. En el anexo después de rombo lo explico.

La Luna se ladea

A pesar de que está obligada a ser pudorosa y no enseñar lo que no debe, como si fuera un juego de vanidad, “que no te puedo enseñar …, pero me insinúo”, nuestro satélite se contorsiona ligeramente y a veces se puede ver un poco más por uno de los lados o por arriba o abajo. A este fenómeno se denomina “libraciones” y se debe por un lado a que la Tierra no está en el centro de la órbita lunar y la perspectiva cambia ligeramente (libración en longitud, lateralidad horizontal) y, así mismo, al hecho de que su órbita esté un poco inclinada. (libración en latitud, vertical).

En total puede se conoce un 59% de la superficie lunar mediante observaciones desde la Tierra porque toda esa zona ha sido visible en un momento o en otro.

Casi todos los satélites enseñan siempre una misma cara a su planeta.

Para entender el proceso que modificó la rotación lunar y dejó a nuestro satélite enseñándonos siempre la misma cara, y que es igual en la mayoría de los satélites del Sistema Solar, conviene empezar por el final: También la Tierra se está frenando en su rotación, por el efecto de las mareas. Precisamente por culpa de la Luna, principalmente.

Por la atracción lunar, se producen las mareas. La zona de marea alta se va moviendo hacia el Oeste porque al rotar la Tierra hacia el Este, la Luna se va quedando atrasada y con ello también la marea alta. (La Luna también se mueve en la misma dirección de la rotación terrestre pero mucho más lentamente)

Es como si una enorme ola se desplazase por el océano hacia el Oeste. Esa ola, dos veces al día (cada día – salvo excepciones puntuales- hay dos mareas altas en un lugar dado) choca contra las costas orientales de América (la ola de marea del Atlántico) y Asia-África (la del Pacífico e Indico) e intuitivamente se entiende que esto debe frenar la rotación de la Tierra, aunque el ritmo es muy lento.

Hace miles de millones de años la Luna giraba mucho más rápido que ahora, y también tenía mareas que se iban desplazando. ¡Pero si en la Luna no hay agua!. Pero se producían mareas sólidas. Como también ahora ocurre en la Tierra (aparte de la subida y bajada del agua de los océanos) el terreno rocoso subía y bajaba, y este movimiento disipaba gran cantidad de energía y por ello la rotación también se fue ralentizando. Pero este proceso terminó cuando la duración de la rotación al irse acortando, coincidió con la de la traslación.

¿Por qué acabo? Porque en ese momento al enseñarnos la misma cara, las mareas no se desplazan. La marea alta se quedó mirando a la Tierra y la Luna quedó ligeramente abombada (el diámetro lunar medido en dirección hacia la Tierra es ligeramente superior que su perpendicular) Al no moverse la marea, se acaba la causa del cambio de duración de la rotación. Si hubiera seguido ralentizándose hubiera surgido una fuerza de marea en sentido contrario que la hubiera devuelto a la misma situación de acoplamiento.

Como se ha dicho, casi todos los satélites del Sistema Solar tienen la rotación sincronizada y muestran la misma cara al planeta. Son excepciones notables el satélite de Saturno Hiperión, y los pequeños satélites de Plutón Nix e Hydra, y probablemente también Kerberos y Styx que tienen una rotación caótica e imprevisible porque sus ejes de giro oscilan muy rápidamente debido a la acción gravitatoria de otro satélites mucho más grande y de órbita relativamente cercana.

Tierra y Luna se encararán

Dentro de varios miles de millones de años, a la Tierra le ocurrirá lo mismo. Como su rotación va ralentizándose, llegará a coincidir también con la traslación Lunar y desaparecerán las mareas debidas a la Luna (las más evidentes y efectivas)

Aunque posteriormente las mareas solares, mucho más pequeñas, seguirán modificando muy levemente la duración de la rotación terrestre y con ello también la rotación y traslación lunar, la Tierra y la Luna habrán quedado ya encaradas para siempre: La Luna seguirá mostrando la misma cara y también la Tierra mostrará una misma cara siempre a la Luna.

Aquí no quedará nadie para verlo, pero la Luna se quedaría clavada en el cielo, y todavía no se puede calcular si será visible desde Europa, desde América o desde Australia.

Visto desde la Tierra, el Sol se moverá (habrá días y noches), las estrellas también se moverán, pero la Luna no. De la misma manera que ahora desde la Luna, la Tierra se ve prácticamente inmóvil, tal como conté en este post: El cielo de la Luna

En el Sistema Solar hay un caso muy significativo donde esto ya ha ocurrido: Además de algunos asteroides binarios (hace poco hablaba de los asteroides Antíope A y B y sus amaneceres), Plutón y su gran satélite Caronte constituyen el único ejemplo conocido de un astro de tamaño considerable que está mirándose cara a cara con su satélite.

La Luna se aleja, pero otros satélites se acercan y caerán

Este proceso que se ha descrito tiene otra consecuencia importante: Mientras la rotación de la Luna fue disminuyendo, y ahora mientras lo hace la rotación de la propia Tierra, ambos astros se están alejando como consecuencia de ello.
Paradógicamente, la atracción gravitatoria mutua hace que cada vez estén más separados, cual amantes maldecidos por los dioses.

Hay un principio físico, la conservación del momento angular, según el cual un cuerpo (o un sistema de varios cuerpos) que esté girando, cambiará su velocidad de giro si cambia la distancia de sus puntos al centro del giro. Es el típico caso de un patinador que se impulsa para girar con los brazos extendidos, y posteriormente sin coger más impulso, consigue aumentar la velocidad del giro al acercar os brazos al cuerpo.

Los físicos utilizan una fórmula: L=rxmv cuyo resultado se mantiene constante. Si la distancia r disminuye, la velocidad v aumenta (en el caso del patinador) o si la velocidad disminuye, la distancia tiene que aumentar, en el caso del sistema de un planeta y su satélite porque el otro factor la masa total m no varía. En este caso el momento angular L del sistema, sería la suma de los momentos de ambos astros, y la variación de la velocidad de rotación de cualquiera de ellos originaría una modificación de la distancia entre ambos, r.

Como la rotación de la Tierra está disminuyendo, la distancia de la Luna debe aumentar y así nuestro satélite está cada vez más lejos. Cada año se aleja 3.8 centímetros.

Al ser la traslación lunar más lenta que la rotación terrestre, la marea producida por la Luna frena la rotación de la Tierra y la Luna se aleja

En la mayoría de los satélites del Sistema Solar ocurre esto mismo, pero hay excepciones:

A) Si la traslación del satélite es más rápida que la rotación del planeta, las mareas se mueven en sentido contrario e impulsan la rotación del planeta en vez de frenarlo, y por tanto el satélite debe acercarse (si el patinador gira más rápido es porque ha acercado los brazos.). Este caso se da en el satélite Fobos de Marte, que acabará cayendo e impactando en el planeta rojo.

Fobos gira alrededor de Marte más deprisa que la propia rotación marciana. Por ello la marea sólida de Marte impulsa la rotación del planeta, y al aumentar la velocidad de giro, el satélite se acerca … y acabará chocando con Marte dentro de unos 100 millones de años 

B) Si la traslación del satélite tiene sentido contrario a la rotación del planeta, las mareas frenan la rotación de dicho planeta. Pero como el movimiento es en sentido contrario, en la fórmula aparece un signo negativo. Disminuir el valor absoluto de un número negativo significa aumentar el valor real. Si la velocidad angular aumenta, para conservarse el momento angular debe disminuir la distancia, y el satélite se acercará cada vez más al planeta.

La inmensa mayoría de los astros del sistema solar rotan y se trasladan en el mismo sentido (vistos desde el Norte en sentido contrario a las agujas de un reloj), pero hay algunas excepciones, entre ellas la traslación de Tritón, el gran satélite de Neptuno, que por lo tanto también está condenado a impactar con su planeta en un futuro lejano.

Tritón gira alrededor de Neptuno en sentido contrario que la rotación del planeta y también acabará impactando con él.

Hay una regla nemotécnica muy sencilla para recordar estas circunstancias de los satélites que se acercan e impactarán con su planeta: Un satélite, al igual que un coche que va por la autopista, si va demasiado deprisa o en sentido contrario, acabará chocando.