La Luna es el único satélite natural de la Tierra y el objeto estelar más próximo a ella. Está situada en órbita ecuatorial a una distancia media de 384.400 km del centro de nuestro planeta, tiene un radio de 1738 km y una masa de 7,35 x 1023 kg.
La Luna gira alrededor de la Tierra en órbita ecuatorial a una distancia media de 384.400 km, completando un período cada 27,32 días (mes sideral, 27 días, 7 horas 43 minutos y 11,5 segundos); al mismo tiempo y debido al efecto de la Tierra sobre la Luna, ésta gira sobre su eje exactamente en el mismo período, por lo que, a la vista de los habitantes de la Tierra, la Luna presenta siempre la misma cara, permaneciendo, por lo tanto, constantemente oculta la cara opuesta.
Características
El diámetro de la Luna es 3.476 km, la cuarta parte del de la Tierra, y su volumen está alrededor de sesenta y cuatro veces menor; su masa es de 7,35 x 1022 kg, 80 veces menor que la de la Tierra (5,9 x 1024 kg); la densidad media de la Luna es, aproximadamente, dos tercios de la de la Tierra (3,34 g/cm3). La diferencia de masa y dimensiones con la Tierra hace que la gravedad de la Luna sea tan solo un sexto de la de la Tierra. Aunque la Luna aparezca como un objeto brillante para el hombre (magnitud -12,7), sólo reflecta un 0,07% (albedo) de la luz solar que recibe. Para un observador cercano, la Luna sería un satélite cubierto de polvo oscuro.
La Luna gira alrededor de la Tierra con una órbita ligeramente elíptica, a una distancia media de 384,400 km. La elipse tiene una excentricidad del 0,05%, con un perigeo (punto más cercano) de 354.000 km y un apogeo (punto más lejano) de 404.000 km. La Luna tiene un débil campo magnético muy inferior al de la Tierra, casi imperceptible y no distribuido de manera uniforme.
La Luna efectúa una rotación exacta sobre la Tierra en un periodo de 27,23 días ( 27 días, 7 horas 43 minutos y 11,5 segundos), lo que se conoce como mes sideral. Sin embargo, las fases de la Luna se repiten cada 29,5 días, lo que podría hacer suponer que éste es el periodo real de rotación. El alargamiento aparente de 2,5 días se debe a que mientras la Luna gira alrededor de la Tierra, ambas lo hacen en torno al Sol, por lo que a los ojos de los observadores terrestres y tomando como referencia al Sol, la Luna repite su posición cada 29,53 días, lo que corresponde a un mes sinódico.
El mes sinódico ha tenido para la humanidad mucha mayor importancia que el sideral, ya que los cambios en la apariencia de la Luna fueron apreciados en la Antigüedad y empleados para la medida del tiempo: las propias fases de la Luna ofrecen noción de su transcurso y para la apreciación del mismo no es necesario contar con ningún aparato.
La órbita de la Luna presenta una inclinación de 5 º respecto al plano de la eclíptica. Mirando al sistema Tierra-Luna desde el norte, la Luna gira en sentido contrario a las agujas del reloj, y viaja a través de su órbita con una velocidad media de 1 km por segundo, o cerca de un diámetro lunar por hora (3.700 km /hora). Como resultado de la traslación de la Tierra alrededor del Sol, el ángulo de iluminación solar cambia en un grado por día. Desde la Tierra solo puede observarse una de las caras de la Luna, el 50% de su superficie. Adicionalmente y debido a la inclinación de la órbita puede observarse un 8% más de la superficie lunar.
Fases de la Luna
La proximidad a la Tierra permite que incluso a simple vista se aprecien significativos detalles de la Luna y en especial el periódico cambio de aspecto que se produce aproximadamente cada 29 días y que se conoce como fases de la Luna.
Durante su rotación alrededor de la Tierra, la Luna recibe la luz del Sol desde un ángulo diferente, de manera que la parte de la cara que vemos iluminada va cambiando de aspecto. Existe un momento en que la Luna se encuentra situada en la linea recta que une al Sol y la Tierra, al este del Sol, y toda su superficie aparece oscura, fase que se denomina Luna nueva; conforme la Luna gira hacia el oeste, la parte iluminada va creciendo (Luna creciente) hasta situarse justamente opuesta al Sol; en ese momento toda su cara visible aparece como un círculo iluminado (Luna Llena), para, en días sucesivos, ir perdiendo parte de la superficie iluminada (Luna menguante) conforme se desplaza hacia el oeste, hasta llegar a oscurecerse del todo (Luna nueva) y comenzar el ciclo de nuevo, exactamente cada 29,5 días.
Las mareas lunares
Las fuertes interrelaciones que existen entre la Tierra y su satélite permiten afirmar que la Luna y la Tierra se comportan como un solo sistema, como un planeta doble que tiene situado su centro de masa (baricentro), a 4.670 km del centro de la Tierra, y que este sistema gira con un periodo de 27,32 días.
La Luna muestra su atracción sobre las aguas de los mares alterando periódicamente el nivel de las aguas, lo que se conoce como mareas. Las mareas se producen no solamente por la atracción de la Luna, puesto que en este caso el periodo seria de 12 horas, sino también porque la Tierra y la Luna forman un sistema combinado cuyo eje de rotación no coincide con el eje de rotación de la Tierra. Por lo tanto hay una fuerza centrifuga que tiende a llevar las aguas en el extremo opuesto a la Luna. La combinación de estos dos efectos, además de la atracción solar, da lugar a las mareas vivas y muertas.
El movimiento de las aguas de las mareas produce unos efectos mecánicos que al final se traducen en una conversión de parte de la energía de las mareas en calor. Esta energía procede del movimiento de rotación de la Tierra. Como consecuencia de la pérdida de la energía de rotación de la Tierra y de la necesidad de conservar el momento angular, la Luna gana el momento angular que pierde la Tierra, lo que se traduce en una disminución de su periodo de traslación alrededor de la Tierra y en un incremento de su radio de giro. A través del estudio de los efectos de las mareas, los paleontólogos han comprobado que la distancia de la Tierra a la Luna ha variado a lo largo del tiempo, así como también su periodo de rotación, alargándose el día terrestre un segundo cada 100.000 años. Pruebas realizadas sobre corales fósiles con una antigüedad de más de 570 millones de años sugieren años con 420 días, y días con tan solo 20 horas.
Las condiciones en la Luna
La gravedad de la Luna es solo un sexto de la de la Tierra, por lo que debido a su pequeño tamaño y baja gravedad no puede retener los gases que se producen; por tanto, la Luna no tiene una capa de gases que la circunde. La presión de gases en la Luna es tan baja que los mejores equipos de vacío de que dispone la tecnología actual no son capaces de reproducir una ausencia de gases tan absoluta como la lunar. Como consecuencia de esta falta de atmósfera, los elementos volátiles prácticamente han desaparecido de la composición de sus minerales, por lo que carece no solo de agua libre, sino también de minerales que la incorporen a su composición.
La ausencia de un mecanismo regulador de la temperatura -como la atmósfera o los mares de la Tierra- hace que la superficie de la Luna oscile entre temperaturas que van desde los 127º C durante el mediodía lunar hasta los -173 º C de la noche lunar.
Mediciones realizadas según el magnetismo lunar indican que la temperatura interna de la Luna se acerca a los 1600º C, temperatura que está por encima del punto de fusión de las rocas lunares. La baja densidad y las medidas sísmicas indican que su interior se compone de silicatos líquidos y que carece de un núcleo metálico, como en el caso de la Tierra.
La ausencia de atmósfera permite que cualquier meteorito, por pequeño que sea, alcance la superficie lunar, y aunque los impactos no son tan frecuentes como en épocas pasadas, los instrumentos sísmicos ubicados en su superficie señalan que anualmente se producen entre 75 y 150 impactos al año de meteoritos con una masa comprendida entre 100 y 1.000 kg.
La superficie lunar
Los astrónomos de la Antigüedad ya observaron algunos de los detalles de la Luna y pensaron que las zonas oscuras eran océanos, por lo que les asignaron el nombre latino Maria (‘mares’); a la vez, a las zonas claras que observaron, las llamaron ‘continentes’. Con Galileo y el telescopio, comenzaron a observase con más detalle la superficie lunar y sus montañas, cráteres, grietas, etc.
Entre los años 1959 y 1967 se exploró el satélite y, mediante sondas, se levantaron mapas de casi toda la superficie lunar, incluida su cara oculta (salvo un 1%, aproximadamente, que ha quedado sin estudiar en su polo Sur).
Los continentes en general son de carácter montañoso, y están salpicados de accidentes, que van desde un simple cráter del tamaño de un nido de gorrión hasta extensos anillos de varios cientos de kilómetros de diámetro.
En un principio se pensó que los cráteres eran consecuencia de la actividad volcánica; posteriormente se comprobó que en su mayoría eran el resultado del bombardeo de la superficie de la Luna por meteoritos durante miles de millones de años. Los análisis realizados empleando datación de rocas sugieren que la mayor parte de los cráteres se produjeron por impactos explosivos de alta velocidad producidos por meteoritos o pequeños asteroides hace unos 4000 millones de años. Se ha calculado que en la superficie lunar hay al menos 300.000 cráteres de más de un kilómetro de diámetro, y más de tres billones con más de un metro de diámetro.
Las zonas oscuras, denominadas comúnmente mares, tienen una estructura similar al magma volcánico solidificado, que en muchos casos ha cubierto total o parcialmente los cráteres. La teoría más admitida es que posteriormente a la etapa de lluvia de meteoritos -y, en parte, como consecuencia de la misma-, rocas calientes del interior afloraron a la superficie y se fundieron inmediatamente, por lo que buena parte de la superficie de la Luna se vio invadida de un mar de lava.
El mayor de los mares se denomina Mare Imbrium (‘mar de las lluvias’), con una anchura de más de 1200 km. Con anterioridad, habría sido un cráter de las mismas dimensiones, del cual quedan restos de las paredes verticales, en lo que se conoce como “las cadenas montañosas de los Apeninos y los Cárpatos”. Otros océanos conocidos son el Mare Insularum o el Mar de la Tranquilidad, lugar donde se posó la nave Apolo XI, tripulada por los astronautas Neil Armstrong y Edwin Aldrin, el 20 de julio de 1969. Las montañas más altas se encuentran en las cercanías del polo sur lunar, en las cadenas Leibniz y Doerfel, que tienen picos que alcanzan los 6.100 m de altura.
Accidentes topográficos más importantes
- Aristóteles. Cadena montañosa situada en la cara visible, de 67 de longitud.
- Arquímedes. Cráter situado en la cara visible, de 83 km de diámetro y 2.150 de profundidad.
- Atlas. Cráter situado en la cara visible, de 87 km de diámetro.
- Arzachel. Cráter de 97 km de diámetro y 3.610 m de profundidad.
- Baily. Cráter con un diámetro de 285 km y una altura de 3960 m.
- Bullialdus. Cráter de 59 km de diámetro y 3.510 m de profundidad.
- Eudoxus. Cadena montañosa situada en la cara visible, de 87 de longitud.
- Endymion. Cráter situado en la cara visible, de 67 de longitud.
- Eratóstenes. Cráter con 58 km de diámetro y 3.570 m de profundidad.
- Gassendi. Planicie de 110 km de diámetro y 1860 m de profundidad.
- Geber. Cráter con 46 km de diámetro y 3510 m de profundidad. -Hércules. Cráter situado en la cara visible de 67 de diámetro.
- Mar Austral. De 900 km de diámetro.
- Mar de la Serenidad.
- Mar de la Tranquilidad.
- Mar de las Crisis.
- Mar de las Lluvias (Mare Imbrium). Restos de lo que fue un cráter de 1200 km de diámetro, relleno de lava.
- Posidonius. Planicie basáltica amurallada, de 100 km de diámetro y 2300 m de altura.
- Sinus Iridium. Restos de un cráter de 260 km de diámetro parcialmente relleno de Lava.
- Teophilus. Cráter de 100 km de diámetro y 4.400 m de profundidad.
Origen de la Luna
Hasta al estudio concienzudo de los más de 300 kg de muestras lunares que el programa Apolo de la Nasa trajo de nuestro satélite, el origen de la Luna fue una controversia. La teoría más antigua sobre el origen de la Luna es la de la fisión, formulada inicialmente en 1879 por el astrónomo británico George Howard Darwin (segundogénito de los diez hijos naturales de Charles Darwin).
Darwin proponía que la Luna podría ser un fragmento desgajado de la Tierra, precisamente de la zona que correspondería al Océano Pacifico, separado como consecuencia de un excesivo alargamiento ecuatorial de la Tierra a consecuencia de un giro rapidísimo. Esta teoría justificaba el hecho de que la densidad de la Luna (3,5) fuese notablemente más baja que la de la Tierra, debido a que la parte desprendida procedería del manto terrestre de menor densidad. Lo difícil de justificar era el enorme momento angular que habría sido necesario para producir esta fisión, y el bajo momento que el sistema Tierra-Luna tiene hoy.
Otra hipótesis suponía que la Luna, completamente formada, había sido capturada por la fuerza de gravitación de la Tierra hacia algo más de 600 millones de años. Si esto hubiera sido así, las enormes alteraciones geológicas que la captura de la Luna debieran haber producido, podría justificar el hecho de que precisamente hace 600 millones de años aparezcan repentinamente numerosos fósiles, mientras que son prácticamente inexistentes poco antes. No obstante, si la Luna fuese un planeta capturado, se habría formado en otra parte del universo y su distribución de isótopos de oxigeno no debería ser idéntica a la de la Tierra.
Los análisis realizados en muestras de rocas lunares demostraban tener una distribución de los isótopos de oxigeno idéntica a la de la Tierra, por lo tanto se habían formado en la misma zona del universo. Este hecho daba pie a la teoría del doble planeta, según la cual la Tierra y la Luna se habían formado al mismo tiempo. Mientras una buena parte de los planatesimales se agrupaban para formar la Tierra, en su órbita se acumulaban otros fragmentos que al agruparse formarían la Luna. Esta tesis no satisfacía el hecho de las diferentes densidades entre la Tierra y la Luna. El origen de esta diferencia está en la carencia casi completa en la Luna de un núcleo metálico más denso, como tiene la Tierra, puesto que, si se hubiesen formado a partir de las mismas materias primas, los resultados debían ser idénticos.
La controversia del posible origen de la Luna no se resolvió hasta 1994, doce años después de la llegada del hombre a su superficie. Como resultado de la datación isotópica de las muestras lunares se llegó a la conclusión de que la Luna se había formado al mismo tiempo que la Tierra hace 4.500 millones de años, y que la actividad volcánica había cesado hace unos 2.000 millones de años.
Según la teoría aceptada recientemente, la Luna se habría formado como consecuencia de un gran impacto. Una masa externa a la Tierra, de tamaño similar a Marte habría chocado oblicuamente con su superficie, poniendo en órbita numerosos fragmentos de la corteza de la Tierra que se habrían agrupado para formar la Luna. Como resultado del choque un 70% de los materiales expelidos lo habrían hecho a altas temperaturas, por encima del punto de fusión. De esta manera, al agruparse en órbita, la Luna habría sido un océano de magma. Posteriormente la Luna sufririó un periodo de frecuentes impactos de meteoritos que dieron lugar a esos cráteres tan característicos (aunque bastante comunes en otros objetos de Sistema Solar).
Esta teoría fue formulada en 1975 por Hartman y Davis, basándose en unos trabajos anteriores de Daly, de 1946. Se apoya en un hecho bastante normal durante la formación del universo, como es la colisión de planetas, y justifica, por una parte, que al estar la Luna formada por masa arracada de la Tierra tenga una composición semejante en su superficie; y por otra parte, que al estar formada por masa del manto más ligero, en la Luna no se ha formado el núcleo metálico más pesado. Además, el enorme calor producido en la colisión habría evaporado todo el agua Lunar.
Composición de la Luna
La composición de la Luna guarda bastantes similitudes con la Tierra, aunque sus diferencias son grandes. Como consecuencia de su falta de atmósfera, los elementos volátiles prácticamente han desaparecido. No solamente carece de agua libre, sino también de minerales que la incorporen a su composición. No obstante, se supone que podría haber rastros de agua en los polos donde las temperaturas son muy bajas durante todo el tiempo. Este agua procedería de las aportaciones de algunos meteoritos, y de las colas de los cometas que interceptase la Luna.
Elementos comunes en la Tierra, como el sodio y el potasio, son mucho más raros en la Luna, al igual que muchas sustancias con bajo punto de fusión. En lo que se conoce como mares lunares (Maria), la superficie de color oscuro está recubierta de una capa de varios kilómetros de profundidad de grava, con materiales de estructura cristalina inexistentes en la Tierra, resultado de los impactos explosivos de los meteoritos.
Se ha estimado que la edad de la Luna se aproxima a los 4.600 millones de años, similar a la de la Tierra y a la del resto del Sistema Solar.
Tras la enorme colisión y la posterior agrupación de los fragmentos que dieron lugar a la formación de la Luna y el advenimiento de la etapa del océano de magma, sobrevino un periodo en el que se produjeron numerosos cráteres de impacto (proceso que todavía sigue afectando a muchos planetas). Se han diferenciado dos periodos de especial agrupamiento de bombardeo de la Luna. El primero, inmediatamente después de la cristalización del océano de magma (hace 4.400 años), y el segundo hace 3.900 años. Por lo tanto, las rocas que conforman los actuales maria estarían compuestas por rocas similares a los basaltos terrestres.
Las cordilleras de color más claro contienen elementos más ligeros, como el aluminio, que se han diferenciado por densidad. Están formadas por feldespato, basalto con más aluminio, y anortosita, una roca profunda cuyo componente principal es la plagioclasa; otros elementos secundarios son el piroxeno, el olivino, la cromita y la magnetita. Tiene grano homogéneo de medio a grueso, que se origina en la diferenciación de magmas básicos. Entre las rocas lunares se incluyen, además, algunos vidrios, brechas (aglomerados de rocas cementadas entre si por calor y/o presión).
La existencia de débiles campos magnéticos y algunas rocas magnetizadas (aunque débilmente) hace suponer que la Luna pudo tener en algún momento un campo magnético más fuerte.
La Luna en la Antigüedad
Todas las culturas antiguas, al igual que al Sol, han dedicado gran atención a la Luna. En la Antigüedad se suponía que la Luna tenia luz propia, y cuando un eclipse se producía, se creía que la Luna estaba siendo tragada por fuerzas malignas y que desaparecería por completo. Vease: Eclipse.
Los antiguos astrónomos y geómetras griegos trataron de calcular su distancia, e Hiparco fue quien más aproximo los cálculos a la realidad. Galileo sugerió el primero que la Luna solamente reflejaba la luz del Sol al Igual que lo haría la Tierra. También fue él quien, en 1609, gracias al telescopio, apreció en su superficie montañas, cráteres, y zonas planas que él identificó como mares.
Exploración de la Luna
La posibilidad de explorar la Luna estuvo en la imaginación del hombre desde la Antigüedad. Como se suponía que el aire que respiramos se extendía por el universo, no faltó quien imaginase que volando con algún ingenio, a la manera de Ícaro, algún día se pudiese alcanzar la Luna.
El escritor sirio Luciano de Samosata, que vivió en el siglo II d.C., escribió una novela en la que un navío es atrapado por una tromba marina que lo arrastra a la Luna. Mucho más tarde, en 1638, se publicó la novela El hombre en la Luna, de Francis Godwin, sacerdote inglés, en la que el protagonista es subido a la Luna por un carro tirado por gansos.
El escritor francés Cyrano de Bergerac describe siete formas diferentes de llegar a la Luna en su novela póstuma Viaje a la Luna (1650), una de las cuales, y la menos absurda, empleaba cohetes. En el Viaje a la Luna de Julio Verne, un gigantesco cañón, cargado de algodón y pólvora, impulsa una bala hueca, acondicionada como un carruaje de época, para situar al hombre en la Luna.
La cara visible de la Luna fue objeto de la atención de los astrónomos desde los tiempos de Galileo, y durante los siglos XIX y XX, con potentes telescopios y técnicas fotográficas, se hizo una abundante cartografía de su superficie. Las observaciones visuales convencieron a los científicos de la inviabilidad de vida sobre la Luna. Esto no impidió que, en 1835, unos artículos publicados por el escritor ingles Richard Adams Lockec en New York Sun, hiciesen creer a las multitudes que la Luna estaba poblada por millones de curiosas criaturas.
La sonda rusa Lunik I, lanzada el 2 de enero de 1959, fue el primer ingenio del hombre en aproximarse a la Luna. El 12 de septiembre la Lunik II consiguió posarse en su superficie. Fue la primera vez que un objeto fabricado por el hombre se posaba en la superficie de otro mundo. Las primeras imágenes de la cara oculta fueron enviadas a la Tierra por la nave rusa Lunik III en octubre de 1959, y mostraron el gran parecido de ambas caras, con similar abundancia en cráteres y montañas, pero con escasos mares en la oculta.
En 1964 los norteamericanos enviaron, sucesivamente, las sondas Ranger VII, VIII, y IX, y los Orbiter I y II en 1965.
El 3 de febrero de 1966, la sonda Luna IX realizó el primer aterrizaje suave en la superficie lunar, enviando a la Tierra imágenes tomadas a nivel de la superficie. El 3 de abril de ese mismo año, la sonda soviética Luna X permaneció durante tres horas en órbita alrededor de la Luna. Durante este tiempo midió la radiactividad lunar, de lo cual se dedujo que la superficie del satélite tenia una composición similar al basalto que se encuentra en las profundidades oceánicas terrestres. En septiembre de 1967, la sonda norteamericana Surveyor V, manejada por control remoto, consiguió analizar la superficie lunar confirmando su naturaleza basáltica, además de detectar que en la superficie lunar abundaban partículas metálicas de hierro probablemente de origen meteórico.
A partir de 1966, una serie de sondas orbitales norteamericanas fotografiaron detalladamente la mayor parte de la superficie lunar, incluyendo la cara oculta y enviando miles de fotografías a la Tierra, lo cual permitió construir precisos mapas lunares.
El programa Apolo, diseñado para alcanzar la Luna en vuelo tripulado, alcanzó su éxito con el Apolo XI, nave tripulada por los astronautas Neil Armstrong y Edwin Aldrin, que alcanzó su objetivo el 20 de julio de 1969. Posteriormente los Apolo XII, XIV, XV, XVI y XVII alcanzaron también la superficie lunar, y regresaron con éxito a la Tierra.
Los astronautas del programa Apolo colocaron numerosos instrumentos en la superficie lunar para medir las temperaturas, la presión del gas, el flujo de calor y la radiación en dicha superficie, información que es enviada a la Tierra por radio. Además, recogieron 384 kilogramos de rocas lunares y realizaron miles de fotografías de su superficie.
En el Apolo XVII, por primera vez, se incluyó a un científico, el geólogo H. H. Schmitt, quien, empleando un vehículo especialmente diseñado para moverse por la superficie lunar, realizó una excursión de 35 kilómetros explorando el valle Taurus-Litrrow.
Los rusos, aunque no alcanzaron la Luna, han enviado varios vehículos, dirigidos por control remoto, que han permanecido activos durante meses enviando toda clase de datos.
El 25 de enero de 1994, EEUU envió a la Luna la nave Clementine (1,2 x 1,8 metros y 259 kg de peso), que durante 71 días estuvo explorando la superficie lunar, donde realizó más de dos millones de fotografías utilizando sensores ultrasensibles diseñados para la Guerra de las Galaxias. La nave abandonó la órbita lunar el 2 de mayo rumbo a la Tierra, pero poco después se perdió por una fallo técnico. El análisis cuidadoso de los datos obtenidos permitió al Departamento de Defensa americano anunciar que, con toda probabilidad, en el polo sur de la Luna -y, concretamente, en el fondo del cráter Aitkin, que con 2.400 km de diámetro está considerado como el más extenso y profundo del Sistema Solar- se encuentra un lago de hielo que ocupa un 1% de la superficie y varios metros de espesor. Esta agua, que podría proceder de los impactos con meteoritos, posibilitaría el establecimiento de estaciones permanentes y habitadas en la Luna.
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