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¿Por qué siempre vemos la misma cara de la Luna?







La cara que vemos siempre (izquierda) y la que no vemos nunca (derecha).






Bueno, obviamente siempre vemos la misma cara porque la Luna no rota sobre sí misma.

Si ese fuera el caso, llegaría un momento en el que la cara “visible” de la Luna se encontraría apuntando en la dirección opuesta a la Tierra y, por tanto, terminaríamos por ver la cara “oculta” en algún momento.

En realidad siempre vemos la misma cara de nuestro satélite porque la Luna tarda lo mismo en rotar una vez sobre sí misma que en dar una vuelta alrededor de la Tierra (un poco más de 27 días). El resultado es que siempre apunta hacia nosotros la misma parte de nuestro satélite, tal y como podéis ver en la parte izquierda de esta animación.









Cuando dos cuerpos se orbitan entre sí aparecen fuerzas de marea que los deforman en la dirección a su centro de gravedad, provocando dos “bultos” en extremos opuestos del planeta. Esto se debe a que los extremos de los cuerpos más cercanos entre sí sufren una mayor fuerza gravitatoria que los extremos más alejados, así que el planeta o satélite es estirado en esa dirección (hablaba de esto en esta otra entrada sobre agujeros negros).








Aunque sea una versión muy simplificada, sirve para hacerse una idea de lo que está pasando. En este vídeo de la PBS hay una explicación más detallada y fiel a la realidad.

Aunque, ojo, estos dos bultos no rotan con el planeta. Son el resultado de la fuerza de marea, así que siempre están (o intentan estar) en el lugar donde ésta está aplicada: a lo largo de la línea imaginaria que une los dos cuerpos. Mientras el planeta o satélite rota, la parte de la superficie que transita esta zona se abulta y vuelve a su posición original a medida que se aleja. En este vídeo se puede ver con una mayor claridad lo que intento decir.




link: https://www.youtube.com/watch?v=7AHshzLquOU


Pero habréis notado en el vídeo que, al contrario que en mi dibujo, los bultos de los dos cuerpos no están alineados. Aquí es donde viene lo curioso.
Hace 4.500 millones de años un cuerpo del tamaño de Marte chocó contra la Tierra poco después de que se formara y los escombros que quedaron en órbita a su alrededor fueron juntándose entre sí hasta dar lugar a nuestro satélite.

Al principio, la Luna se encontraba muchísimo más cerca de la Tierra. Hoy está a unos 384.000 kilómetros de distancia pero, en aquella época, la Luna daba vueltas a nuestro alrededor a una distancia de entre 19.000 y 30.000 kilómetros. Como resultado, si pudiéramos viajar en el tiempo hasta aquella época notaríamos la Luna tendría más o menos este aspecto en el cielo:










La cuestión es que por aquél entonces tanto la Luna como la Tierra rotaban mucho más deprisa que hoy en día. Se estima que el día terrestre duraba unas 5 horas y, aunque no se sabe exactamente cuánto tardaba la Luna en dar una vuelta sobre su propio eje, se calcula que, al contrario de lo que ocurre hoy en día, nuestro satélite daba más de una vuelta sobre sí mismo cada vez que completaba una vuelta alrededor de la Tierra.

Debido a su cercanía a la Tierra, la Luna sufría una gran deformación debido a la fuerza de las mareas y la rápida rotación de nuestro satélite desvió la dirección de sus bultos gravitacionales fuera de la línea que une los centros de masas de los dos cuerpos. Esto está muy bien explicado en este vídeo de MinuteEarth.

El caso es que el extremo de esta Luna distorsionada que se encontraba más cerca de la Tierra sufría una fuerza gravitatoria mayor que el que está más alejado y esta fuerza extra que recibía la cara más cercana fue alineando los bultos con nuestro planeta… En tan sólo unos 1.000 años. Al mismo tiempo, esta misma fuerza ejercida sobre la cara más cercana de la Luna aplicaba un momento de fuerza en dirección contraria a la rotación de nuestro satélite, así que como consecuencia de esto la rotación de la Luna se fue ralentizando a medida que los bultos se alineaban con la Tierra.










Como podéis suponer, la velocidad de rotación de la Luna dejó de disminuir cuando los bultos de la Luna se alinearon con la Tierra porque en el momento en el que los dos apuntaron en dirección a nosotros, ya no había un bulto que experimentara una mayor fuerza gravitatoria que el otro fuera de esa línea imaginaria. Por tanto, llegados a este punto la velocidad de rotación de la Luna ya no podía disminuir más. Y así ha quedado hasta nuestros días.

O sea, que esa es la causa por la que vemos siempre la misma cara de la Luna: la velocidad de rotación de nuestro satélite fue disminuyendo hasta que los bultos provocados por las fuerzas de marea se alinearon con la Tierra, momento en el que la velocidad de rotación de la Luna igualó su periodo orbital a nuestro alrededor. A este fenómeno se le llama acoplamiento gravitacional o acoplamiento de marea.

Cuanto mayor sea la fuerza gravitatoria que ejerce un planeta sobre su satélite, más rápidamente alcanzará el estado de acoplamiento. Sabemos que los cuatro satélites principales de Júpiter (Ío, Ganímedes, Calisto y Europa) dan una vuelta alrededor del planeta en el mismo tiempo que tardan en dar una vuelta a su alrededor, así que si pudiéramos vivir en Júpiter veríamos no sólo una, sino cuatro Lunas enseñándonos siempre la misma cara. Los dos pequeños asteroides que dan vueltas alrededor de Marte, Phobos y Deimos, también han sufrido el mismo fenómeno porque, aunque sean diminutos (22 y 16 kilómetros de “diámetro”), dan vueltas alrededor del planeta rojo en una órbita muy cerrada (9.378 y 23.459 kilómetros).

De hecho, se conocen un montón de cuerpos acoplados gravitacionalmente… Uno de ellos incluso es un planeta que da vueltas alrededor de otra estrella.

Pero agarraos los pantalones, porque aún no hemos acabado con la Tierra y la Luna.
La Luna ejerce el mismo efecto “alineador de bultos” sobre la Tierra, pero a un ritmo muchísimo más modesto debido a su menor masa. Los bultos gravitacionales de la Tierra también están desviados respecto a la línea que deberían seguir y, poco a poco, la Luna los está orientando hacia donde deberían estar con su fuerza gravitatoria.








Mientras la Luna alinea los bultos terrestres, la velocidad de rotación de nuestro planeta disminuye y, por tanto, tarda más en dar una vuelta sobre su propio eje. ¡Eso significa que nuestros días se están alargando!


Bueno, la Luna alarga nuestros días a un ritmo de unos 2,3 milisegundos por siglo. No impresiona demasiado, pero es muy importante porque un efecto que tiene este fenómeno es que, al tirar del bulto de la Tierra, la Luna recibe un pequeño tirón que aumenta su velocidad. Y, al aumentar su velocidad, nuestro satélite se mueve hacia una órbita ligeramente más alejada.

Hoy en día, la Luna se aleja de nosotros a un ritmo de 3.8 centímetros cada año.

Si juntamos toda esta información, que es a lo que quería llegar, resulta que en el futuro la Luna continuará alejándose y la rotación de la Tierra seguirá ralentizándose. Al final, llegará el día en el que la Luna tarde 47 días en dar una vuelta alrededor de la Tierra y tanto la Tierra como la Luna tarden el mismo tiempo en rotar sobre sí mismos. O sea, que la Luna tan sólo será visible desde una de las caras de la Tierra (aunque en esta situación tendríamos problemas mucho más graves de la que preocuparnos).

Pero, bueno, esto ocurrirá en 50.000 millones de años, así que no se procupen… La Tierra y la Luna seguramente habrán sido destruidos por el sol mucho antes.





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