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¿Por qué la Luna se aleja de la Tierra unos 3,8 cm cada año?

Categoría: Espacio y astronomía

En la superficie de la Luna hay espejos colocados por los astronautas de las misiones Apolo. Cuando disparamos un láser desde la Tierra hacia esos espejos, podemos medir que la Luna se aleja de nosotros unos 3,8 cm cada año[1][2].

Lo que empuja a la Luna lejos es la combinación de la rotación de la Tierra y las mareas. El bulto del agua del océano creado por la Luna avanza un poco más rápido que la propia Luna, y su gravedad tira de ella, transfiriendo parte del impulso de la rotación terrestre a la órbita lunar. Mientras la Luna se aleja, el día terrestre se hace más largo. Los fósiles de coral de hace 400 millones de años nos muestran cómo eran los días antiguos, y también hay razones por las que no podemos simplemente multiplicar esos 3,8 cm anuales por el tiempo pasado.

1. Cómo se mide la distancia a la Luna con los espejos que dejó el Apolo 11

En julio de 1969, los astronautas de la misión Apolo 11 instalaron en la superficie lunar "espejos retrorreflectores para medición láser"[3]. Estos espejos consisten en una serie de pequeños prismas de vidrio alineados para que la luz rebote exactamente en la dirección de la que vino.

Desde la Tierra, se dispara un pulso corto de luz láser hacia estos espejos y se mide el tiempo que tarda en rebotar y regresar. Como conocemos la velocidad de la luz, podemos calcular la distancia basándonos en el tiempo de ida y vuelta. Según la explicación de la NASA, esto permite conocer la distancia con una precisión de unos pocos milímetros[1]. Al repetir esta medición durante décadas, se ha observado que la distancia hasta la Luna cambia ligeramente con el tiempo.

2. La Luna se aleja unos 3,8 cm al año, como crecen las uñas

La Luna se aleja de la Tierra a un ritmo de aproximadamente 3,8 cm por año[1][2]. Una explicación compara esta velocidad con la rapidez con la que crecen las uñas de una persona promedio[7].

La distancia media entre los centros de la Tierra y la Luna es de unos 385.000 km[2]. Aunque el movimiento de 3,8 cm es minúsculo en comparación con esa distancia, la precisión de la medición es de milímetros, por lo que el cambio es claramente detectable. La pregunta clave es: ¿por qué se está alejando?

3. Cómo el bulto de la marea en el océano tira de la Luna y la aleja

El océano de la Tierra se abulta en la dirección de la Luna debido a la atracción gravitatoria lunar. Sin embargo, como la Tierra gira sobre su eje, el agua del mar es arrastrada mientras roza contra el fondo marino, lo que hace que el abultamiento de la marea se desplace ligeramente hacia el este, adelantándose a la posición de la Luna.

Debido a la gran cantidad de agua en ese abultamiento, se genera una fuerza gravitatoria que tira de la Luna hacia adelante en su órbita[1][4]. Es similar a cuando empujas un columpio en la dirección en la que ya se mueve para que suba más alto. Sin embargo, no es el agua del mar empujando físicamente a la Luna; lo que actúa es la atracción gravitatoria. Además, la Luna no oscila hacia atrás y adelante, sino que continúa orbitando en una trayectoria casi circular, por lo que, al ser tirada hacia adelante, su órbita se agranda y se aleja.

En este proceso, la energía de rotación y el momento angular de la Tierra se transfieren al movimiento orbital de la Luna. No obstante, la mayor parte de esa energía se convierte en calor debido a la fricción de las mareas[5]. La Luna no se aleja por sí sola, sino que recibe el impulso de la rotación de la Tierra. Entonces, ¿qué le pasa a la Tierra al perder ese impulso?

4. Por qué los días de la Tierra se alargan unos 0,0016 segundos cada 100 años

A medida que la rotación se ralentiza, el día se hace gradualmente más largo. Se explica que esta duración aumenta aproximadamente 0,0016 segundos (o 1,6 milisegundos) cada 100 años[4]. Este valor proviene de libros de texto de astronomía. Otra estimación basada en registros históricos de observaciones sugiere un aumento de unos 1,72 milisegundos por siglo[5].

El alargamiento ocurre "cada 100 años", no cada año. Es un intervalo de tiempo mucho más corto que un parpadeo, por lo que es imperceptible durante una vida humana. Sin embargo, si acumulamos cientos de millones de años, los días del pasado debían ser muy diferentes a los actuales. Una pista para verificar esto se encuentra en los fósiles.

5. Qué cuentan los fósiles de coral de hace 400 millones de años sobre la duración del año

En los fósiles de coral quedan marcadas las líneas de crecimiento diarias y las capas anuales. Si cuentas las líneas de crecimiento dentro de una capa de un año, puedes determinar cuántos días tenía ese año.

El paleontólogo John Wells investigó corales de hace aproximadamente 400 millones de años (Devónico medio) en 1963 y reportó que un año tenía más de 400 días[6]. Si la duración del año fuera la misma que hoy, el día sería más corto que las 24 horas actuales; el cálculo da aproximadamente 22 horas.

Otros registros fósiles estiman que un día de hace unos 70 millones de años duraba unas 23,5 horas[5]. La tendencia es la misma: cuanto más atrás en el tiempo, más corto era el día. Sin embargo, cuanto más antiguo es el fósil, mayor es el margen de error en la estimación.

6. Por qué no se puede multiplicar 3,8 cm anuales por cientos de millones de años

Los 3,8 cm anuales son una medición reciente. Si asumimos que esta velocidad ha sido constante en el pasado y hacemos el cálculo inverso, la Tierra y la Luna habrían estado pegadas hace unos 1.500 millones de años. Esto no coincide con la evidencia de que la Luna existe desde hace al menos 4.460 millones de años, por lo que la velocidad en el pasado debió ser menor[7].

Las explicaciones señalan que la velocidad de retroceso no es constante, sino que probablemente hubo períodos de retroceso rápido y períodos de poco cambio mezclados[7]. Todavía hay aspectos desconocidos sobre por qué la velocidad actual es mayor que en el pasado.

A medida que la Luna se aleja, su tamaño aparente en el cielo se reduce. Según la misma explicación, los eclipses solares totales comenzarán a disminuir en frecuencia dentro de unos 620 millones de años[7]. Hay cifras que sitúan el último eclipse mucho más lejos en el futuro, por lo que estos números son solo una guía aproximada.

7. Un experimento para comparar la velocidad de la Luna con el crecimiento de tus uñas

Lo que puedes hacer hoy: Usa una regla para medir 3,8 cm y colócala contra la punta de tu uña. Mide la longitud de tu uña con la regla y anótala. Un mes después, vuelve a medir cuánto ha crecido. Comparando el movimiento de la Luna en un año con el crecimiento de tu uña en un mes, puedes comprobar por ti mismo cuál es más rápido. El truco es medir antes de cortarte las uñas.

Para investigar más: En lugar de las uñas, elige algo que crezca dentro de casa y registra su cambio durante un mes con una regla. Así podrás percibir qué tan lento es realmente un movimiento de "3,8 cm al año".

Fuentes

  1. NASA JPL, "The Apollo Experiment That Keeps on Giving" https://www.jpl.nasa.gov/news/the-apollo-experiment-that-keeps-on-giving/ (Explica el valor de 3,8 cm anuales, el método de medición y su precisión.)
  2. NASA Eclipse, "Lunar Science Findings from Laser Ranging" https://eclipse.gsfc.nasa.gov/SEhelp/ApolloLaser.html (Confirma los 3,8 cm y la distancia media Tierra-Luna.)
  3. NASA, "Apollo 11 Mission Overview" https://www.nasa.gov/general/apollo-11-mission-overview/ (Detalla la instalación y composición de los espejos retrorreflectores.)
  4. Astronomy Notes, "Tides Slow Earth Rotation" https://www.astronomynotes.com/gravappl/s10.htm (Describe cómo el bulto de la marea tira de la Luna y el alargamiento del día.)
  5. Wikipedia, "Tidal acceleration" https://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_acceleration (Habla de la transferencia de momento angular, valores precisos de retroceso y estimaciones fósiles.)
  6. Wikipedia, "Rugosa" https://en.wikipedia.org/wiki/Rugosa (Introduce el estudio de corales de John Wells.)
  7. Eos, "The End of the Eclipse" https://eos.org/features/the-end-of-the-eclipse (Discute la velocidad no constante del retroceso, el fin de los eclipses y la analogía con las uñas.)