17 septiembre, 2011

¿Y si no existiera la luna?

Tanto el Observatorio Austral Europeo (ESO) y el Telescopio Espacial Kepler, han permitido, en los últimos meses, descubrir mundos fascinantes en otros sistemas solares muy alejados de nuestro planeta, especulando si serían capaces o no de albergar alguna forma de vida como la conocemos.

Son muchos los factores que influyen sobre las condiciones de un planeta y, por lo tanto, en las formas de vida si es que la hubiera. Por ejemplo, su distancia a su sol, donde un planeta puede ser tan caliente como Venus o tan frío como Marte si están unos millones de kilómetros más cerca o más lejos de él; la elipticidad de sus órbitas, que genera periodos cálidos y periodos fríos ya que la distancia a su sol no será la misma durante toda su órbita; hasta el mismo tamaño del planeta y su composición química es un factor muy importante a tomar en cuenta, planetas más grandes ejercerán una mayor fuerza gravitacional y tendrán atmósferas más densas.

nasa-tatooine-galaxiaIlustración de Kepler-16b, exoplaneta recientemente descubierto que circula en un sistema solar binario.

Sin embargo, aunque parezca difícil de creer, fue la luna la que tuvo una mayor influencia en la formación de nuestro planeta. Pónganse por un momento en el lugar de un extraterrestre que vive en un planeta idéntico al nuestro pero en otro sistema solar, a cientos de años luz de distancia de nuestro planeta, y que en este preciso momento se encuentre escudriñando el universo en busca de planetas similares al suyo para que las probabilidades de encontrar formas de vida similares a la suya sean mayores. Después de muchos años de observación, encuentran un planeta que parece estar ubicado a una distancia adecuada de su sol y, según sus análisis espectrométricos, el planeta parece tener agua y una atmósfera protectora. Sin embargo, lo que les parece extraño es que este planeta tiene un “pequeño planetoide” circulando alrededor de él. Les parece extraño porque en su planeta no hay una luna…

¿Cómo sería este planeta, idéntico al nuestro, pero sin luna? ¿Sería realmente idéntico?. Gracias a lo que sabemos en la actualidad sobre las propiedades de la Tierra y la Luna, podemos deducir cómo sería este planeta. Esta deducción lo hizo Neil Comins, astrofísico y escritor estadounidense que entre 1991 y 1993 escribió una serie de artículos para la revista Astronomy explicando los diferentes cambios que hubiera sufrido la Tierra si la Luna nunca hubiera existido.

Para entender esto, primero debemos tomar conciencia que la Luna ha acompañado a la Tierra durante los últimos 4,500 millones de años, casi desde el momento en que nuestro planeta empezó a formarse. Sin embargo, la Luna no siempre ha estado ubicada a la distancia que se encuentra actualmente —aproximadamente unos 384,000Km.

En el año 1897, el astrónomo Sir George Darwin, hijo del célebre biólogo Charles Darwin, dedujo que la Luna se alejaba de nuestro planeta siguiendo una trayectoria espiral debido al efecto de las mareas que ella misma generaba. Esta hipótesis no fue confirmada hasta después del año 1969, cuando el Apollo 11 transportó a los primeros humanos hacia la Luna. Durante esta misión, los astronautas instalaron un reflector en su superficie para que un rayo láser enviado desde la Tierra, lo apunte y mida el tiempo que tarda en reflejarse para así calcular su distancia cada vez que lo deseen.

laser-beam

Con esta ingeniosa técnica, los astrónomos calcularon que la Luna se aleja de la Tierra a una tasa de 3.82cm al año. Entonces, si hacemos un pequeño cálculo matemático y regresamos en el tiempo, la Luna se encontraba mucho más cerca de la Tierra en el pasado. Entonces, para que la Luna se aleje de nuestro planeta debe ganar energía, ¿de donde proviene?.

mareasLa Luna ejerce una fuerte fuerza gravitacional (fuerza de atracción) sobre nuestro planeta. Esta fuerza es tan fuerte que atrae el agua de los océanos generando las mareas. Sin embargo, debido a la velocidad de rotación del planeta, se genera una fuerza centrífuga que hace que las aguas del lado opuesto de la Tierra también se eleven (Fig. a). Por otro lado, la Tierra gira en la misma dirección a la que la Luna orbita, pero la Tierra lo hace mucho más rápido, esto provoca que las mareas y la Luna no estén alineadas todo el tiempo. Entonces, la fuerza gravitacional neta (flecha negra) cambiará ligeramente haciendo que la luna entre en una espiral hacia afuera y gane energía. Por otro lado, las mareas altas crean una fuerza de fricción en el planeta, reduciendo su velocidad de rotación. Esto quiere decir que hace millones de años, la Tierra giraba mucho más rápido, o sea, los días eran mucho más cortos.

Entonces, si queremos saber a qué velocidad giraba la Tierra primitiva debemos saber a que distancia se encontraba la Luna cuando ésta se formó, algo que por desgracia desconocemos. Pero Comins no se quedó con los brazos cruzados y haciendo un par de asunciones sobre la distancia entre la Luna y la Tierra hace más 4,000 millones de años, calculó el tiempo que le tomaba a la Tierra girar sobre su propio eje, un valor que va entre las 5 y 10 horas.

Para llegar a este valor, Comins se basó en una de las leyes más importantes de la física: La ley de la conservación del momento angular. Esta ley dice que el momento angular del sistema Tierra-Luna, la cual está relacionada con la energía total almacenada tanto en la rotación de la Tierra como en la revolución de la Luna sobre ella, es siempre la misma. Entonces, si la Luna gana momento angular al hacer en una espiral hacia afuera, la Tierra debe perder la misma cantidad de momento angular, así que su velocidad de rotación se reducirá. El cambio es casi imperceptible, los días se prolongan tan solo 0.002 segundos cada 100 años; pero si lo multiplicamos por los miles de millones de años de existencia de la Tierra, el cambio sí que es significativo. Los astrónomos Jihad Touma y Jack Wisdom en 1995 hicieron el cálculo, el cual se representa en el siguiente gráfico:

Moon-Graph

Entonces, si la luna no hubiera existido, ¿la Tierra giraría tan rápido que el día duraría tan sólo  6 horas? ¿y qué hay del sol o de los otros planetas que conforman el sistema solar?, ellos también ejercen una fuerza gravitacional sobre nuestro planeta.

Bueno, los planetas ejercen una fuerza de atracción prácticamente insignificante sobre la Tierra, incapaz de producir algún tipo de mareas. Sin embargo, el sol, si tiene un poder de atracción sumamente fuerte, tanto así que es responsable de la tercera parte de las mareas. Entonces, la velocidad de la Tierra y la duración de los días se hubieran reducido en una tercera parte. De todas maneras, es la Luna la que ha tenido un mayor efecto sobre la “fisiología” de nuestro planeta.

Como hace miles millones de años la Luna se encontraba mucho más cerca de la Tierra, su efecto gravitacional era más fuerte, así que la mayor pérdida del momento angular de nuestro planeta se dio cuando la Luna era muy joven. Se cree que, originalmente, la Luna se encontraba 10 veces más cerca de lo que se encuentra en la actualidad y, según los cálculos de los físicos, las mareas fueron 1,000 veces más altas de las que son ahora, así que la velocidad de rotación de la Tierra se reducía mucho más rápido. Entonces, sin el efecto gravitacional de la Luna, los días en la Tierra durarían entre 7 y 12 horas en la actualidad.

De esto podemos de deducir que si la Tierra gira más rápido, entonces la fuerza centrípeta es más fuerte y las mareas cerca al ecuador serían mucho más altas. Sin dudas, esto hubiera afectado la evolución de la vida en la Tierra. La tierra firme en las zonas ecuatoriales serían más pequeñas de lo que son en la actualidad. Por otro lado, los vientos serían mucho más intensos, tal como se observan en planetas con rotaciones rápidas como Júpiter o Urano, haciendo prácticamente imposible la vida como la conocemos en la superficie terrestre —los océanos serían los lugares más seguros para vivir. Además, los días más cortos afectarían el fotoperiodo de las plantas y algas y el ritmo circadiano de los animales. La tierra firme sería tan enigmática como son los océanos y las zonas abisales en la actualidad. En otras palabras, la Tierra no hubiera sido la misma.

Entonces, ahora pensemos por un momento en otra posibilidad… ¿y si la Tierra tuviera dos lunas?. Comins responde a esta pregunta con otro interesante libro: What If the Earth Had Two Moons?: And Nine Other Thought-Provoking Speculations on the Solar System. Sólo queda imaginar, cualquier posibilidad puede ser explicada por la ciencia.


Fuente | http://www.astrosociety.org/education/publications/tnl/33/33.html

Esta entrada participa en la XXIII Edición del Carnaval de la Física celebrado ahora en el blog Astronomía y Física.

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1 comentario:

  1. Me ha encantado y además he aprendido mucho. :)

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