La Luna, la compañera celeste de la Tierra (I)

A lo largo del año, muchas noches, puedes ver la Luna en el firmamento. Es una compañera silenciosa de la Tierra. No sólo eso, es su único satélite natural. Es el objeto celeste más cercano a nuestro planeta, y su presencia se ha dejado sentir en las tradiciones de la cultura humana…

Tamaño, masa y órbita de la Luna

La Luna en fase menguante.
Crédito: John Brimacombe

La Luna tiene un radio de 1.737 kilómetros, y una masa de 7,3477 x 10²² kg. Es decir, tiene sólo el 27% del tamaño de la Tierra, y es 100 veces menos masiva. Sin embargo, su tamaño, en relación al de nuestro planeta, la convierte en un satélite muy grande. Sólo hay un satélite que, en relación a su planeta, tenga un tamaño superior. Caronte, el compañero de Plutón. La Luna tiene una densidad media de 3,3464 g/cm³. Es decir, tiene el 60% de la densidad de la Tierra.

Así que se trata del segundo satélite más denso del Sistema Solar. Sólo se ve superada por Ío, un satélite de Júpiter, que destaca por su actividad volcánica. También hay que mencionar que la gravedad en la superficie de la Luna es de 1,622 m/s2. Aproximadamente sólo un 17% de la gravedad que experimentamos en la Tierra. Si estuvieses sobre ella, por tanto tu peso sería algo más de seis veces inferior.

La órbita de la Luna tiene una excentricidad de 0.0549. Es decir, no es completamente circular. Orbita alrededor de nuestro planeta a una distancia de entre 356.400-370.400 kilómetros en el perigeo (el punto más cercano a la Tierra), y entre 404.000-404.700 kilómetros en el apogeo (el punto más lejano). Por tanto, su distancia media es de, 384.399 kilómetros, o 0,00257 UA (unidades astronómicas). Tiene un período orbital de 27 días, 7 horas y 43 minutos, y está en acoplamiento de marea. Es decir, la misma cara siempre apunta hacia nuestro planeta.

Estructura y composición

Ilustración de la estructura lunar.
Crédito: Wikimedia Commons/Kelvinsong

Del mismo modo que la Tierra, la Luna tiene una estructura muy diferenciada. Incluye un núcleo interior, un núcleo exterior, un manto y una corteza. Su núcleo es una esfera sólida rica en hierro, con un tamaño aproximado de 240 kilómetros. Este, a su vez, está rodeado por un núcleo externo. Está formado principalmente por hierro en estado líquido, y tiene un radio aproximado de unos 300 kilómetros.

Alrededor del núcleo encontramos una capa limítrofe parcialmente fundida. Tiene un radio aproximado de 500 kilómetros. Creemos que esta estructura se originó a través de la cristalización fraccionada de un océano de magma, poco después de la formación del satélite, hace 4.500 millones  de años. Esa cristalización habría creado un manto rico en magnesio y hierro cerca del borde superior. En la parte inferior, por su parte, habría minerales como el olivino, clinopiroxeno y ortopiroxeno.

El manto también está compuesto de roca ígnea que es rica en magnesio y hierro. El mapeo geoquímico indica que el manto es más rico en hierro que el de la Tierra. La corteza que lo rodea tiene un espesor aproximado de 50 kilómetros, y también está formado por roca ígnea. La Luna es el segundo satélite más denso del Sistema Solar, sólo superada por Ío. Sin embargo, el núcleo de la Luna es pequeño, sólo el 20% de su radio. Su composición no está muy definida, pero probablemente es una aleación de hierro con pequeñas cantidades de azufre y níquel que podría estar parcialmente fundido.

Las características de la superficie

La sonda Messenger, de la NASA, tomó esta imagen de la Tierra y la Luna desde Mercurio.
Crédito: NASA

Hemos confirmado que en la superficie de la Luna hay agua. La mayor parte se encuentra en los polos, en cráteres que están en constante sombra. También podría haber agua en algunas reservas localizadas bajo la superficie. La teoría más ampliamente aceptada es que la mayor parte de ese agua se creó a través de la interacción de nuestro satélite con el viento solar. Los protones chocaron con el oxígeno en el polvo lunar, creando agua. El resto llegó a través de impactos de cometas.

La geología de la Luna es muy diferente a la de la Tierra. Como nuestro satélite no tiene una atmósfera significativa, no hay fenómenos meteorológicos. Por tanto no hay erosión a causa del viento. Del mismo modo, como carece de agua líquida, tampoco hay erosión provocada por el fluir del líquido en la superficie. Al tener un tamaño más pequeño, y una gravedad inferior, la Luna se enfrió más rápidamente tras su formación. Por ese motivo, no hay actividad de placas tectónicas.

En su lugar, la compleja morfología de la superficie lunar se debe a la combinación de diferentes procesos. En particular, volcanes y cráteres de impacto. Ambas fuerzas, juntas, han creado un paisaje lunar que se caracteriza por la presencia de cráteres, volcanes, surcos de lava, planicies, depresiones, dorsas (una especie de cresta montañosa) y fosas tectónicas.

Altiplanicies, mares, rimas y domos lunares de la Luna

El Mar de la Tranquilidad visto desde el módulo lunar de la misión Apolo 10.
Crédito: NASA

El aspecto mas característico de la Luna es el contraste entre sus regiones claras y oscuras. Las superficies más claras son las altiplanicies lunares mientras las oscuras son las llamadas maria. El origen del nombre de estas últimas viene del latín, de la palabra mare (mar). Las altiplanicies están formadas por roca ígnea. Están compuestas principalmente por feldespato, pero también hay rastros de magnesio, hierro, piroxeno, ilmenita, magnetita y olivina. Las regiones maria están compuestas por basaltos. Normalmente coinciden con las tierras bajas.

Sin embargo, hay que tener en cuenta que las tierras bajas (como la cuenca Aitken en el polo sur) no siempre están cubiertas por maria. Las tierras altas son más viejas que las maria visibles, y suelen presentar muchos más cráteres. Otra característica son las rimas. Se trata de largas y estrechas depresiones. Suelen caer en tres categorías: rimas sinuosas, que describen caminos serpenteantes; rimas arqueadas, que describen una curva suave; y rimas lineales, que son rectas.

Estas características suelen ser el resultado de la formación de canales de lava. Ya se han enfriado y colapsado, pero todavía pueden ser rastreados hasta su antigua fuente. Su origen suele estar en viejos respiraderos volcánicos y domos lunares. Los domos lunares son otra característica relacionada con la actividad volcánica. Cuando la lava, rica en sílice y relativamente viscosa, es expulsada a la superficie, forma volcanes en escudo, llamados domos lunares. Suelen tener un diámetro de 8 a 12 kilómetros, y una elevación de cientos de metros de altura.

Dorsas y cráteres

Polo Sur de la Luna

Mosaico del polo sur de la Luna.
Crédito: NASA/GSFC/Arizona State University

Las dorsas son características creadas por las fuerzas de compresión tectónica en las maria. Representan el abombamiento de la superficie y forman grandes crestas en partes de las maria. Las fosas tectónicas se forman bajo el estrés de extensión y suelen estar compuestas, estructuralmente, por dos fallas normales. La mayor parte de las fosas tectónicas están localizadas en las maria cerca de los bordes de grandes cuencas de impacto.

Los cráteres de impacto son la característica más común de la luna. Se crean cuando un objeto sólido (un asteroide o un cometa) choca con la superficie a una velocidad elevada. La energía cinética del impacto crea una onda de choque de compresión. A su paso, crea una depresión, seguida por una onda de rarefacción que expulsa la mayor parte de eyecta fuera del cráter (sedimentos arrancados por la colisión). Finalmente, se forma un pico central.

Estos cráteres pueden tener un tamaño minúsculo o ser tan grandes como la Cuenca Aitken. Tiene un diámetro de casi 2.500 kilómetros y una profundidad de 13 kilómetros. En general, la historia de impactos lunares sigue una tendencia de disminución del tamaño de los cráteres con el tiempo. Las mayores cuencas se formaron durante los inicios del Sistema Solar. Y estas, a su vez, fueron cubiertas por pequeños cráteres ocasionados en impactos posteriores.

Los cráteres de la Luna

Un cráter de impacto con un diámetro de 12 metros.
Crédito: NASA/GSFC/Arizona State University

Se calcula que hay, aproximadamente, 300.000 cráteres con un diámetro superior a un 1 kilómetro. Eso sólo en la cara cercana de la Luna. Es decir, la que podemos ver desde la Tierra. Algunos de ellos reciben el nombre de estudiosos, científicos, artistas y exploradores. La ausencia de una atmósfera, fenómenos meteorológicos, y la falta de procesos geológicos que puedan alterar su superficie, implican que muchos de ellos todavía estén bien conservados.

En el lado lejano de la Luna hay más cráteres. Sin embargo, ese aumento no se debe a la presencia de la Tierra en el lado cercano. De hecho, nuestro planeta apenas cubre una pequeña superficie de todo el firmamento lunar. Por lo que su efecto como escudo protector es prácticamente insignificante. Dicho de otro modo, nuestro planeta está demasiado lejos para proteger a nuestro satélite de los impactos.

El motivo por el que hay más cráteres en el lado lejano es que el cercano (el que vemos) tiene una corteza mucho más delgada. Esa corteza ha permitido que los volcanes entrasen en erupción y llenasen las viejas cuencas. Así que el flujo de lava ha cubierto algunos cráteres que se formaron en el inicio de la historia de la Luna. Probablemente ambos lados han recibido una cantidad muy similar de impactos a lo largo de su historia. Pero la lava se ha encargado de reducir la cantidad de cráteres visibles en el lado cercano.

El regolito lunar

La histórica marca de bota dejada por la tripulación del Apolo 11 en el regolito lunar.
Crédito: NASA

Otra de las características de la superficie lunar es la presencia de regolito. Es el producto de miles de millones de años de colisiones de asteroides y cometas. Este polvo, compuesto por finos granos cristalizados, cubre la mayor parte de la superficie. Está compuesto por rocas, fragmentos de minerales del lecho rocoso original, y partículas cristalinas que se formaron durante el impacto de los objetos.

La composición química del regolito es diferente en función del lugar en el que nos encontremos. Por ejemplo, el regolito en las altiplanicies es rico en aluminio y silicio. Por su parte, el regolito que podemos encontrar en las maria es rico en hierro y magnesio, mientras que es pobre en silicio. Exactamente igual que las rocas basálticas a partir de las que se forma. Es muy fácil observar este regolito en suspensión en los vídeos de los astronautas que visitaron la Luna durante el programa Apolo.

Los estudios geológicos de la Luna están basados en una combinación de telescopios terrestres, mediciones realizadas a través de naves en su órbita, muestras lunares y datos geofísicos. En algunos lugares se tomaron muestras de manera directa. Fue gracias a las misiones Apolo, en las décadas de los 60 y 70. También contribuyeron varias misiones del programa soviético Luna. Así se lograron traer a la Tierra unos 380 kilos de roca y polvo lunar.

La atmósfera de la Luna

El módulo de mando de la misión Apolo 10 visto desde el módulo lunar.
Crédito: NASA

Al igual que Mercurio, la Luna tiene una atmósfera muy tenue. Es lo que en astronomía conocemos como una exosfera. Sus partículas son muy escasas y están muy separadas entre sí. por eso, la variación de temperatura de nuestro satélite es muy extrema. De media, se puede pasar desde los -153ºC a los 107ºC, pero hemos llegado a registrar temperaturas bajísimas, de hasta -249ºC. Gracias a las mediciones de la misión LADEE de la NASA, sabemos que la exosfera lunar está compuesta, principalmente, de helio, neón y argón.

El helio y el neón son el resultado del viento solar. El argón, por su parte, procede de un proceso natural. Se origina a través de la radioactividad del potasio que hay en el interior de nuestro satélite. Como comentaba anteriormente, es posible que el viento solar también haya sido el responsable de llevar agua congelada hasta algunos cráteres que están ocultos en sombras de manera permanente.

La formación de nuestro satélite

Concepto artístico de una colisión entre dos objetos planetarios.
Crédito: NASA/JPL Caltech

Hay diferentes teorías sobre la formación de la Luna. Entre ellas se encuentran la fisión del satélite de la corteza de la Tierra a través de la fuerza centrífuga. También que la Luna fuese un objeto ya formado que fue atrapado por la gravedad de nuestro planeta. Así como que ambos pudiesen formarse a la vez en el disco de material alrededor del joven Sol. La edad estimada de la Luna varía entre los 4.400 o 4.450 millones de años, y los 4.527 millones de años. Es decir, entre unos 30 y 50 millones de años después de la formación del Sistema Solar.

La hipótesis principal es que el sistema Tierra-Luna se formó por un impacto. La joven Tierra chocó con un objeto del tamaño de Marte (llamado Theia) hace 4.500 millones de años. Este impacto expulsó material de ambos objetos a la órbita, donde se formaría la Luna. Es la hipótesis más aceptada por diferentes motivos. Por un lado, ese tipo de impactos eran comunes durante la juventud del Sistema Solar. Por otro, las simulaciones por ordenador son consistentes con el momento angular medido en el sistema Tierra-Luna, así como con el pequeño tamaño del núcleo lunar.

Además, los estudios de diferentes meteoritos demuestran que los objetos del interior del Sistema Solar (como Marte o el asteroide Vesta) tienen una composición de isótopos de oxígeno y tungsteno muy diferente a la de la Tierra. Sin embargo, las rocas lunares tienen una composición isotópica casi idéntica. Es una de las evidencias más convincentes que apuntan a que la Tierra y la Luna deben tener un origen común.

Relación con la Tierra

El lado oculto de la Luna.
Crédito: NASA

La Luna completa una órbita alrededor de la Tierra, en relación a las estrellas fijas, cada 27,3 días. Es su período sidéreo. Sin embargo, como la Tierra también se mueve en su órbita alrededor del Sol, nuestro satélite tarda un poco más en mostrar la misma fase. En concreto, 29,5 días, que es su período sinódico. La presencia de la órbita de la Luna tiene una cierta influencia en algunas de las condiciones de la Tierra.

La más evidente y obvia es la forma en que su gravedad atrae la Tierra. O lo que es lo mismo, sus efectos de marea. El resultado es el aumento del nivel del mar, al que comúnmente nos referimos como marea oceánica. Como la Tierra gira unas 27 veces más rápido que la Luna, las protuberancias se mueven a lo largo de la superficie de la Tierra más rápido de lo que se mueve el satélite. Giran alrededor del planeta una vez al día, al ritmo que gira sobre su eje.

Las mareas oceánicas se ven amplificadas por otros efectos. Entre ellos están el acoplamiento friccional del agua a la rotación de la tierra a través del lecho marino, la inercia del movimiento del agua, cuencas océanicas que son menos profundas cerca de la superficie, y las oscilaciones entre las diferentes cuencas. La atracción gravitacional del Sol en los océanos de la Tierra es casi la mitad que la de la Luna. Su interacción gravitacional es responsable de las mareas vivas y muertas.

La distancia a la Luna y los sismos lunares

Imagen de una de las placas del Experimento del Retro-Reflector Laser. Los observatorios del mundo tienen la capacidad de enviar un láser a estos reflectores, que reflejan parte de la luz de vuelta a la Tierra.
Crédito: NASA

El acoplamiento gravitacional entre la Luna y la protuberancia más cercana en la superficie del planeta actúa como un torque en la rotación de la Tierra. Reduce el momento angular y la energía cinética rotacional del giro de la Tierra. A la vez, ese momento angular es añadido a la órbita de la Luna. Por lo que su movimiento se acelera. En consecuencia, la Luna se mueve hacia una órbita más lejana, con un período orbital más largo.

Por este motivo, la distancia entre la Tierra y la Luna aumenta, y la rotación de la Tierra disminuye. De hecho, gracias a los reflectores láser instalados en la superficie lunar durante las misiones Apolo, podemos medir exactamente cuanto se aleja. Cada año, la Luna está 3,8 centímetros más lejos. Esta combinación de efectos supone que, eventualmente, se producirá un acoplamiento de marea. Es muy similar a lo que sucede con Plutón y Caronte. Sin embargo, el tiempo necesario para llegar a ese escenario es superior a la vida del Sol antes de convertirse en gigante roja.

La superficie de la Luna también experimenta mareas de 10 centímetros de amplitud a lo largo de 27 días. Están formadas por dos componentes, uno fijo debido a la Tierra (porque está en rotación síncrona) y un componente variable del Sol. El estrés acumulado provocado por estas fuerzas de marea provoca sismos lunares. Aunque son mucho menos frecuentes y más débiles que los terremotos, estos sismos pueden durar mucho más, hasta una hora, ya que no hay agua que mitigue las vibraciones.

Los eclipses

Imagen de la Luna en el momento de totalidad en el eclipse lunar del 15 de abril de 2014.
Crédito: Alfredo Garcia

Otra forma en la que la Luna afecta a la vida en la Tierra se produce a través de los eclipses. Estos sólo suceden cuando el Sol, la Luna y la Tierra están en línea recta, y pueden tener dos formas: un eclipse lunar o un eclipse solar. El eclipse lunar ocurre cuando la luna llena pasa por detrás de la sombra de la Tierra (a la que llamamos umbra) en relación al Sol. Esto provoca que su superficie se oscurezca y adquiera un tono rojizo.

El eclipse solar sucede durante una Luna nueva, cuando nuestro satélite está entre el Sol y la Tierra. Como tienen un tamaño aparente similar en el cielo, la Luna puede bloquear parcialmente el Sol (produciendo un eclipse anular, en el que el borde del Sol todavía es visible) o por completo (eclipse total). En el caso de un eclipse total, la Luna cubre por completo el disco del Sol, permitiendo que la corona solar sea visible a simple vista.

Como la órbita de la Luna está inclinada 5º respecto a la órbita de la Tierra y el Sol, los eclipses no suceden con cada luna llena y nueva. Para que haya un eclipse, la Luna debe estar cerca de la intersección de ambos planos orbitales. Los eclipses lunares y solares se repiten con cierta periodicidad. De hecho, están descritos en algo que llamamos los ciclos saros, que son períodos de unos 18 años de duración, y que permiten predecir cuándo se producirá el siguiente eclipse lunar o solar.

Este artículo está dividido en dos entregas. Esta es la primera. La segunda será publicada mañana, 25 de mayo.

Referencias: Universe Today

Alex Riveiro

Amante de la astronomía. Hablo de todo lo relacionado con el universo y sus conceptos de una manera amena y sencilla. Desde los púlsares hasta la historia de la astronomía en Al-Andalus.

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8 Respuestas

  1. Arnoldo José De la Hoz dice:

    El año pasado, exactamente el 2 de diciembre de 2016, vi un eclipse lunar. La luna se enrojeció de tal forma que me quedé sorprendido por la novedad del fenómeno, pues nunca lo había visto, y gracias a este artículo tuyo pude comprender por qué pasaba eso. Nuevamente gracias por tu escrito, Alex.

  1. 25 mayo, 2017

    […] Nota: Esta es una serie de dos artículos. El primero se encuentra aquí. […]

  2. 25 julio, 2017

    […] difícil concluir cuánta agua podía haber en la Luna a partir de esas muestras. Es decir, no teníamos suficientes evidencias para poder afirmar si el […]

  3. 27 julio, 2017

    […] una exoluna en Kepler-1625, estamos hablando de una grande. No hablamos ni del tamaño de la Luna, ni de Ganímedes, sino de algo mucho mayor. Probablemente, tenga un tamaño similar al de Neptuno, […]

  4. 30 agosto, 2017

    […] qué deberíamos intentar vivir en la Luna antes de ir a […]

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