Luna: características, estructura, órbita, fases
¿Qué es la Luna?
La Luna es el satélite natural de la Tierra, ligado a ella por la atracción gravitatoria. Por ser el astro más cercano a nuestro planeta, es el más familiar para todos y el primero que la humanidad ha visitado. Se trata de un cuerpo rocoso con un radio de 1738 kilómetros, cercano a la mitad del radio terrestre, mientras que su masa es apenas 1/81 de la masa de la Tierra.
En cuanto a su densidad media, es 3,3 veces la del agua, mientras que la densidad media de la Tierra es de 5.5. Y por supuesto está su gravedad, que es 0.17 veces el valor de la terrestre.
En un modelo a escala con la Tierra del tamaño de un balón de básquet, la Luna sería una pelota de tenis, y ambas pelotas estarían separadas una distancia de 10 metros aproximadamente.
La distancia real Tierra-Luna de unos 385 mil kilómetros más o menos. La luz que la Luna refleja del Sol tarda 1.3 segundos en alcanzar la Tierra.
Otra característica significativa es que la Luna carece de atmósfera propia, apenas hay trazas de algunos elementos gaseosos como hidrógeno, helio, neón, argón y otros en cantidades mínimas.
Y un detalle todavía más llamativo es que la Luna siempre muestra la misma cara a la Tierra. Se debe a que su período de rotación alrededor de su eje es igual al de su órbita alrededor de la Tierra: aproximadamente 27 días.
Si hubiese alguna diferencia entre ambos períodos, la cara oculta de la Luna sería visible desde la Tierra en algún momento, pero no es así y se debe al efecto llamado acoplamiento de marea. Más adelante se analizará este efecto con mayor detalle.
Estructura de la Luna
La estructura interna de la Luna se conoce gracias a los sismógrafos que instalaron las misiones Apolo. Los sismógrafos son aparatos que registran los movimientos de la Tierra y que en la Luna son capaces de grabar los lunamotos, ondas producidas por el impacto de los meteoritos.
A partir de estos registros, se sabe que la Luna tiene la siguiente estructura de capas:
- Corteza, de aproximadamente 80 km de espesor, más delgada en la cara que mira hacia la Tierra y más gruesa en la cara opuesta, a causa de las fuerzas de marea.
- Manto, con un radio estimado de alrededor de 1300 km, compuesto principalmente por óxidos de hierro y magnesio.
- Núcleo, pequeño, de unos 587 km de radio aproximadamente, que a su vez se compone de un núcleo sólido más interno, uno más externo y líquido más una capa circundante semi-derretida.
- La Luna carece de actividad tectónica, a diferencia de la Tierra, ya que ha perdido casi todo su calor interno, al enfriarse muy rápidamente.
La superficie lunar
La superficie lunar está cubierta de un polvo abrasivo y pegajoso, llamado regolito. Las zonas oscuras que se distinguen son llamadas mares, del latín “mare”, aunque no contienen agua, sino lava solidificada.
Se cree que estos mares fueron causados por el impacto de grandes asteroides hace unos 4000 millones de años, y que luego se llenaron con la lava que fluía desde el interior. El Mare Imbrium es el de mayor tamaño, con 1200 km de ancho.
Las zonas más claras que se aprecian rodeando a los mares, son regiones montañosas con cordilleras que han sido nombradas como las de la Tierra, por ejemplo los Alpes y los Cárpatos.
Es distintiva la presencia de numerosos cráteres de todos los tamaños, posiblemente causados por impactos de asteroides pequeños y de meteoritos. Tienen nombres de personajes famosos, por ejemplo el cráter Copérnico.
Otra teoría acerca del origen de los cráteres lunares considera que tienen origen volcánico, aunque la teoría del origen por meteoros cuenta con un mayor apoyo por parte de los astrónomos.
En la superficie de la Luna también existen profundas grietas, cuyo origen no es aún del todo claro, aunque se cree que provienen de antiguos flujos de lava. Un ejemplo es la grieta Hyginus, con dos ramas en cuyo centro hay un cráter con el mismo nombre.
Las imágenes tomadas por los vehículos espaciales del lado que no vemos, muestran una superficie similar a la del lado visible, aunque con menos mares.
Órbita
Gracias a la atracción gravitatoria ejercida por la Tierra, la Luna sigue una órbita elíptica de poca excentricidad de este a oeste alrededor de nuestro planeta, de acuerdo a las leyes de Kepler.
Por eso la distancia Tierra-Luna señalada al comienzo de 385 mil kilómetros, es una distancia media, aunque por su pequeña excentricidad, la órbita es casi circular. Es decir, a veces la Luna está más cerca (perigeo) y otras veces está más lejos (apogeo).
Además no es una órbita fija, pues existen otras perturbaciones, como por ejemplo la atracción gravitatoria del Sol y los demás planetas, que la modifican continuamente.
El plano que sigue la órbita lunar no coincide exactamente con el que sigue la órbita de la Tierra, sino que está inclinado unos 5º aproximadamente. Durante una revolución, la Luna se ubica unos 5º por encima y por debajo del plano de la órbita terrestre. Ambas órbitas se cortan en los puntos llamados nodos lunares.
La siguiente es una representación de la Tierra girando alrededor del Sol y la Luna alrededor de la Tierra:
Rotación síncrona
La Luna siempre muestra la misma cara a la Tierra, por tanto hay un lado oscuro que no se ve desde aquí. La explicación es que la Tierra y la Luna forman un sistema bajo la acción gravitatoria mutua, pero la Tierra tiene una masa mayor.
En tal caso, el cuerpo menor acopla su movimiento al del cuerpo mayor, es decir, iguala su período de rotación con el de traslación.
En otras palabras, las partes de cada una de ellas más cercana a la otra, se atraen con más intensidad que los extremos más alejados, y esta diferencia puede ser lo bastante grande como para producir un abultamiento en el planeta.
Es así como la Luna es responsable de las mareas terrestres, porque los océanos se “levantan” en respuesta a la atracción gravitatoria del satélite. Pero la corteza lunar también se deformó, dando origen a fuerzas de fricción que hicieron que su período de rotación fuera disminuyendo paulatinamente.
Este fenómeno es frecuente entre un planeta y sus lunas, por ejemplo Plutón y su satélite Caronte están en rotación síncrona el uno con el otra.
El lado oscuro de la Luna
Hace mucho, cuando la Luna recién se había formado, giraba más de prisa en torno a su eje y estaba más cerca de la Tierra de lo que está ahora. Así que en algún momento de la temprana historia terrestre, debió verse como un enorme disco plateado iluminando el cielo nocturno.
Este hemisferio de la Luna siempre es el mismo, visto desde la Tierra, tal como se ha explicado. Sin embargo una mitad de la Luna recibe siempre la luz del Sol (y allí está muy caliente, aproximadamente 134 ºC) y la otra mitad no, a menos que ocurra un eclipse. Pero estas mitades no se corresponden con las caras que vemos desde aquí.
El hemisferio lunar que recibe la luz del Sol es el que mira directamente a él, mientras que el otro está a oscuras y es muy frío, unos -153 ºC. La delgada atmósfera lunar es responsable de esta gran variación en la temperatura.
Dichos hemisferios van cambiando a medida que la luna prosigue su movimiento de traslación alrededor de la Tierra, de manera que en realidad toda la Luna recibe la luz del Sol en algún momento.
Fases de la Luna
Vista desde la Tierra, la Luna experimenta cambios en su parte iluminada a lo largo de un mes aproximadamente. Son las llamadas fases lunares: luna nueva, cuarto creciente, luna llena y cuarto menguante, que se repiten continuamente en ese mismo orden.
En realidad el tiempo que tarda la Luna en atravesar todas sus fases es poco menos de un mes. A este período se le denomina lunación o mes sinódico y dura 29 días y 12 horas.
Las fases de la luna dependen de la posición relativa entre la Luna, la Tierra y el Sol. Veamos:
Luna nueva
En luna nueva o novilunio apenas es posible distinguir la Luna, porque al estar interpuesta entre la Tierra y el Sol, la cara visible desde aquí no está iluminada.
Cuarto creciente
Luego, en el lapso de unos 7.4 días aproximadamente, que es lo que dura aproximadamente cada fase, el área iluminada aumenta gradualmente hasta llegar al cuarto creciente, donde la mitad del disco lunar está iluminada. Se puede observar desde el mediodía hasta la medianoche.
Luna llena
La zona iluminada sigue aumentando después del cuarto creciente hasta llegar a la luna llena o plenilunio, cuando la Luna está detrás de la Tierra, y el Sol la ilumina completamente de frente (figura 1). Se puede ver la Luna llena desde el momento en que el Sol se pone hasta el amanecer, alcanzando su máxima altura a medianoche.
Cuarto menguante
Finalmente el tamaño de la Luna decrece poco a poco, pasando a cuarto menguante, cuando nuevamente la mitad del disco queda iluminada. Se puede ver salir hacia la medianoche, hasta que alcanza la máxima altura al amanecer. Después sigue mermando para comenzar un nuevo ciclo.
Hay que destacar que desde el hemisferio norte el movimiento de la luz va de derecha a izquierda y en el hemisferio sur se ve al contrario.
Así podemos saber por ejemplo si la luna está en creciente o en menguante. Si está en creciente, el lado derecho de la Luna es el que se ve iluminado estando en el hemisferio norte y el lado izquierdo si se está en el hemisferio sur.
Movimientos de la Luna: rotación y traslación
La Luna efectúa una órbita o revolución completa alrededor de la Tierra en 27.32 días, llamado el mes sidéreo (no confundir con el mes sinódico de 29 días y 12 horas). Lo hace a razón de 1 km/s.
La diferencia entre el mes sidéreo y el sinódico se debe a que mientras la Luna va dibujando su órbita, la Tierra avanza 27º en su propio movimiento de traslación alrededor del Sol. Cuando eso sucede, las posiciones relativas Sol-Tierra-Luna vuelven a ser las mismas.
Nuestro satélite también efectúa una rotación sobre su propio eje en ese mismo lapso de tiempo, a causa de la rotación síncrona.
Libraciones
La Luna ejecuta más movimientos aparte de la rotación sobre su eje y la traslación, que son considerados los movimientos principales. Además de ellos cuenta con las libraciones.
Las libraciones son movimientos oscilatorios de la Luna que permiten observar un 59 % de su superficie, en vez del 50 % esperado por el hecho de que siempre ofrece la misma cara a la Tierra. Son conocidas desde la época de Galileo.
Composición
La Luna es rocosa y con una atmósfera muy delgada. La presencia de agua líquida está descartada en los hemisferios lunares expuestos alternativamente al Sol, debido las altas temperaturas que se alcanzan allí.
No obstante, en los polos lunares hay cráteres a los que no llega el calor solar desde hace millones de años. Las temperaturas pueden descender hasta unos fríos -240 ºC.
Allí las sondas enviadas por la India y los Estados Unidos consiguieron detectar agua en forma de hielo.
En cuanto a la composición de las rocas lunares, en ellas abunda en oxígeno: hasta un 43%. Además se estima un 20% de silicio, 19% de magnesio, 10% de hierro, 3% de calcio, 3% de aluminio, 0.42% de cromo, 0.18% de titanio y 0.12% de manganeso. También se ha detectado plata y mercurio en el polvo lunar.
Pero en cambio no hay carbono, nitrógeno e hidrógeno libre, los elementos de los que se compone la materia viva. Y en las rocas lunares no existe agua, a diferencia de las rocas terrestres, en cuya estructura sí se encuentra.
Formación
La teoría más aceptada entre la comunidad científica es que la Luna tuvo su origen en una colisión entre la Tierra y un objeto similar a Marte o mayor que él, nombrado Theia, durante la formación del sistema solar.
Aparte de dar origen a la Luna, la colisión con Theia modificó la inclinación del eje de rotación de la Tierra y desestabilizó la atmósfera primitiva.
Esta teoría explica el porqué la Luna es menos densa que la Tierra, ya que la colisión con Theia arrancó parte del manto de este, cuya densidad en semejante a la densidad lunar. Sin embargo no explica la existencia del núcleo semi-derretido de la Luna, el cual se sabe que existe gracias a la información sísmica.
Otra teoría alternativa considera que la Luna se formó en otro lugar del sistema solar y fue capturada por la gravedad terrestre en algún momento.
El fundamento de estas ideas es que las rocas lunares, si bien contienen los mismos elementos que los de la Tierra y son de la misma edad, tienen muchas diferencias desde el punto de vista químico.
Eclipses
Eclipse de Luna
Los diámetros aparentes del Sol, la Tierra y la Luna son los mismos vistos desde la Tierra. Así que cuando la Tierra está entre el Sol y la Luna, es posible observar un eclipse lunar.
El eclipse de Luna únicamente puede ocurrir en plenilunio y cuando ella cae dentro de la sombra de la Tierra, llamada umbra. De esta forma queda oscurecida, adquiriendo una tonalidad rojiza o anaranjada, según las condiciones atmosféricas de la Tierra. Se puede observar en la siguiente imagen:
La Luna puede caer totalmente en la sombra de la Tierra o solo en parte, en el primer caso el eclipse es total y de otra forma es parcial. Los eclipses parciales pueden ser confundidos con una fase de la luna, hasta que el eclipse termina y surge la luna llena nuevamente.
A diferencia de los eclipses de sol, los eclipses lunares pueden ser vistos desde cualquier lugar del mundo en el que sea de noche y además pueden durar varias horas.
Eclipse de Sol
Cuando los discos del Sol y la Luna coinciden, visto desde algún punto de la Tierra, se produce un eclipse de Sol. La Luna parece que pasa por delante del Sol, para lo cual es preciso que se encuentre en novilunio, aunque los eclipses solares no se producen en cada luna nueva.
Para que el eclipse de Sol ocurra, la alineación entre Sol, Tierra y Luna debe ser total, y esto no ocurre todo el tiempo, sino al menos dos veces al año, hasta un máximo de cinco. En cuanto a la duración, el tiempo que el Sol queda oscurecido es variable, del orden de unos 8-10 minutos.
Los eclipses de Sol pueden ser totales, parciales o anulares, según la luna cubra al Sol completamente o en parte. En el caso de los eclipses anulares, el diámetro relativo de la Luna no es suficiente para cubrir completamente al Sol, quedando visible un anillo luminoso de este. El siguiente es un eclipse total de Sol:
Los eclipses totales de Sol son imponentes fenómenos celestiales y brindan una maravillosa oportunidad de estudiar detalles de las capas más externas del Sol.
Influencia en la vida de la Tierra
La Tierra y la Luna forman un maravilloso dueto que ha influenciado a la vida y en particular a la humanidad desde el principio de los tiempos:
-Gracias a la Luna existen las estaciones.
-Cada año la Luna se aleja unos 4 cm de la Tierra, lo cual contribuye a frenar la rotación terrestre y alarga los días en algunas milésimas de segundo. Este alejamiento no es constante, pues depende mucho de la disposición de las masas continentales y acuáticas de la Tierra, que como sabemos, ha cambiado mucho desde que la formación de ambas.
-Gracias a este alargamiento de los días, las plantas han tenido el tiempo suficiente para llevar a cabo la fotosíntesis.
-De ser cierta la teoría del impacto con Theia, la atmósfera de la Tierra sufrió modificaciones que la hicieron más apropiada para el surgimiento de la vida.
-La Luna ha servido de guía durante el desarrollo de la humanidad, por ejemplo los agricultores, incluso en la actualidad, se sirven de las fases lunares para cultivar los campos.
-Las mareas oceánicas se producen gracias a la interacción gravitatoria en la Tierra y la Luna y son importantísimas para la pesca y el clima, además de ser fuentes de energía.
-Existe la creencia popular de que la Luna llena influye en el ánimo de las personas, haciendo que durante este período sean más susceptibles desde el punto de vista psicológico.
-La Luna ha servido como inspiración para innumerables novelas y películas de ciencia ficción, aún antes de que comenzara la carrera espacial.
Referencias
- Astromía. La superficie lunar. Recobrado de: astromia.com.
- Geoenciclopedia. Fases de la Luna. Recobrado de: geoenciclopedia.com.
- Iglesias, R. La Luna: primer continente cósmico. Recobrado de: redalyc.org.
- Oster, L. 1984. Astronomía Moderna. Editorial Reverté.
- Romero, S. Curiosidades sobre la Luna. Recobrado de: muyinteresante.es.
- Wikipedia. Geología de la Luna. Recobrado de: es.wikipedia.org.
- Wikipedia. Luna. Recobrado de: es.wikipedia.org.