Astronomia del movimiento de la Tierra en el espacio
La Luna: Perspectiva Distante
La Luna es la oblea del Viento Norte La muerde, a diario, hasta que solo es un aro de desechos, que se desmorona. | El Viento Sur es el tahonero, que amasa nubes en su cubil, y hornea una crujiente nueva luna que... ávido... el... Viento ... Norte... devora... nuevamente! |
"What the Little Girl Said" Vachel (Nicholas) Lindsay, 1879-1931. |
El MesEl ciclo mensual de la luna (no queremos poner aquí en mayúscula la palabra) debió de confundir a los primeros humanos--"iluminándose" desde la delgada creciente ("luna nueva") hasta la media luna, luego hasta una "gibosa" luna llena, y después "menguando" a luna nueva. Este ciclo, dura unos 29.5 días, aportándonos la palabra "mes"--relacionado con "luna" al igual que "Lunes". El año civil, desde Enero hasta Diciembre, no liga sus meses a la luna, pero algunas tradiciones aún lo hacen y sus palabras para "mes" reflejan la conexión--en árabe, "shahr", en hebreo bíblico "yerach" y también "chodesh" en el "nuevo", porque lo calculan desde una luna nueva a la siguiente. Jericho (pronunciado Yericó), una de las ciudades más antiguas de la Tierra, toma su nombre de "yerach" y, por supuesto, las leyendas hablan de muchos dioses y diosas-luna, p.e. Artemisa y Diana. |
Los primeros astrónomos conocían las formas diferentes de la luna, observando que cada una estaba asociada a una posición relativa entre la luna y el Sol: por ejemplo, la luna llena siempre tiene lugar cuando la luna y el Sol están en extremos opuestos del cielo. Todo esto daba indicios de que la luna era una esfera, iluminada por el Sol. La trayectoria de la luna a través del cielo se encontró que era cercana a la elíptica, inclinada hacia el Sol unos 5º. Los eclipses de Sol siempre ocurren cuando la luna y el Sol ocupan el mismo punto en el cielo, sugiriendo que la luna está más cerca de nosotros y oscurece el Sol. Los eclipses de luna, de forma similar, siempre ocurren con luna llena, con los dos en lugares opuestos de la Tierra, y se podría definir por la sombra de la Tierra tapando la luna. Los eclipses de luna permitieron al astrónomo griego Aristarco, alrededor del año 220 a.C., calcular la distancia hasta la luna (vea lasección #8c). Si la luna y el Sol siguieran exactamente la misma trayectoria a través del cielo, tendrían lugar cada mes eclipses de ambos tipos. Realmente son relativamente raros, debido al ángulo de 5º entre las trayectorias, solo se ocasionan eclipses cuando el Sol y la Luna están cerca de los puntos donde se cruzan las trayectorias. El ciclo entre una luna nueva y la siguiente es de 29.5 días, pero el período actual de la órbita de la luna es de solo 27.3217 días. Es el tiempo que necesita la luna para regresar, aproximadamente, a la misma posición entre las estrellas. |
¿Por qué la diferencia? Suponga que comenzamos a contar desde el momento cuando la luna, en su movimiento a través del cielo, está alcanzando al Sol; la llamaremos "luna nueva" aún cuando el delgado arco de la luna será solo visible algún tiempo después, y solo por breve espacio de tiempo después del ocaso. Espere 27.3217 días: la luna habrá retornado al mismo lugar aproximado en el cielo, pero el Sol, entretanto, se ha movido en su periplo anual alrededor de los cielos. La luna necesitará unos 2 días más en alcanzar al Sol, hasta la posición de la siguiente "luna nueva". Esto es por lo que los períodos de la luna nueva está separados por 29.5 días.La Cara de la LunaLa cara visible de la luna tiene parches de luz y sombra, que la gente interpretó de varias maneras, dependiendo de su cultura. Los europeos ven la cara y hablan del "hombre en la luna", mientras que los niños en China y Tailandia identifican "el conejo en la luna". Todos están de acuerdo, sin embargo, en que la luna no cambia, que siempre presenta la misma cara hacia la Tierra. ¿Significa esto que la luna no gira? ¡Sí gira, un giro por cada revolución alrededor de la Tierra! Los dibujos de la izquierda, que cubren media órbita, deberán aclararlo. En ellos vemos la órbita de la luna desde arriba del polo norte. Imagine un dial de reloj alrededor de la luna y un punto en él, marcado por una flecha, que inicialmente (posición inferior en cada dibujo) apunta a las 12 del reloj.En el dibujo superior el rasgo marcado continua apuntando a la Tierra y cuando la luna va alrededor de la Tierra, apunta a las 10, 8 y 6 horas en el dial. Cuando la luna pasa la mitad del giro, ella también experimenta la mitad de su rotación. Si la luna no rotase, la situación sería como la del dibujo inferior. La flecha continua apuntando en la dirección de las 12 y después de la mitad de su órbita, la gente sobre la Tierra tendría la posibilidad de ver la otra cara de la luna. Esto no ocurre. Necesitamos ir abordo de una astronave y volar medio camino alrededor de la Luna antes de obtener una visión del otro lado, tal y como hicieron los astronautas del Apolo que tomaron la foto inferior. El Gradiente de GravedadEsta rotación insólita de la luna se mantiene porque es ligeramente alargada a lo largo del eje con puntos hacia la Tierra. Para comprender el efecto veamos el movimiento de un cuerpo con mucha mayor elongación, un satélite artificial con la forma de pesa simétrica (dibujo). Puede mostrarse eso si las fuerzas sobre la pesa (ó sobre un satélite de cualquier forma) no están equilibradas, gira alrededor de su centro de gravedad. Este punto se definirá después, pero en una pesa simétrica con dos masas iguales denominadas A y B, el centro de gravedad está exactamente en la mitad entre ellas.Ambas masas A y B son atraídas hacia la Tierra, y si las fuerzas de atracción son iguales, sus tendencias para hacer girar el satélite ("momento de rotación" ó "torsión") también son iguales y se anulan mutuamente, de tal forma que no existe rotación. Realmente, la fuerza A es un poco mayor, porque A está ligeramente más cercana al centro de la Tierra. Por lo tanto, el satélite girará hasta que A esté tan cerca de la Tierra como sea posible, que será una posible posición de equilibrio. |
Por supuesto que si comienza desde una posición de "no equilibrio", puede rebasar la marca y balancearse adelante y atrás alrededor del punto de equilibrio como un péndulo. La luna alargada actúa también como una pesa y se balancea un poco de lado a lado como un péndulo de balanza; esto ha permitido a los astrónomos antes de la era espacial ver un poco más de la mitad de la luna. este movimiento se conoce como "libración," de " libra", balanza; también es el nombre de una constelación del zodíaco y una antigua unidad de medida, de donde se deriva nuestra abreviación lb.
Libración de la Luna
Un observador en la Tierra puede ver un poco más de la mitad de la superficie de la Luna, gracias a procesos conocidos comos "libraciones." El término viene de "libra," que en latín significa balanza. Este es también el nombre de una constelación del Zodíaco, el cual, de acuerdo a los antiguos, se asemeja a una balanza, y lo que nosotros llamamos "pound" (unidad de peso en el sistema Inglés), también se llamaba "libra," de donde proviene la abreviación "lb".
Las balanzas de dos platos pueden oscilar como un péndulo, hacia un lado y hacia otro a lo largo de su punto de equilibrio, y supuestamente la libración de la Luna asemeja dicho movimiento. En el punto de equilibrio el eje largo de la Luna apunta hacia la Tierra, y la libración temporalmente desplaza el extremo del eje que apunta a la Tierra hacia el norte, sur, este u oeste. Debido a que la totalidad de la Luna sigue dicho movimiento, las libraciones revelan un poco más de su superficie.
En cualquier momento, tan solo la mitad de la superficie de la Luna es visible de la Tierra, pero la libraciones nos permiten "ver alrededor de las orillas." Con el tiempo, se puede observar hasta el 59%, aunque cerca de las orillas, donde la línea de visión es muy pronunciada, no se puede discernir mucho detalle. Actualmente los satélites lunares artificiales han mapeado la Luna con gran detalle, de manera que la cobertura extra de la libración no es importante. Pero antes de la era espacial, cuando a los astrónomos se les negaba cualquier vista de la parte trasera de la Luna, cualquier artificio para incrementar su cobertura era agradecida.
"Libración" es utilizada para cualquiera de los distintos efectos que nos permiten "ver alrededor de las orillas." Pero resulta que la mayoría de ellos no están asociados con ningún movimiento tipo péndulo del eje, sino que representan un desplazamiento en la dirección de observación. Existen tres dichas "libraciones geométricas":
Libraciones Geométricas
Abajo están los detalles, los cuales se puede saltear si esto parece muy profundo para usted. La órbita actual de la Luna alrededor de la Tierra no es un círculo, sino una elipse, una figura ovalada (en este caso, no es una diferencia grande con respecto a un círculo), de acuerdo con la primera ley de Kepler del movimiento planetario (sección #10). Su distancia de la Tierra, por lo tanto, sube y baja ligeramente. Y de acuerdo a la segunda ley de Kepler (sección #12), la Luna se acelera cuando se acerca a la Tierra, y baja su velocidad cunado se retira.
Cuando incrementa su velocidad, la rotación de la línea Tierra-Luna alrededor de la Tierra (medida en grados por hora) es más rápida. La rotación de la Luna alrededor de su eje, como fue visto, se mantiene constante, y por lo tanto se retrasa de la rotación. El en dibujo abajo, la forma elíptica de la Luna está muy exagerada, para ejemplificar el argumento siguiente.
Si (como en el dibujo anterior) la Luna orbitara la Tierra en la misma proporción que su cuerpo rotara alrededor de su eje, la línea de la Tierra-Luna y el eje largo de la Luna concordaría, de acuerdo a la posición "A" en el diagrama. En realidad, si esta es la parte de la órbita más cercana a la Tierra, y la Luna avanzando a su mayor velocidad, ya hubiera llegado a la posición "B" --aunque su rotación sería al mismo tiempo una más apropiada a la de "A."
Si esto pasara, el eje largo de la Luna haría un peque–o ángulo con la línea de la Tierra-Luna (de acuerdo al dibujo), permitiendo a los astrónomos observar más allá de la orilla occidental (oeste) de la parte lunar visible. ("este" y "oeste" son definidos con respecto a la Tierra, de manera que la orilla oeste es la que está más cercana al horizonte oeste del observador.)
De manera similar, cuando el movimiento de la Luna es extra lento, para cuando la rotación de la Luna lo lleve a la orientación de la posición "A", el movimiento orbital tan solo ha logrado llegar a la posición "C." Ahora aparece un peque–o gajo adicional cerca de la orilla este. Mientras que el primer tipo de libración agrega a nuestra cobertura cerca de los polos de la Luna, este tipo incrementa la cobertura en la orillas este y oeste, aproximadamente 7.7 grados (de un total de 360).
Libraciones Físicas
Además de los modos anteriores, también existen libraciones "físicas", cabeceos y bamboleos de la Luna reales tipo péndulo alrededor de su punto de equilibrio, como la cabeza unida a un resorte en uno de esos mu–ecos de "cabeza móvil", los cuales son populares como recuerdo.
El modo principal es el cabeceo de polo-a-polo y totaliza aproximadamente en un grado y medio. La oscilación logitudinal que se mueve de lado a lado, por otro parte, tiene una amplitud de tan solo un cuarto de minuto de arco, demasiado peque–a para ser medida con métodos ordinarios telescópicos. Sin embargo, puede ser revisado con bastante facilidad mediante se–ales láser que reboten de un conjunto de prismas reflejantes dejados en la Luna por los astronautas de las misiones Apolo 11, 14 y 15, parte del ALSEP, o "Apollo Lunar Surface Experiment Package, (Paquete Experimental Apolo de la Superficie Lunar)", o por el conjunto dejado allí por la nave robot Soviética Luna 21. Los resultados están en concordancia con la teoría de dichos movimientos, el cual fue expandido para cubrir movimientos que con anterioridad eran despreciados por ser inobservables.
Otros Casos de Rotación Cerrada
Las lunas cuya rotación está "cerrada" o "en sincronía", o sea que siempre presentan la misma cara al cuerpo padre, son sorprendentemente comunes en el sistema solar, especialmente lunas interiores, cercanas al planeta. Los cuatro satélites "Galileanos" de Júpiter son síncronos, el volcánico Io, Europa, Ganímides y Calisto, todos descubiertos por Galileo. Las 5 lunas interiores de Saturno son similarmente síncronas, como lo es Iapeto, más distante, la misteriosa luna mitad luz y mitad sombra en el libro de Arthur Clarke "2001, Space Odyssey (2001, Odisea del Espacio)" que era la puerta a otro mundo.
La rotación del planeta Mercurio está cerrada con respecto al Sol de una manera extra–a, teniendo tres rotaciones cada dos órbitas. Y la extra–a rotación de Venus, de este a oeste, contraria a la Tierra, y que pareciera estar cerrada a ella. El cerramiento parece imperfecto y puede ser accidental, pero el hecho de que cada vez que Venus está en su fase más cercana a la Tierra, se presenta con casi exactamente la misma cara. Venus está cubierta por densas nubes, y la Misión Magallanes que lleva un radar ha mapeado casi toda su superficie con gran detalle. Antes de eso, la herramienta principal para estudiar su superficie eran los radiotelescopios, operando como platos o antenas de radar para recibir las se–ales que rebotaban del planeta. Tan solo se podían obtener imágenes imperfectas, pero los astrónomos estaban frustrados al darse cuenta que en cada máxima aproximación, siempre se presentaba la misma cara.
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