A marea, a forza de veciño

2007/05/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika
• Astronomia

(Foto: G. Roia)

O planeta onde están os satélites, como na órbita que os nenos separan os doces. E parece que aos planetas non lles afectan as vicisitudes dos satélites. Non parece evidente, por exemplo, que Júpiter teña catro grandes satélites e trinta e cinco pequenos (trinta e cinco, que sabemos). Júpiter é xigante e o maior satélite, Ganimide, é moi pequeno. Podería pensarse que dificilmente Júpiter recoñecerá a presenza de Ganimide. Pero iso non é certo.

Ser satélites afecta a Júpiter e a calquera outro planeta. A forma e rotación do planeta depende dos satélites da contorna. É una lei xeral. O mesmo ocorre con todo o sistema solar, en definitiva os planetas son satélites ao redor do Sol.

A famosa fórmula

Paira comprender a influencia dos satélites hai que entender a lei da gravidade de Newton: dous corpos con masa atráense. Calquera corpo. Por exemplo, o lapis que tes na man e una cebra africana. A única condición é que ambos os corpos deben ter masa. Iso si, depende da forza de atracción. Hai que ter en conta dous factores: por unha banda, si as masas son grandes ou pequenas e por outro, a distancia entre elas.

Desde o punto de vista da gravidade, o lapis e a cebra africana teñen una masa moi reducida e están moi afastados uns doutros paira percibir a súa forza de atracción (sobre todo porque están rodeados doutros corpos que lles atraen con máis forza).

A forza de marea tamén afecta os satélites artificiais, que normalmente non poden deformarse. Na imaxe pódese ver a estación ISS, un exemplo de satélite artificial.

PLATAFORMA

Cos astros, o efecto da gravidade é moito maior. Son casos moi especiais: estrelas, planetas e satélites teñen una gran masa que compensa a distancia entre eles. Hai que ter en conta, por exemplo, que a menor distancia plan-satélite é moi superior á distancia entre o lapis e a cebra do noso exemplo. E que coa distancia a forza de gravidade debilítase moi rapidamente. Precisamente no divisor da famosa fórmula de Newton aparece o cadrado da distancia.

F = G x M x m/r 2

(distancia representada por r, sendo G un número e M e m as masas de ambos os corpos). Isto significa que ao aumentar dúas veces a distancia entre dous corpos, a forza de atracción non é a metade da inicial, senón catro veces menor.

A tripa dos planetas

A forma en que a gravidade cambia coa distancia fai que os planetas satélites non sexan esféricos. En definitiva, os planetas son enormes; cando teñen un satélite cerca, a masa do satélite atrae máis a parte próxima do planeta que o centro do planeta; e moito máis que o outro lado do planeta. Por exemplo, un lado da Terra atópase a 12.756 quilómetros máis preto da Lúa que o outro, mentres que en Júpiter a diferenza é moito maior, con 142.984 quilómetros de diámetro. O satélite tira con forza á parte máis próxima e con menos forza alén do planeta. En consecuencia, o planeta adopta una forma de elipsoide na dirección do satélite (a ambos os dous lados, cara adiante e cara atrás).

É difícil imaxinar que o satélite Io afecta o planeta Júpiter, pero lle afecta.

PLATAFORMA

O planeta sofre una deformación, sobre todo se non está feito con materiais moi ríxidos. Júpiter, Saturno, Urano e Neptuno están compostos maioritariamente por gas, que se deforma moi facilmente. Marte, a Terra, Venus e Mercurio son moito máis ríxidos pola súa solidez xeral. Con todo, Mercurio e Venus non teñen satélite e os de Marte son moi pequenos. Pero a Terra si ten un gran satélite cerca, a Lúa. E a Terra percibe a forza de atracción da Lúa, tanto na atmosfera como no océano e na terra sólida. En consecuencia, a Terra está deformada. Está estirado no lado e no contrario da Lúa. Así o demostran as mareas do mar, onde os océanos se deforman máis que a terra porque son líquidos, co que na parte mariña da Lúa e na contraria prodúcese una pleamar.

Ademais, rotación

Falamos de satélites, pero hai que destacar que non todas as fontes de deformación dos planetas son satélites. A rotación tamén deforma os planetas. Canto máis rápida é a rotación e máis flexible é o planeta, máis deformación sofre. O exemplo máis espectacular é Saturno. Dise que é un xigante de gas, deformable, cunha rotación moi rápida. É evidente que os lados dos dous polos están pisados e o ecuador se seareiro.

Finalmente, un planeta con satélite non é esférico, ten polo menos dúas deformacións: a provocada polo satélite e a provocada directamente pola rotación. O planeta está pisado e, ademais, estirado na dirección do satélite. E non só iso. A análise da deformación do planeta complícase máis se se ten en conta a coincidencia de ambos os efectos. En definitiva, o planeta está estirado nunha dirección determinada, pero a rotación fai que esta extensión cambie de lugar desde o punto de vista do planeta.

A Terra e a Lúa, por exemplo. Nun momento dado, se a Lúa está sobre Indonesia, a maior deformación que produce pode estar en Borneo, por exemplo (Borneo e, por suposto, alén do mundo, na zona de Colombia, porque a deformación está estendida a ambos os dous lados). Pero a rotación da Terra fai que co tempo o vulto desprácese cara ao oeste. Seis horas despois, por exemplo, a Lúa estará sobre África e a maior deformación será en Congo (e no Pacífico, cerca do ecuador na lonxitude de Hawai). En todos os planetas con lúa ocorre o mesmo.

A forza de marea tamén inflúe nas galaxias. No lugar dun planeta atópase a zona da galaxia e no lugar dos satélites as estrelas.

PLATAFORMA

A deformación móvese como una onda á vez que a rotación, debido a que o planeta vira, e o planeta está a corrixir constantemente a dirección da deformación paira orientar ao satélite. A corrección non é súbita, require certo tempo.

Por iso, a deformación está lixeiramente desprazada do eixo plan-satélite, adiantada cando a rotación do planeta é máis rápida que a órbita do satélite e atrasada en caso contrario. En ambos os casos, o satélite tira da deformación que está movida e iso cambia a velocidade de rotación do planeta. En definitiva, por influencia do satélite, a tendencia do planeta é igualar a velocidade de rotación coa velocidade da órbita do satélite, é dicir, despois de miles de millóns de anos, o mesmo lado do planeta sempre mirará ao satélite.

A Lúa, por exemplo, está a frear a rotación da Terra, polo que a duración do día é 0,0016 segundos máis curta por cada século pasado. É un proceso moi lento, pero en teoría, algún día, a Terra sempre terá o mesmo lado cara ao lado da Lúa. Isto significa que polo outro lado da Terra non se verá a Lúa. Sempre terá o mesmo lugar sobre a Lúa. Se fóra Borneo, por exemplo, desde América nunca se vería a Lúa (sen ter en conta que para entón a distribución dos continentes sería diferente). Ademais, a forza mareal paralizará tamén as fluctuaciones das mareas; no noso exemplo, Borneo tería a pleamar paira sempre (incluso América) e Europa, por exemplo, sempre a bajamar.

Mirándose

O mesmo efecto que ten o satélite no movemento do planeta prodúcese ao revés; os planetas deforman os satélites e, co tempo, adaptan a rotación paira mostrar sempre a mesma diferenza ao planeta principal. Tamén o fan os satélites artificiais (aínda que os materiais dos satélites artificiais apenas se deforman). O efecto é máis forte nos satélites que no planeta principal.

O que máis se deforma na Terra por efecto da Lúa é a atmosfera.

De arquivo

A Lúa, por exemplo, sufriu hai tempo a influencia deste efecto e hoxe en día móstranos sempre a mesma diferenza. Outro exemplo máis avanzado é o sistema binario Pluton-Karon. Debido á influencia da marea, ambos se ensinan a mesma cara desde hai tempo. Desde Plutón vese o único lado de Karon e desde Carón o único de Plutón.

Outros planetas e satélites van polo mesmo camiño. E tamén as estrelas. As estrelas tamén actúan sobre os planetas, e viceversa. Co tempo, por tanto, é de esperar que a Terra mostre sempre a mesma cara ao Sol. Con todo, o Sol non durará tanto. Desaparece antes (e por tanto a Terra). A forza das mareas é importante, pero non é a única que provoca acontecementos espaciais.

Límites e aneis de Roche

A forza de marea dun planeta deforma os satélites. Canto máis preto está o satélite, máis deformación ten; se se achega moito, a gravidade do satélite non se sostén e o satélite rompe.

O cometa Shoemaker-Levy non puido manter a forza mareal de Júpiter e rompeu.

(Foto: PLATAFORMA)

Para que a marea reduza un satélite, o satélite ten que estar moi preto, xa que as distancias a ambos os dous lados do planeta deben ser moi diferentes, tanto máis diferentes canto máis preto estea do planeta. A diminución prodúcese a partir de una fronteira á que os astrónomos chaman fronteira de Roche. Desde a fronteira de Roche cara ao interior, non hai satélites, senón pequenos fragmentos de satélites. É certo que cada anaco é tamén un satélite, pero o conxunto de fragmentos adquire forma de cinto, e a isto chámaselle anel, non conxunto de satélites.

Desde o límite de Roche (liña azul) ao interior; a forza gravitatoria dun satélite é máis débil que a forza mareal do planeta. Isto significa que se o satélite achégase máis rompe.

(Foto: G. Roia)

Saturno, por exemplo, é evidente. Os corpos que están por baixo da fronteira de Roche crearon máis dun anel. Júpiter, Urano e Neptuno tamén teñen aneis pola mesma razón. Outro exemplo é o ocorrido en Júpiter: En xullo de 1992, cométaa Shoemaker-Levy achégase ao planeta, superando a fronteira de Roche. O cometa foi destruído pola forza mareal de Júpiter e en maio de 1994 os astrónomos puideron ver aos fragmentos chocando contra o planeta.