A cara oculta da Lúa

2008/04/01 Azkargorta Aretxabala, Jon - Fisikan doktorea. Bilboko Ingeniaritza Goi Eskolako irakasle eta ikertzaileaEHU Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astronomia
• Sariak

A Lúa existía antes de que o home xurdise, e sempre nos fascinou, durante miles de anos, pero nunca vimos o seu parte posterior.

En 1959 os soviéticos enviaron a misión Lúa-3 e conseguiron fotografar a parte traseira… aínda non se cumpriron 50 anos [1]. Como dixemos, desde a Terra nunca se pode ver esa parte posterior da Lúa, si non é nunha foto.

En principio non existe relación física entre a rotación dun corpo e a duración dunha órbita. Entón, por que a duración dun 'día' da Lúa coincide coa duración dun 'mes'? É casualidade? O capricho da Lúa?

Hai una razón e ten que ver coas mareas. Sabemos que na Terra o mar sobe e baixa dúas veces ao día. O motivo está explicado en profundidade no artigo [2], pero aquí vou facer un breve resumo:

Do mesmo xeito que a Terra atrae á Lúa, a Lúa tamén atrae á Terra. Pero debido ao tamaño da Terra, a zona próxima á Lúa sente maior atracción que a central e o mar achégase á Lúa. Por outra banda, a zona afastada da Lúa sente menos atraída que a central e o mar afástase da Lúa. Como consecuencia diso, a Terra sofre una "deformación", con dous lados da pleamar (G) e dúas da bajamar (B) simultaneamente na Terra (Figura 1).

A isto hai que engadir que a Terra rota unha vez ao día, por iso temos dúas pleamares cada día e dous bajamares cada día.

Do mesmo xeito que a Lúa crea as mareas na Terra, a Terra tamén as crea na lúa. Vale! Na lúa non hai mar pero os corpos sólidos se deforman tanto como líquidos, pero se deforman como una pelota de goma. A deformación da terra sólida que produce a Lúa é de poucos centímetros e nós non nos damos conta diso, pero os sismógrafos, por exemplo, detectan moi ben as mareas de terra. Pois na lúa tamén hai mareas sólidas e o chan sobe e baixa cada vez que se molesta a Lúa, é dicir, dúas veces ao mes.

Como afecta a Terra á rotación da Lúa

Se a Lúa fóra totalmente elástica, respondería 'enseguida' á atracción da Terra e a súa 'deformación' estaría aliñada coa Terra, como se mostra na figura 2A. Con todo, en todo o universo non hai material totalmente elástico, e a fricción interna e a inercia do material sólido fan que a resposta da Lúa prodúzase máis tarde, é dicir, cun atraso, como na figura 2B.

A conclusión é espectacular (figura 3): Cando a Terra atrae á Lúa, a forza ao lado A tende a facer virar a Lúa cara ás agullas do reloxo, mentres que a forza ao lado B fai virar a Lúa contra as agullas do reloxo. A forza ao lado A é algo maior, porque está máis preto da Terra, o que fai que a Terra faga virar á Lúa cara ás agullas do reloxo, ou o que é o mesmo, retarda a rotación da Lúa.

Até cando dura esta amortiguación? Pois a rotación da Lúa foise amortecendo aos poucos e durante miles de anos, até chegar na actualidade a unha posición de equilibrio, é dicir, a unha posición simétrica, onde o punto A e o punto B están situados na mesma dirección da Terra. Por iso, desde a Terra só vemos a zona A de a Lúa, porque a Terra sincronizou ou "freado" a rotación da Lúa desde hai tempo.

A maioría dos satélites naturais ou 'lúa' do sistema solar, do mesmo xeito que a nosa Lúa, están sincronizados; os satélites de Marte, Júpiter, Saturno, etc. teñen o mesmo período de rotación e órbita ao redor do planeta [3].

O Sol tamén xera forzas mareales que fixeron que as rotacións de Mercurio e Venus non se sincronizaron do todo, pero si están bastante amortecidas, son as máis próximas. O resto dos planetas están lonxe e o efecto é máis débil, pero existe.

Como afecta a Lúa á rotación da Terra

Se a Terra paralizou a rotación da Lúa, é lóxico pensar que a Lúa terá un efecto similar sobre a Terra. É certo. A Terra non mostra sempre a mesma diferenza á Lúa, é dicir, a Terra non está 'sincronizada', pero se está retardando.

Como a masa da Terra é moito maior que a da Lúa, haberá que pasar máis tempo ata que a Terra chegue a 'parar', pero niso está: A duración dun día na Terra era máis curta no pasado, é dicir, a Terra viraba máis rápido.

Hai estudos paleontológicos que foron lonxe no tempo e que demostran este resultado [5]: por exemplo, os fósiles coralinos teñen aneis ou capas de crecemento chamados ephitecas. Do mesmo xeito que nos troncos das árbores, cada anel mostra o crecemento da coral durante un ciclo dun ano. Estudos máis detallados demostraron que dentro de cada capa existen outras capas máis finas: son capas mensuais, dentro das cales hai outras capas aínda máis finas. As capas máis finas consideráronse como indicadores de crecemento diario. Contouse o número de capas finas dentro de una capa anual de fósiles coralinos da época Devónica do Paleozoico (fai 400 millóns de anos): 400 aneis. Pola contra, dentro do anel dun ano de coral-fósil de Garai Carbonífero (300 millóns de anos) hai 380 capas. Isto significa que a Terra viraba 400 veces ao ano na época devónica e facía 380 xiras ao ano no Carbonífero. Cada cal pode facer un pequeno cálculo e ver que na época devónica o día da Terra duraba unhas 22 horas e na época Carbonífera unhas 23 horas. Sabemos que actualmente dura unhas 24 horas.

Comprobouse o mesmo resultado con outros métodos, é dicir, que a Terra está cada vez máis retardada. De feito, coa precisión dos reloxos atómicos demostrouse que a duración do día é cada vez maior: 2,3 milisegundos por século [4].

Afastándose

Como se demostrou no apartado anterior, a Lúa exerce o mesmo efecto que a Terra sobre a Lúa: amortecer a rotación. A figura 4 mostra, á esquerda, a Terra e as forzas da Lúa sobre a Terra (A e B). Estas dúas forzas son as que están a frear a rotación da Terra, como se comentou no apartado anterior.

Por outra banda, a parte dereita da imaxe mostra a Lúa e as forzas que ambas as partes da Terra exercen sobre a Lúa (A' e B'), que son reaccións das anteriores, exactamente iguais pero opostas.

As forzas A' e B' que soporta a Lúa teñen un compoñente (e o principal) na dirección da Terra, pero teñen outro compoñente perpendicular a esta dirección. A forza 'A' sobe un pouco e a forza 'B' baixa, pero a forza 'A' é algo maior porque a Terra está máis cerca que a B. Por tanto, outra consecuencia das forzas mareales é que a Lúa ten una aceleración tangencial ( a t ) ou que está a aumentar a súa velocidade. Se se aumenta a velocidade, a forza centrífuga da súa órbita tamén aumenta, o que provoca un aumento do radio da órbita. Así, co paso dos anos, a Lúa está a afastarse da Terra e o seu 'mes' é cada vez máis longo.

Os físicos din que a enerxía non se produce nin se borra, é dicir, consérvase, pero se cambia dun tipo a outro: Se a rotación da Terra e a Lúa está a retardarse, a enerxía cinética irá perdendo, aínda que esta enerxía está a converterse en enerxía potencial a medida que a Lúa e a Terra afástanse.

De feito, a órbita da Lúa non é un círculo nin una elipse, senón que vai crecendo aos poucos como una espiral. Medicións exactas demostraron que a Lúa se está afastando case catro centímetros ao ano [6].

Até cando durará esta desaceleración da rotación da Terra? E até cando a Lúa estará afastada da Terra? Calcúlase que a Lúa seguirá afastándose até aumentar nun sesenta por cento a distancia actual. Para entón a rotación da Terra estará retardada e a duración do día será a mesma que o mes da Lúa, e ambas serán dun cincuenta e cinco días [7] (o día desta frase é a duración do día actual). Nese momento, a deformación da Terra e a da Lúa serán simétricas respecto da dirección entre ambas, é dicir, a Terra, vista desde a Lúa, sempre mostrará a mesma cara e manterá a outra en segredo, pero ata que isto ocorra tardaranse miles de millóns de anos.