Las otras caras de la Luna

Este artículo tengo que dedicárselo a Kruchi, la persona de mi agrupación astronómica que más sabe sobre nuestro satélite, y que además de lunática es mi fan declarada.

Hemos oído muchas veces que la Luna tiene dos caras: una que está siempre dirigida hacia la Tierra, la cara visible, y la otra, la cara oculta, que se encuentra en la zona opuesta y que por tanto nunca la vemos.

Eso es correcto en términos generales, pero no es totalmente exacto porque hay zonas de la Luna que se ven en ciertas ocasiones pero no en otras, como si nuestro satélite se ladeara ligeramente para mostrarnos algo más. Y esto ocurre por las llamadas libraciones: ligeras oscilaciones del satélite respecto a nuestra posición, gracias a las cuales desde la Tierra puede verse en total un 59% de la superficie lunar entre unas y otras observaciones, y no solo el teórico  50%.

Precisamente estas próximas semanas van a ser las más adecuadas para visualizarlo, tal como se explica en el anexo

¿Notas las diferencias?

Causas y tipo de libraciones

Existen las llamadas libraciones en longitud y en latitud, según las variaciones sean en sentido Este-Oeste o Norte-Sur

- La libración en latitud está motivada por la inclinación del eje de giro de la Luna respecto a la perpendicular a su plano orbital, de manera similar a la causa de las estaciones en la Tierra. Según la dirección del eje, la zona polar norte o sur se muestra en mayor medida hacia el astro central (en este caso la Tierra). Debido a esta causa la libración llega a una amplitud de casi +-7º

Representación con el plano orbital de la Luna de perfil.
El eje limita la cara oculta y la visible, en su promedio. La zona verde es la parte que se ve de la cara oculta a causa de la libración en latitud y la zona roja es la parte de la cara visible que deja de verse. 

 - Libración en longitud. La amplitud máxima de esta libración es ligeramente superior a la mayor libración de latitud y además suele ser más evidente debido a los accidentes próximos al borde lunar que sirven de referencia. 

La casusa principal es la diferente velocidad de la Luna según esté cerca del perigeo o del apogeo, por la segunda ley de Kepler: la velocidad de rotación de la Luna no cambia pero sí la de traslación. Así cuando está cerca del perigeo se mueve más rápida, y como a una persona que camina a nuestro lado pero a veces un poco más lenta que nosotros o a veces más rápida, primero le vemos parte del pecho y luego de la espalda. 

Representación con el plano orbital de la Luna en planta.
Si la Luna se moviera en traslación con velocidad uniforme, después de un tiempo de pasar por el perigeo en A,  estaría en B, y también ahora enseñaría exactamente la misma cara. Pero como va más deprisa, al cabo de ese tiempo estará en C, pero con la misma orientación porque la rotación es siempre uniforme, y desde la Tierra se verá la zona verde. Lo contrario ocurre cerca del apogeo donde la Luna se mueve más despacio, y después de pasar por el perigeo D, si se moviera con velocidad uniforme pasaría luego por F pero como va más lenta de lo habitual en realidad está en E

- También hay una pequeña libración por el llamado efecto paralaje, que se produce si se observa la luna desde lugares muy lejanos entre sí, por ejemplo desde donde hace poco que ha salido la Luna y desde un lugar donde esté próxima a ponerse.

En ese caso sería una libración en longitud, aunque también puede ocasionar una libración en latitud si se observara desde las cercanías de ambos polos en un momento en que fuera visible desde los dos lugares.

Los puntos A y B pueden representar dos lugares casi opuestos del ecuador, o también podrían ser dos lugares cercanos a los polos, según la representación sea en planta o de perfil a la órbita lunar.

Observación de las libraciones

Para apreciar estos cambios lo más adecuado podría parecer el observar, o mejor fotografiar, la Luna en sucesivas fases llenas, donde podemos ver la superficie completa que está dirigida hacia la Tierra y buscar diferencias. Sin embargo de esta manera no es fácil notarlo porque en plenilunios consecutivos  las circunstancias de proximidad al perigeo o posición del eje, sin ser iguales son similares. Además el trabajo sería demasiado espaciado en el tiempo y probablemente en alguna lunación se nos olvidaría o no podría hacerse por la condiciones del cielo...

Curiosamente cambian más con los pasos de los días, y la metodología idónea sería diferente según el tipo de libración, y precisamente en este mes de marzo comienzan periodos adecuados para observarlas.

En latitud

Para apreciar la libración en latitud conviene observar y fotografiar la Luna en sucesivas noches en torno a la fase llena, por ejemplo desde el cuarto creciente al cuarto menguante. Aunque quizás también pudieras apreciarlo en fases más finas, es mucho más difícil porque gran parte de la zona cercana a los polos, que es donde se apreciarán las diferencias, está oscura.

Como se representa luego, una fase fina puede servir para apreciar la libración en longitud, pero difícilmente en latitud:

No se verá igual en todas las lunaciones, sino que será más evidente en aquellas en que el eje se dirija hacia la Tierra cerca de los cuartos. Te propongo que observes del día 29 de marzo al 14 del abril. No es imprescindible todos esos días, pero cuantos más datos, mejor y al menos los primeros y los últimos días.

La clave puede estar en fijarse en el mar del frio (mare frigoris) cuya alargada silueta se aproxima y aleja del borde norte lunar

Es posible que tengas algún mapa lunar en el que no coincidan las direcciones de los puntos cardinales, porque se cambiaron hace unos años.

Aquí se aprecian las diferencias:

Para apreciar la libración en longitud:

En este caso lo mejor sería elegir por ejemplo todos los días seguidos de fase creciente (unos 11 o 12) en los que aunque no veamos la Luna entera, sí veremos la zona occidental (la de la derecha vista desde el hemisferio norte), donde además tenemos un accidente lunar que nos facilitará mucho la tarea: El mar de la crisis o mare Crisium, una zona oscura redondeada muy cerca del borde.

Es muy fácil observar y calibrar la distancia desde el mar de la crisis hasta el borde lunar, comparándolo con el propio mar, y apreciar el cambio de un día a otro. Este cambio será más evidente en los días cercanos al perigeo o al apogeo.

Aquí se aprecian diferencias:

En este caso la mayor o menor fase no influye y siempre que la referencia esté iluminada puede apreciarse la libración. En la imagen anterior, aunque esté en fase, se puede comparar la anchura aparente del mar de la crisis con lo que le falta hasta el borde. Además la casualidad está de nuestro lado al ser visible este mar durante las fases crecientes; las cuales se pueden observar al principio de la noche. 

Por supuesto, también puede analizarse la zona este en fases menguantes, pero a la incomodidad de tener que observar de madrugada se une el no tener accidentes geográficos tan destacados.

Con fases finas, la apreciación de la libración por latitud puede ser problemático, pero no así la longitud:

En las dos primeras solo puede calibrarse la libración en longitud, mientras que en la tercera son evidentes ambas

Por ejemplo, para apreciar la libración en longitud te sugiero observar la Luna y cada día hacer una foto con el máximo zoom desde el 24 de marzo hasta el 6 de abril de este año 2023. 

Puedes repetirlo en fases creciente en otras lunaciones, aunque el efecto será algo menor. 

- Respecto a la libración debida al paralaje podemos observar la Luna una noche al principio y al final de su recorrido por nuestro cielo. Al movernos a causa de la rotación terrestre, estaremos viendo la Luna desde diferentes posiciones. 

Para apreciarlo es muy conveniente observar la luna llena que estará visible durante toda la noche, aunque lo más exacto sería que dos observadores que estén casi a 180º de longitud hiciesen una foto simultáneamente y luego se comparasen. Si casualmente conoces alguien de por allí, se lo puedes proponer.

Si hacemos una observación al amanecer y al anochecer  es conveniente que sea durante periodos en que la Luna esté lejos del perigeo y apogeo, porque en esos momentos la libración por longitud varía rápidamente y aunque solo sea en 12 horas, enmascararía el resultado. Por ejemplo el 7 de abril o el 5 de mayo de este año 2023.

Esta pequeña diferencia en la libración en longitud es debida al paralaje de las imágenes tal como se veían el pasado 7 de marzo al principio y final de la noche en una latitud de 43º

No todas las lunaciones son iguales

Las libraciones no se ven igual en todas las lunaciones. Como se ha dicho, para apreciar la libración en general convendría tomar datos a lo largo de media lunación; si es en latitud en torno a la luna llena y si es en longitud en torno al cuarto creciente. Pero según estén situados el eje y el perigeo los valores serán diferentes.

- En las de latitud se verán de mayor amplitud aquellas en que el plano que contiene al eje de la Luna esté dirigido aproximadamente hacia la Tierra los cuartos, porque así desde el cuarto creciente al menguante podrán verse las situaciones extremas.

Aunque pudiera parecer que sería mejor que el eje estuviera dirigido a la Tierra en Luna llena porque así se apreciaría bien uno de los máximos, nos perderíamos el otro extremo, y la diferencia de ambos es lo más clarificador.

En el siguiente gráfico (y en el que viene después) se recogen en la línea verde los días en que sería adecuado observar, siempre con referencia a las fases lunares que aparecen, para una lunación cualquiera en que siempre se obtendría una libración máxima y un término medio. En rojo los días en que se podrían ver dos libraciones extremas, pero solo en las lunaciones en que el eje lunar (o en el otro gráfico el perigeo) están en las posiciones indicadas. 

Para elegir la lunación más adecuada aquí tienes las fechas en que un extremo del eje se dirige hacia la Tierra. Hay que buscar fechas en que coincidan con el cuarto creciente porque el otro extremo coincidirá aproximadamente con el cuarto menguante, y en el periodo de observación se podría apreciar la máxima variación. 

Aunque el tramo marzo-abril no es malo, las mejores opciones serían en abril-mayo que comenzaría con libración sur y acabaría en norte (al comenzar con el sur del eje cerca del cuarto creciente) o en octubre-noviembre en sentido contrario.

   

- Las libraciones en longitud se verán más evidentes si la Luna pasa por el apogeo o perigeo en el cuarto creciente (o menguante) o pocos días después.

Al igual que en el anterior gráfico, en este se indica con la línea verde el periodo de observación respecto a las fases, en general. Pero si se dan las condiciones idóneas sería suficiente observar los primeros y últimos días de ese periodo (en rojo)

En este caso no se podrán apreciar los dos máximos aún en las lunaciones favorables (pero casi) porque en el mejor de los casos uno coincidiría con una fase demasiado fina y el otro con la luna llena después de la cual volvería a estar en sombra. 

Como las repeticiones del paso por el perigeo o la posición del eje son algo inferiores a la duración de la lunación, se van desplazando sobre ella, y pueden buscarse las mejores lunaciones para evaluar el máximo de las libraciones.

Pongo aquí un listado de las fechas del paso por el perigeo de lo que queda de año, donde puede verse que los periodos no son totalmente regulares 

La mejor opción será en marzo-abril (a partir del 24 de marzo) que al estar en apogeo en cuarto creciente al principio la Luna mostrará una gran libración oeste con el mar de la crisis separado del limbo lunar y se irá acercando al mismo. Como se ha dicho, otras buenas opciones serán cuando apogeo o perigeo estén próximos al cuarto creciente.

- Si queremos visualizar o cuantificar las libraciones por paralaje mediante dos observaciones al principio y final de la noche, la medición siempre estará condicionada por la variación de la libración en longitud durante ese tiempo debido al perigeo. Por ello deberíamos tomar una noche de luna llena (o casi) cuando sepamos que la libración en longitud no varía mucho, es decir a mitad de camino entre el perigeo y el apogeo.

La cara oscura no existe. 

A veces se oye hablar de la cara oscura de la Luna. Pero es solo una confusión de nomenclatura. Aunque veamos siempre la misma cara a la Luna, la cara oculta está iluminada cuando hay luna nueva, y solo está totalmente oscura cuando hay luna llena.

En cualquier punto de la Luna, excepto en algunos cráteres cercanos a los polos (al menos en el cráter (Shakelton situado junto al polo sur), hay días y noches porque la Luna sí rota respecto al Sol, aunque los días sean muy largos.

La cara oculta de la Tierra

El mismo proceso que ha llevado a la Luna y a la mayoría de los satélites del Sistema Solar a mostrar siempre la misma cara al planeta, le llevaría a la Tierra a enseñar la misma cara a la Luna… si tuviese tiempo. 

Lo cierto es que el efecto de la marea va ralentizando poco a poco la rotación terrestre y podría llegar a quedar sincronizada, de manera que solo desde un hemisferio terrestre se viera la Luna. De hecho esto ya ha ocurrido en Plutón y su satélite Caronte. Aunque los cálculos son complejos y no totalmente concluyentes, parece que se requeriría más de 5000 millones de años para que eso ocurriese, y en ese tiempo el Sol convertido ya en gigante roja afectaría al Sistema Tierra-Luna.

Pero supuesto que si quedaran sincronizadas, vista desde la Luna la Tierra tendría su cara oculta y su cara visible, con unas libraciones muy marcadas sobre todo en latitud.