Astronomía

Sistema Solar: Principales características de la Luna. La luna vista desde la tierra. Superficie de la luna. Origen de la luna. Formación por fisión de la tierra. Formación en una órbita cercana a la tierra. Formación de la luna lejos de la tierra. Impacto planetesimal. Exploración lunar. Datos de la Luna.

La Luna

Es el satélite natural de la Tierra (el término luna también se aplica algunas veces a los satélites de otros planetas del Sistema Solar). El volumen es una quincuagésima parte del de la Tierra. La masa de la Tierra es 81 veces mayor que la de la Luna. Por tanto, la densidad media de la Luna es de sólo las tres quintas partes de la densidad de la Tierra, y la gravedad en la superficie es un sexto de la de la Tierra.

Datos de la Luna

Masa 7,36.1022 kg
Radio ecuatorial 1738 km
Densidad promedio 3340 kg/m³
Distancia media a la Tierra 3,8.105 km
Periodo de rotación 27,32 días
Órbita alrededor de la Tierra 29,53 días
Temperatura media superficial (dia) 107 °C
Temperatura media superficial (noche) -153 °C
Velocidad orbital 1027,8 m/s
Gravedad superficial en el ecuador 1,67 m/s²

La Luna orbita la Tierra a una distancia media de 384.403 km. Como tarda en dar una vuelta sobre su eje el mismo tiempo que en dar una vuelta alrededor de la Tierra, en realidad, siempre es la misma cara de la Luna la que se ve desde la Tierra. Aunque aparece brillante a simple vista, sólo refleja en el espacio alrededor del 7% de la luz que recibe del Sol. Este poder de reflexión, o albedo, es similar al del polvo de carbón.

La Luna

La Luna (imagen con filtro de color)

LA LUNA VISTA DESDE LA TIERRA

Un observador sólo puede ver en cada momento determinado un 50% de la superficie total de la Luna. Sin embargo, de vez en cuando se puede ver un 9% adicional alrededor del borde aparente debido al balanceo relativo de la Luna llamado libración. Esto sucede a causa de las ligeras diferencias en el ángulo de visión desde la Tierra de las diferentes posiciones relativas de la Luna a lo largo de su órbita elíptica inclinada.

La Luna muestra fases cambiantes a medida que se mueve en su órbita alrededor de la Tierra. La mitad de la Luna está siempre bajo la luz del Sol, de la misma forma que en la mitad de la Tierra es de día mientras que en la otra mitad es de noche. Las fases de la Luna dependen de su posición con respecto al Sol en un instante dado. En la fase llamada Luna nueva, la cara que la Luna presenta a la Tierra está completamente en sombra. Aproximadamente una semana más tarde la Luna entra en su primer cuarto, mostrando la mitad del globo iluminado; siete días después la Luna muestra toda su superficie iluminada, será la Luna llena; otra semana más tarde, el último cuarto, la Luna vuelve a mostrar medio globo iluminado. El ciclo completo se repite cada mes lunar. Es Luna llena cuando está mas lejos del Sol que la Tierra; es Luna nueva cuando está más cerca. La Luna está en cuarto menguante en su paso de Luna llena a nueva y en cuarto creciente en su paso de Luna nueva a Luna llena.

SUPERFICIE DE LA LUNA

En la antigüedad, los observadores creían que las regiones oscuras de su superficie eran océanos, dándole el nombre latino de mare (‘mar’), que se sigue utilizando todavía; las regiones más brillantes se consideraron continentes. Nuevas observaciones y exploraciones han aportado un conocimiento mucho más amplio y específico. Desde el renacimiento, los telescopios han revelado numerosos detalles de su superficie, y las naves espaciales han contribuido en enorme medida a este conocimiento. Entre los accidentes orográficos se encuentran cráteres, cadenas de montañas, llanuras o mares, fracturas, cimas, fisuras lunares y radios o “rayos”. El mayor cráter es el llamado Bailly, de 295 km de diámetro y 3.960 m de profundidad. El mar más grande es el Mare Imbrium (mar de las Lluvias), de 1.200 km de diámetro. Las montañas más altas, en las cordilleras Leibniz y Doerfel, cerca del polo sur, tienen cimas de hasta 6.100 m de altura, comparables a la cordillera del Himalaya. En observaciones con telescopio se han determinado cráteres de tamaño tan pequeño como 1,6 km. El origen de los cráteres lunares se ha debatido durante mucho tiempo; los últimos estudios muestran que la mayor parte se formaron por impactos explosivos de meteoritos que viajaban a gran velocidad o de pequeños asteroides, sobre todo durante la era primaria de la historia lunar, cuando el Sistema Solar contenía todavía muchos de estos fragmentos. Sin embargo, algunos cráteres, fisuras lunares y cimas presentan características que son indiscutiblemente de origen volcánico.

ORIGEN DE LA LUNA

Antes de la era moderna de la astronáutica, los científicos desarrollaron tres teorías principales sobre el origen de nuestro satélite: fisión de la Tierra, formación en una órbita cercana a la Tierra y formación lejos de la Tierra. En 1975, después de analizar las rocas lunares y los primeros planos de la Luna, los científicos propusieron la teoría del impacto planetesimal, que en la actualidad se presenta como la más verosímil.

Formación por fisión de la Tierra

La versión moderna de esta teoría propone que la Luna fue expulsada espontáneamente de la Tierra cuando ésta estaba recién formada y giraba con rapidez sobre su eje. Esta hipótesis gana adeptos, en parte porque la densidad del satélite es la misma que la de las rocas del manto superior de la Tierra, justo bajo la corteza. Sin embargo, esta teoría presenta una dificultad: el momento angular de la Tierra, para lograr inestabilidad rotacional, tendría que haber sido mayor que el momento angular del sistema actual Tierra-Luna. De acuerdo con los principios básicos de la mecánica, la cantidad total del momento angular en un sistema aislado como lo es el sistema Tierra-Luna permanece constante.

Formación en una órbita cercana a la Tierra

Esta teoría propone que la Tierra, la Luna y los demás cuerpos del Sistema Solar se condensaron independientemente de la enorme nube de gases fríos y partículas sólidas que constituyeron la nebulosa solar primordial. La mayor parte de este material, finalmente, se acumuló en el centro para formar el Sol.

Formación de la Luna lejos de la Tierra

De acuerdo con esta teoría, se supone la formación independiente de la Tierra y la Luna, como en la anterior hipótesis; sin embargo, establece que la Luna se formó en un lugar diferente del Sistema Solar, alejado de la Tierra. Se presupone entonces que las órbitas de ambos las arrastraron y aproximaron, de forma que la Luna fue atraída a una órbita permanente alrededor de la Tierra.

Impacto planetesimal

Esta teoría, que se publicó por primera vez en 1975, presupone que al principio de su historia, hace unos 4.000 millones de años, la Tierra fue golpeada por un enorme cuerpo llamado planetésimo. En un principio se estimó que este cuerpo habría tenido las dimensiones de Marte. Sin embargo, en 1997 se realizaron simulaciones por ordenador que indican un tamaño de dos y media a tres veces el de Marte. El impacto catastrófico expulsó partes de la Tierra y de este cuerpo, situándolas en la órbita de la Tierra, donde los detritos del impacto se reunieron formando la Luna. Esta hipótesis, después de numerosas investigaciones con las rocas lunares durante las décadas de 1970 y 1980, se ha convertido en la teoría más aceptada sobre el origen de la Luna. El mayor problema es que parecería necesario que los materiales terrestres se hubieran fundido totalmente después del impacto, mientras que la geoquímica de la Tierra no indica una fusión tan radical.

EXPLORACIÓN LUNAR

A lo largo de los siglos XIX y XX, las exploraciones visuales con telescopios de gran potencia han permitido obtener un conocimiento muy amplio del lado visible de la Luna. El lado no visible se mostró al mundo por primera vez en octubre de 1959 con las fotografías tomadas por la nave espacial soviética Luna 3, que mostraron que el lado oculto es similar al visible, excepto en que los grandes mares lunares están ausentes. Ahora sabemos que los cráteres cubren toda la superficie lunar, desde los de tamaños gigantescos que rodean los mares, hasta los de tamaños microscópicos. Las fotografías de las naves espaciales estadounidenses —Rangers 7, 8 y 9 y Lunar Orbiter 1 y 2— de 1964 y 1966 confirman estas conclusiones. La Luna tiene aproximadamente 3 billones de cráteres de más de 1 m de diámetro.

La Tierra vista desde la Luna

La Tierra vista desde la Luna. Tomada por los astronautas del Apolo 8.

Los alunizajes con éxito de las sondas no tripuladas de la serie estadounidense Surveyor y de la soviética Luna en la década de 1960 y, finalmente, los alunizajes tripulados del programa estadounidense Apolo, hicieron realidad las mediciones directas de las propiedades físicas y químicas de la Luna. Los astronautas del Apolo recogieron rocas, sacaron miles de fotografías y colocaron una serie de instrumentos que enviaron información a la Tierra por telemetría de radio. Estos instrumentos midieron la temperatura y la presión gaseosa en la superficie; la radiación de calor desde el interior de la Luna; las moléculas e iones de los gases calientes emitidos desde la corona solar, es decir, el viento solar; los campos magnéticos y gravitacionales de la Luna, y las vibraciones sísmicas causadas por terremotos, desprendimientos de tierra e impactos de meteoritos. Mediante rayos láser se midió la distancia exacta entre la Tierra y la Luna.

Tras analizar las rocas se ha sabido que la Luna tiene 4.600 millones de años, más o menos los mismos que la Tierra y que el resto del Sistema Solar. Las rocas de los mares lunares se formaron cuando la roca derretida se solidificó hace entre 3.160 y 3.960 millones de años, y se parecen a los basaltos terrestres, un tipo de roca volcánica muy frecuente, pero con algunas diferencias importantes. Las pruebas indican que las regiones lunares elevadas, o continentes, pueden estar formadas de una roca ígnea plutónica menos densa llamada anortosita, formada casi por completo por plagioclasa mineral. Otros tipos de muestras lunares importantes incluyen los cristales, brechas (ensamblajes complejos de fragmentos de rocas cementados conjuntamente por la acción del calor o la presión, o por ambos) y suelo o regolita (fragmentos rocosos muy finos producidos por miles de millones de años de bombardeos de meteoritos).

El campo magnético de la Luna no es tan intenso o amplio como el de la Tierra. Algunas rocas lunares son débilmente magnéticas, lo que indica que se solidificaron en un campo magnético más intenso. Las mediciones magnéticas, entre otras, señalan una temperatura interna de hasta 1.600 °C, que está por encima del punto de fusión de la mayoría de las rocas lunares. Los registros sísmicos sugieren que algunas regiones cercanas al núcleo lunar podrían estar constituidas por materiales fundidos.

Los sismómetros situados en la superficie han registrado, también, señales que muestran impactos de meteoritos, en una proporción de 70 a 150 por año, con masas desde 100 g hasta 1.000 kg. Por tanto, la Luna sigue siendo bombardeada por meteoritos (aunque no con tanta frecuencia como en el pasado), lo que puede resultar problemático para las futuras bases permanentes. La superficie está cubierta por una capa de grava, que puede tener una profundidad de varios kilómetros en los mares y una profundidad todavía desconocida en las regiones elevadas. Se cree que esta grava se ha formado por los impactos de meteoritos.

La atmósfera es tan tenue que no se puede reproducir ni en las mejores cámaras de vacío situadas en la Tierra.

Los seis alunizajes tripulados —las misiones Apolo 11, 12 y de la 14 a la 17— trajeron a la Tierra muestras de roca y de suelo, en total 384 kg. Y no fue sino hasta la última misión, la del Apolo 17, cuando entre la tripulación de astronautas se incluyó a un geólogo, Harrison Schmitt, quien invirtió 22 horas en explorar la región del valle de Taurus-Littrow, completando un recorrido de 35 km en un vehículo lunar. Hoy continúan los análisis intensivos sobre los datos y las rocas obtenidas en las misiones lunares.

A finales de 1996 un grupo de científicos estadounidenses anunció la posible existencia de hielo (probablemente agua helada) en un cráter de la cara oscura. El descubrimiento se basó en las señales de radar enviadas en 1994 por la sonda Clementine a la superficie. El 5 de marzo de 1998 la NASA anunció que la sonda Lunar Prospector —lanzada dos meses antes— había confirmado la existencia de agua helada en el satélite. Mediante un espectrómetro esta nave registró los neutrones que emanaban de los polos de la Luna cuando las moléculas de agua o los átomos de hidrógeno eran bombardeados por los rayos cósmicos. Los investigadores creen que el agua (entre 10 y 1.200 millones de toneladas) proviene de los cometas y asteroides helados que han bombardeado la superficie lunar durante miles de millones de años. No obstante, fuentes de la NASA han comentado que, aunque estas pruebas son altamente fiables, la confirmación definitiva se obtendrá de muestras físicas tomadas sobre el terreno.

La Luna y la Tierra

La Luna y la Tierra. Imagen de la sonda Galileo, 1990

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Bibliografía:

"FISICA". Robert Resnick - David Halliday. Cuarta edición 1982.

Sistema Solar Básico

NSSDC Photo Gallery

 

Editor: Fisicanet ®

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