La luna: origen y propiedades
Luna, espejo del tiempo
Espejo del tiempo, así la llamó un memorable poeta… El objeto más brillante en nuestro cielo nocturno (el segundo es Venus), la Luna, Selene en griego. Inspiradora de infinidad de mitologías, odas, poemas, canciones, etc. La última entrada sobre astronomía fue sobre las lunas del Sistema Solar, su mitología y literatura; en esta ocasión será la Luna la única protagonista de la entrada, desde un acercamiento científico.
Cara cercana de la Luna. Imagen 1
Luna, es el nombre dado al satélite natural que acompaña al planeta Tierra en su infinito viaje por el cosmos. Al considerar que ha sido tan admirada desde tiempos inmemoriales por el ser humano, hoy día, en la era de la información, sería una especie de afrenta hacia ella, por parte de aquellos amantes o apasionados admiradores del satélite, el no querer conocer un poco más sobre su naturaleza.
En este post se abordarán primeramente algunas de las características esenciales de nuestro satélite, para luego pasar a los misterios de su formación. A pesar de poseer un enfoque predominantemente científico, muy seguramente se colarán un par de líneas poéticas… Y cómo evitarlo, cuando es la Luna la protagonista.
Propiedades la Luna
La luna es considerablemente grande comparada con el tamaño del planeta tierra, siendo además la quinta luna más grande del sistema solar, con un diámetro ecuatorial de 3474Km. La luna, en relación al tamaño del planeta que orbita, es mucho mayor que cualquier otro satélite del sistema solar.
Por ejemplo, las lunas marcianas Phobos y Demos, son muy pequeñas comparadas a Marte.
Saturno y Jupiter, los gigantes gaseosos, poseen las mayores lunas de este sistema: Gamínedes, Titán, Io y Calisto; sin embargo, la diferencia de tamaño de estas con respecto a sus planetas es muy grande. Venus y Mercurio no poseen Lunas.
Tenemos entonces que nuestra Luna es considerablemente grande y se encuentra considerablemente cerca de nuestro planeta, aproximadamente a 384 000 km; a la luz le toma 1,28 segundos llegar desde ella hasta la Tierra, qué es igual a decir que se encuentra a 1,28 segundos/luz de distancia. Por estos dos motivos, su tamaño y su cercanía, nuestra (¿nuestra?) Luna ejerce un impacto considerable en nuestro planeta, incluyendo el desarrollo de la vida en este.
Representación a escala del tamaño y distancia relativa entre la Tierra y la Luna. Imagen 2
384 000 km, no parece tanto, ¿o sí? Tomando en cuenta que la distancia promedio que recorre un ser humano en el curso de su vida es de 177 000 km, podríamos considerar que es una distancia que podríamos recorrer ‘a pie’… Por supuesto, teniendo en cuenta que tendremos que caminar un poco más del doble de lo que hace un humano promedio.
Es el equivalente a realizar 113 veces le Tour de France (3540 Km) o a recorrer solamente unas 8,3 veces la carretera más larga del mundo, la Carretera o Ruta Panamericana, la cual une a Alaska con la Patagonia.
No obstante, antes de proponernos comenzar dicha empresa, sería altamente recomendable conocer los conceptos de perigeo y apogeo.
Representación de la orbita de la Luna alrededor de la Tierra. Imagen 3
La órbita de la luna alrededor de la Tierra es elíptica, con la Tierra ubicada en uno de los focos de la elipse; perigeo y apogeo son los nombres dados a los puntos de la órbita alrededor de la tierra en los cuales la luna se encuentra más cerca y más alejada, respectivamente, de la tierra.
De realmente querer llegar hasta la Luna, lo más recomendable sería hacerlo durante el perigeo, ahorrareis algunos años de vuestra caminata. Y otro dato muy importante para los emprendedores de esta empresa: cuanto antes lo hagan mejor, la luna poco a poco se está alejando de la tierra, aun tienen por lo menos un millón de años de alcanzarla antes que la misma nos abandone, pero no se duerman en los laureles o ya no podrán hacerlo.
Muchos estarán familiarizados con el nombre de Super Luna, esta se refiere a ese momento en viaje alrededor de la tierra, en el cual la Luna Llena coincide con el Perigeo, punto en la órbita en que se encuentra a menor distancia de la tierra.
El lado obscuro de la Luna no es tan obscuro…
En la primera de estas imagenes se observa un eclipse total de sol, durante el mismo la cara cercana se encuentra a obscuras mientras que la oculta está de cara al sol.
En las imagenes 5 y 6 se aprecian fotografías de la cara oculta de la luna.
Imagenes: 4, 5 y 6
Otra propiedad interesante de este satélite es el de toda la ficción que ha dado lugar ese famoso “Lado obscuro de la Luna”. Es del conocimiento de todos que la Luna siempre muestra su misma cara a la Tierra, no obstante, se tendió a mal interpretar dicha propiedad y a pensar que la cara que nunca muestra la tierra está en total oscuridad. El lado obscuro de la luna no es tan obscuro, ya que en su viaje alrededor de la tierra, no hay región de ella que no reciba en un momento dado los rayos del sol. El termino correcto para esta cara es el de “Cara oculta de la Luna”.
Formación de la Luna
La luna ha sido estudiada por el ser humano desde hace milenios; siendo el segundo cuerpo más explorado en el Sistema Solar por nuestra especie, aun así, continua guardando tantos misterios… Uno de esos misterios es el de su formación, numerosas hipótesis han sido planteadas y han dado nacimiento a cinco escenarios principales que han sido profundamente estudiados por parte de la comunidad científica. Esos interesantes escenarios incluyen:
— la separación de la Luna mediante fisión, de una Tierra girando muy rápido;
— formación simultanea (o co-acreción) de ambos cuerpos como un sistema binario;
— captura de la Luna como un planeta Renegado, por parte de la gravedad del planeta Tierra;
— precipitación de la Luna desde la Tierra causada por el intenso bombardeo de planetesimales;
— y por último, la más aceptada el día de hoy, la Hipótesis del Gran Impacto.
La hipótesis del Gran Impacto
Es la hipótesis sobre la formación de la Luna que lidera en la actualidad, esta plantea que la misma se formó tras una colisión entre un cuerpo del tamaño de Marte y la Proto-Tierra hace aproximadamente unos 4 500 millones de años. A este planeta hipotético le fue otorgado el nombre de Theia.
Ilustración que muestra la colisión de dos cuerpos celestes. Créditos: NASA/JPL-Caltech. Imagen 7
De los cinco escenarios antes mencionados está es la que provee las mejores explicaciones ante muchas de las características del sistema Tierra-Luna, principalmente a la cantidad de momento angular presente en la órbita mutua del sistema, así como en la rotación de la tierra; las diferencias entre las densidades y en la estructura interna de cada cuerpo, como también las similitudes entre los mantos de la Luna y la Tierra.
Como podemos apreciar, la labor científica no es nada fácil, los mayores avances y descubrimientos fueron realizados tras los análisis de las rocas lunares traídas desde la Luna por las diferentes misiones. Así mismo estas misiones permitieron la instalación de sensores en diversas zonas de la superficie lunar que permitieron adquirir importantes conocimientos sobre su estructura interna. (Impactos de meteoros en la superficie lunar, han permitido analizar su estructura interna mediante los sensores antes mencionados durante los lunamotos (el equivalente a terrremoto en la tierra) producidos por dichos impactos. A diferencia del planeta Tierra, el cual cuenta con una masa océanica, la superficie lunar no posee un océano que disipe las grandes cantidades de energía desatadas tras esos impactos, por tal motivo, los lunamotos, que se propagan por el interior de la Luna, pueden prolongarse hasta por periodos de una hora, alimentando de valiosa información a los dispositivos allá instalados).
Tras los análisis de roca lunares traídas por las diferentes misiones, los análisis de la estructura lunar realizados a través de sensores en su superficie, los cálculos de momento angular del sistema Tierra-Luna; muchas hipótesis han sido descartadas por no satisfacer las nuevas observaciones, sin embargo, la hipótesis del Gran Impacto ha prevalecido por más de 25 años de revisión.
Algunos conceptos importantes que tener en cuenta para comprender el proceso de formación de cuerpos astronómicos son los siguientes:
Ilustración de un disco de acreción alrededor de un agujero negro. Créditos: NASA/JPL-Caltech. Imagen 8
Conservación del momento angular
Durante la formación de estrellas, en el interior de las grandes nubes moleculares, el polvo y el gas se encuentra girando lentamente; sin embargo, cuando dichas nubes experimentan el colapso gravitacional que luego dará origen a las nuevas estrellas, la velocidad de giro de las mismas aumenta debido a la conservación del momento angular.
A medida que la nube se hace cada vez más pequeña y se convierte en proto-estrella, el material que se encuentra girando rápidamente alrededor de la misma, toma la forma de un disco.
Discos de acreción
Los discos de acreción o de acrecimiento, son estructuras formadas por gas y polvo que giran alrededor de un objeto masivo. Durante la formación del sistema solar se formó un disco de este tipo, que tras la lenta acumulación de materia fue dando origen a planetesimales, proto-planetas y finalmente planetas y lunas. La dinámica de estos objetos astrofísicos está gobernada principalmente por la ley de conservación del momento angular
Discos proto-planetarios.
A medida que las moléculas y los granos de polvo que conforman al disco de acreción chocan y se condensan, este evoluciona dando lugar a granos cada vez más grandes que se convierten en planetesimales. Pasando desde el orden de los micrómetros hasta alcanzar el orden de los kilómetros. Una vez que alcanzan diámetros mayores a 1km, ya poseen suficiente masa para a su vez atraer gravitacionalmente más material hacía sí, convirtiéndose en los grandes objetos astronómicos que conformarán ese sistema estelar. En nuestro caso los principales planetas, sus lunas y el cinturón de asteroides.
Captura de simulación de crecimiento oligárquico de planetesimales tiempo vs unidades astronómicas, para t=0 años, t=10^5 años, t=2x10^5 años y t=4x10^5 años. Los circulos representan planetesimales y su radio es proporcional al de los planetesimales. Imagen 9: Fuente: Dynamics and accretion of planetesimals, Eiichiro Kokubo y Shigeru Ida
En la primera etapa t=0 años, apreciamos una delgada capa de planetesimales, en la segunda etapa t=t=10^5 años, se aprecia como los planetesimales comienzan a juntarse formando objetos de mayor tamaño. Este fenómeno se llama formación o crecimiento oligárquico, ya que los objetos más grandes tienen la capacidad de atraer cada vez más objetos pequeños, incrementan progresivamente su tamaño y crecen cada vez más rápido. Finalmente se crea un disco de planetesimales alrededor de la estrella, los cuales a su vez impactan unos con otros hasta que eventualmente los mismos, tras colisiones entre ellos y colisiones menores con objetos pequeños presentes en el disco de acreción, formarán los planetas del sistema.
Los pilares de la creación son nubes moleculares gigantes en forma de pilares en la nebulosa del Águila en la cual se crean y nacen gran cantidad de estrellas. Créditos: NASA/ESA/Hubble Heritage Team (STScI/AURA)/J. Hester, P. Scowen (Arizona State U.) Imagen 10
Conociendo estos conceptos básicos podríamos intuir que la formación de la Luna y la Tierra, inició como un sistema binario en el disco de acreción creado por nuestro sol en sus primeras etapas; en el cual ambos cuerpos, debido a la cercanía entre ellos, habrían de haberse formado del mismo material. Sin embargo, contrario a lo que se esperaba, las composición de la Tierra y de la Luna son diferentes. Esta última posee cantidades de hierro mucho menores a las que posee la Tierra, por lo cual sus densidades son distintas; de haberse formado en la misma zona de la nebulosa solar, de material de las mismas composiciones, ambas deberían poseer densidades similares…, mas como ya se ha dicho, no es el caso. ¿A dónde se fue el hierro cuando la Luna se formó?
Estructura interna de la Luna, en la cual se aprecia la predominancia del manto y la presencia de un nucleo interno solido y un nucleo externo semisólido. Fuente: Seismic Detection of the Lunar core. Imagen 11
La hipótesis del Gran Impacto se basa en que durante la etapa del disco proto-planetario, en la cual los planetesimales comienzan a colisionar unos con otros, se produjo el choque entre la proto-Tierra y Theia. Este impacto explicaría tanto las diferencias en las densidades de ambos cuerpos, como también las similitudes encontradas entre los mantos de la Luna y la Tierra. Principalmente, el de poseer la misma composición isotópica de oxígeno, mientras que rocas marcianas y meteoritos de otras zonas del sistema solar poseen composición isotópica de oxígeno distintas. Este es un indicativo de que material de la Luna se formó en zonas cercanas a la Tierra.
Por un lado tenemos que las diferencias en densidades, principalmente en sus nucleos de hierro, se debe a que efectivamente se formaron en distintas regiones de la nebulosa proto-solar. Por otro lado, las similitudes encontradas en sus isotopos son producto del impacto entre ambos cuerpos, el cual generó un gran desprendimiento del material del manto terrestre y del planeta Theia; este material comenzó a orbitar a la tierra y en un proceso comparativamente ‘rápido’ culminó con la formación de la Luna.
A continuación les dejo un video sumamente ilustrativo que contiene una simulación del proceso de formación de la Luna debido a un Gran Impacto. Este video, a su vez, fue compartido por el profesor David Spergel durante su curso Imaginando otras tierras, curso de astronomía que tuve el placer de realizar. Adicionalmente, en el área de referencias podrán encontrar el enlace del altamente recomendado curso.
Espero les haya resultado interesante el artículo. De los escenarios posibles para la formación de nuestro satélite ¿cuál les pareció el más interesante?:
¿Fisión de una tierra girando a altísimas velocidades, separándose así en dos cuerpos?
¿Captura gravitatoria de un planeta renegado o vagabundo?
¿Nacimiento simultaneo como sistema binario?
¿Hipótesis de los muchos pero pequeños impactos?
¿O finalmente, la aquí abordada, hipótesis del Gran Impacto?
Pronto seguiremos hablando sobre la Luna y sus efectos en nuestro planeta. Intentaremos responder las siguientes incógnitas…: ¿Sería posible la vida en la tierra si la luna no existiera? ¿Qué tan importantes son sus efectos para conservar las condiciones climáticas en nuestro planeta?
See you space cowgirls
See you cowboys...
Referencias:
https://solarsystem.nasa.gov/moons/earths-moon/exploration/#first-look-lunar-farside
Origin of the Moon. Gregg Herres and William K. Hartmann (https://www.psi.edu/epo/moon/moon.html)
Dynamics and accretion of planetesimals. Eiichiro Kokubo and Shigeru Ida
Origin of the Moon. Hartmann, W. K., R.J. Phillips, and G.J. Taylor
Coursera: Imagining other Earths. Departamento de Astrofísica de la Universidad de Princeton, dictado por el profesor David Spergel. https://www.coursera.org/learn/life-on-other-planets/home/info
Excelente! realmente encantada! recomendaré tu post a mis estudiantes!
¡Gracias! Qué bueno que así te haya parecido, me alegra. Por un tiempo me preocupe por no haber tenidosi comentarios ja, ja. Pensé que quizá el post había quedado muy largo o tedioso. Pero esas palabras, viniendo de ti, son halagadoras y motivadoras. Un saludo, nos leemos pronto.
D
Este post es interesante. Nunca antes había leído un artículo tan completo sobre la luna y no tenía ni idea de cómo se formaban los cuerpos celestes. Me alegra que no te haya preocupado la extensión para poder dar la información completa.
Qué bueno que te haya gustado y resultado interesante, es muy satisfactorio el hecho de que así te haya parecido esa información. La luna es realmente apasionante, y sé que como yo, por allí rondan muchos otros apasionados por ella, por eso decidí dedicar algunos posts a nuestro hermoso satélite. ¡Saludos!
@ficciones, interesante tu post, porque lo presentas de forma argumentada y eso le da validez a la información. Te sugiero para el próximo que nos comentes los mitos de la sociedad y las diferentes culturas en cuanto a las influecias de la luna. Gracias por compartir!
Gracias a ti por la lectura y el comentario. ¡Seguro!, hay mucho todavía que decir sobre la Luna... Es un tema realmente apasionante.
Mucha información de esta que adsorber sobre este ser muchas veces confundida con una estrella.
¿Puedes hablar de Saturno? , claro, al terminar de hablar de la luna.
Sí, en efecto hay muchísima información que absorber... Claro, una vez culminada la inspiradora Luna, será un placer escribir sobre Saturno y sus también inspiradoras lunas. ¡Saludos!
Excelente tema, la luna es interesante para la ciencia y es la inspiración de muchos poetas. Un post muy completo, felicitaciones. Feliz semana.
Gracias por la lectura y por tu comentario, me alegra que te haya parecido interesante. Así es, viene inspirando a los humanos desde hace milenios... Un saludo.
Excelente! Excelente post!