Se ha celebrado hace poco el 50 aniversario de la llegada del hombre a la Luna. Con tal motivo he decidido exponer en Twitter las fotografías de los recortes de periódico del histórico vuelo del Apolo XI que ocurrió del 16 al 24 de julio de 1969. Lo viví con 17 años y empezando mi carrera de Físicas. No fue este hito histórico lo que marcó mi vida. Estaba ya marcada por el inicio de la exploración espacial en 1957. Veía en mi pueblo de Beniopa (hoy anexionado a Gandía) los satélites artificiales pasar de oeste a este, de Marxuquera hacia Gandía. Luego vinieron los primeros vuelos tripulados de Gagarin, Titov, Glenn, Carpenter, que seguía en un viejo aparato de radio. Exploraba con avidez las primeras páginas del Atlas de Geografía donde había una pequeña introducción a la Astronomía en un contexto familiar donde nadie me podía ayudar. Quería saber qué cambiaba en la atmósfera para que empezase a llover. Fundamental conocer a mi amigo y compañero de estudios Paco Burguera a los 11 años y a mi profesor de Física y Química y luego compañero de Seminario D. José Merí en 3 de Bachiller, hasta el final de éste, de sus problemas sobre calcular la velocidad de una nave espacial en órbita baja alrededor de la Tierra. En este contexto en 1959, empecé a recoger, copiando primero y pegando después, lo que los periódicos publicaban. Hasta hoy, sólo que desde hace unos años de Internet. Me interesé, en mi adolescencia, por la Astronáutica, la Astronomía, la Meteorología. Es decir la Ciencia.
Generalidades:
1) Contexto histórico
A finales de los años 50 y en la década de los 60, cuando se desarrolla el inicio de la exploración espacial, había una sórdida Guerra fría entre la Unión Soviética que representaba el comunismo y el mundo occidental dirigido por EEUU que representaba al capitalismo y la democracia. Esto era así desde el final de la II Guerra Mundial en que fueron aliados. La pelea se establece en todos los ámbitos pero fundamentalmente en el militar y científico. Europa se halla dividida entre los dos bloques, cada uno de los cuales establece un brazo militar entre sus “aliados”. En 1956 Fidel Castro inicia una revuelta militar contra el corrupto régimen de Batista y Cuba pasa de ser del “casino de juego” de los americanos al aliado de la Unión Soviética. Una afrenta en el patio trasero que el imperialismo americano no pudo consentir.
Cada bloque se empeñaba en demostrar que su sistema político y social era el mejor. La propaganda hacía hincapié en sus éxitos militares y científicos. Primera bomba atómica de fisión, de fusión (bomba H), misiles intercontinentales, y como no la carrera espacial. Se repartieron los técnicos de la Alemania nazi que habían logrado avances en los cohetes como la famosa V2. Werher von Braun fue el jefe de diseño de los cohetes V2 alemán como del Saturno V que llevó al hombre a la Luna. Pese a los más de 50 años transcurridos el Saturno V no ha sido superado.
2) Breve resumen de la carrera espacial
La Unión Soviética dio primero, consiguiendo, en 1957 el lanzamiento y puesta en órbita del Sputnik I, el lanzamiento del primer ser vivo (Laika, Sputnik II), la primera nave que impacto con la Luna en 1959 (Luna II), la primera que fotografió la cara oculta de la Luna (Luna III, 1959), el primero en conseguir poner un ser humano en órbita y devolverlo sano y salvo a la Tierra (Vostok 1, Yuri Gagarin,12 de abril de 1961). Diez meses después el 22 febrero de 1962, lo lograría EEUU con John Glenn y la cápsula Amistad 7 del proyecto Mercury.
El 25 de mayo de 1961, apenas un mes después del vuelo de Yuri Gagarin y cuando EEUU aún no había puesto un hombre en órbita, John F. Kennedy delante del Congreso y Senado de los EEUU se comprometió a lograr que un hombre vaya a la Luna y regrese sano a la Tierra antes del fin de esta década. No había nada de un proyecto científico, era un reto tecnológico y un nuevo frente de confrontación con el otro bloque.
La Unión Soviética era la primera en la carrera espacial pero la tecnología de EEUU estaba más adelantada. Aún así en enero de 1966 el Luna IX fue el primero en aterrizar suavemente en el Océano de las Tormentas mediante un sistema de airbag y trasmitir fotos a la Tierra. EEUU lo logró con el Surveyor I en mayo de 1966. Puso una nave en órbita de la Luna (Luna X ) en marzo de 1966 y EEUU lo logró con el Lunar Orbiter I en agosto de 1966. En el programa espacial tripulado tras el proyecto Vostok y Mercury de un hombre sólo, vino el Voshod y Gemini respectivamente. Voshod I (12 octubre de 1964) fue una cápsula con tres tripulantes en mangas de camisa (sin traje espacial) y Voshod II en marzo de 1965 con dos cosmonautas se caracteriza por el primer paseo espacial efectuado por Alexei Leonov, algo que los EEUU logró con el Gemini IV en junio del mismo año con Edward White. Pero mientras el programa Voshod acaba aquí el programa Gemini efectúa diez vuelos tripulados (Gemini III al Gemini XII) donde se efectúan largas permanencias y citas espaciales y acaba en noviembre de 1966 convirtiendo los vuelos tripulados casi en una rutina. La Unión Soviética inaugura el programa Soyuz (que significa Unión) en abril del 1967 con un desastre: Vladimir Komarov muere al regresar al fallar el paracaídas. Tuvo otros problemas durante el vuelo espacial y todas las naves no tripuladas tipo Soyuz pero bautizadas Cosmos, lanzadas previamente fallaron estrepitosamente. Un año y medio después se lanza el Soyuz II sin tripulación que debía acoplarse con el Soyuz III que tripulaba el cosmonauta Georgi Beregovoi. A partir de aquí la Unión Soviética dedica sus naves Soyuz a vuelos entre ellas, logrando la Soyuz IV y V (enero 1969) la primera unión de dos naves tripuladas con intercambio de la tripulación. La versión lunar de la Soyuz, las naves Zond nunca fueron tripuladas. Desde las misiones Zond 4 (marzo 1968) a la Zond 8 (octubre 1970) fueron vuelos circumlunares de regreso libre sin entrar en órbita lunar.
El programa Apolo se inicia con un desastre, el Apolo 1 que debía lanzarse el 21 de febrero de 1967 sufre un incendio en la rampa de lanzamiento el 27 de enero y los tres tripulantes Virgil Grissom, Edward White y el novato Roger Chaffee mueren carbonizados. La comisión del accidente replantea todo y los vuelos tripulados Apolo se suspendieron durante 20 meses. El Apolo V con la nueva nave fue lanzado sin tripulación en enero de 1968 y la primera nave tripulada alrededor de la Tierra lanzada por el Saturno IB fue lanzada en octubre de 1968. En una opción arriesgada el Apolo VIII con los módulos de mando y servicio y sin el módulo lunar fueron lanzados a la Luna por el Saturno V (usado por primera vez) en diciembre de 1968. Tras ponerse en órbita lunar y dar 10 vueltas en 20 horas encendió los motores para salir de la órbita lunar y volver a la Tierra. Tras este vuelo estaba claro quién ganaba la carrera.
Fig. 1 El astronauta del Apolo VIII William Anders tomó esta fotografía de la Tierra sobre el horizonte lunar.
El Apolo IX fue lanzado en marzo de 1969 en órbita alrededor de la Tierra pero incluía por primera vez al módulo lunar. Se hicieron maniobras críticas de ensamblaje entre el módulo de mando y lunar indispensables para el aterrizaje en la Luna. El Apolo X en mayo de 1969, fue el ensayo general para el aterrizaje en la Luna. Hizo el mismo viaje del Apolo XI hasta separar el módulo lunar del módulo de mando y descenderlo a una órbita a sólo 15 km. de la Luna, pero, sin descender a la Luna. Luego puso el motor de ascenso para acoplarse al módulo de mando en órbita a unos 100 km. de la Luna. Luego vino el Apolo XI que hemos recreado mediante tuits, cada uno de los 8 días, en su 50 aniversario y que logró 22 kg. de regolito y roca. Su análisis permitió saber que la Luna se había creado en caliente en la asamblea de Houston de enero de 1970. Del Apolo XII al Apolo XVII hubo 5 descensos más en la Luna pues el Apolo XIII tuvo un accidente y hubo que cancelar el aterrizaje lunar. Mientras iba hacia la Luna estalló el módulo de servicio y los astronautas en trayectoria de libre retorno se tuvieron que refugiar, hasta el último momento, en el módulo lunar. Un problema de supervivencia digno de ser recordado y lo fue en una célebre película.
El Apolo IX fue lanzado en marzo de 1969 en órbita alrededor de la Tierra pero incluía por primera vez al módulo lunar. Se hicieron maniobras críticas de ensamblaje entre el módulo de mando y lunar indispensables para el aterrizaje en la Luna. El Apolo X en mayo de 1969, fue el ensayo general para el aterrizaje en la Luna. Hizo el mismo viaje del Apolo XI hasta separar el módulo lunar del módulo de mando y descenderlo a una órbita a sólo 15 km. de la Luna, pero, sin descender a la Luna. Luego puso el motor de ascenso para acoplarse al módulo de mando en órbita a unos 100 km. de la Luna. Luego vino el Apolo XI que hemos recreado mediante tuits, cada uno de los 8 días, en su 50 aniversario y que logró 22 kg. de regolito y roca. Su análisis permitió saber que la Luna se había creado en caliente en la asamblea de Houston de enero de 1970. Del Apolo XII al Apolo XVII hubo 5 descensos más en la Luna pues el Apolo XIII tuvo un accidente y hubo que cancelar el aterrizaje lunar. Mientras iba hacia la Luna estalló el módulo de servicio y los astronautas en trayectoria de libre retorno se tuvieron que refugiar, hasta el último momento, en el módulo lunar. Un problema de supervivencia digno de ser recordado y lo fue en una célebre película.
Fig. 2 El Apolo XII efectuó un aterrizaje de precisión para posarse lo más cerca del Surveyor III. Charles Conrad retira algunos elementos de la cámara y se los trajo a la Tierra.
En estos cinco descensos las estancias en la Luna, el número de paseos y su duración fueron mayores y los astronautas del Apolo XV al Apolo XVII usaron un Vehículo de Exploración Lunar (LRV) que amplió la zona de exploración. Además la zona de alunizaje abandonó los lugares fáciles y monótonos relativamente llanos para ir a la cordillera de los Apeninos y Grieta de Hadley (Apolo XV) Tierras altas de Descartes y Formación Cayley (Apolo XVI) Valle Taurus-Littrow (Apolo XVII).
Fig. 4 Harrison Schmitt aparece junto a una gran roca durante su 3r paseo lunar (EVA 3).
Los aterrizajes en la Luna se extendieron desde julio del 69 a diciembre del 1972. El último Apolo estuvo 75 horas en la Luna y efectuaron tres paseos con una duración total de 22 horas. De los doce astronautas que pisaron la Luna el único científico fue Harrison Schmitt que pertenece a la última misión. Ellos sólos, recogieron 110,5 kg. de muestras y el total de los seis vuelos a la Luna es de 382 kg. recogidos durante un total de 81,5 horas de trabajo de cada uno de los dos astronautas.
En estos cinco descensos las estancias en la Luna, el número de paseos y su duración fueron mayores y los astronautas del Apolo XV al Apolo XVII usaron un Vehículo de Exploración Lunar (LRV) que amplió la zona de exploración. Además la zona de alunizaje abandonó los lugares fáciles y monótonos relativamente llanos para ir a la cordillera de los Apeninos y Grieta de Hadley (Apolo XV) Tierras altas de Descartes y Formación Cayley (Apolo XVI) Valle Taurus-Littrow (Apolo XVII).
Fig. 3 El astronauta Harrison Schmitt de Apolo XVII aparece junto al LRV
Fig. 4 Harrison Schmitt aparece junto a una gran roca durante su 3r paseo lunar (EVA 3).
Los aterrizajes en la Luna se extendieron desde julio del 69 a diciembre del 1972. El último Apolo estuvo 75 horas en la Luna y efectuaron tres paseos con una duración total de 22 horas. De los doce astronautas que pisaron la Luna el único científico fue Harrison Schmitt que pertenece a la última misión. Ellos sólos, recogieron 110,5 kg. de muestras y el total de los seis vuelos a la Luna es de 382 kg. recogidos durante un total de 81,5 horas de trabajo de cada uno de los dos astronautas.
Se suspendieron los vuelos del Apolo XVIII al Apolo XX para dedicar estas naves Apolo a un programa de colaboración con los soviéticos: el famoso vuelo Apolo- Soyuz y a la estación espacial Skylab hecha con la tercera fase del Saturno V. Los soviéticos no habían llevado hombres a la Luna pero habían desarrollado mucho el programa de estaciones espaciales.
Finalmente los soviéticos lograron traer 101 gr. de muestras lunares con el vehículo no tripulado Luna XVI en septiembre de 1970 y pasear los vehículos por la Luna con el Lunajod I y II que viajaron con el Luna XVII y Luna XXI. El Luna XXIV de agosto de 1976 fue la tercera misión de recogida de muestras lunares y la última. Los americanos recogieron kilogramos los soviéticos gramos.
3) Conocimiento de la Luna antes del programa Apolo
De la Luna, conocida desde la más remota antigüedad, se ignoraba casi todo. Apenas se conocía el tiempo de revolución alrededor de la Tierra que coincidía con el movimiento de rotación y por eso presenta la misma cara a la Tierra, sus fases, la geografía lunar, su tamaño, distancia, y sus complejos movimientos orbitales. Eratóstenes midió (siglo II a.C.) el tamaño de la Tierra, Hiparco (siglo I aC.) la distancia a la Luna que cifró en 60 radios terrestres y conocido el tamaño angular coincidente por casualidad con el solar (½º) el radio real de la Luna: unos 1.700 km. A la rara coincidencia angular de los radios del Sol y de la Luna se debe que un eclipse de Sol pueda ser total. No obstante la Luna describe una elipse alrededor de la Tierra y cuando está más alejada su diámetro angular puede ser menor que el solar y ser el eclipse anular. El periodo sinódico (una órbita a la Tierra respecto al Sol) de 29,5 días, es conocido desde la antigüedad y en él se basan los calendarios lunares así como sus fases. También era conocido el periodo sideral (una órbita a la Tierra respecto punto fijo de la órbita) es de 27 y 1/3 días. Otra cosa que costó mucho más es su movimiento orbital. El sistema Tierra-Luna es un sistema doble pues la Luna con una masa de 1/81 la masa terrestre es desproporcionadamente grande y en el movimiento lunar influye tanto la Tierra como el Sol, un problema de tres cuerpos difícil de resolver. Es necesario tener en cuenta 1.475 irregularidades para conocer con precisión el movimiento lunar. Extraordinarias eminencias del siglo XVII al XX estudiaron dicho movimiento.
Hacia 1609 Galileo observó la Luna con el recién descubierto telescopio y aunque no fue el primero, supo observar las sombras de los accidentes orográficos descubriendo que la Luna era como la Tierra con sus montañas, valles, etc. Fue el primero en determinar la altura de estas montañas. Las observaciones telescópicas lograron conocer con precisión la geografía de los mares y zonas altas de la cara visible que gracias a las libraciones (diferencias del movimiento de rotación de la Luna que es uniforme y del movimiento orbital que sigue en primer orden la segunda ley de Kepler) es el 59% del total.
Como hemos dicho en 1959 el Luna III soviético fotografió la cara oculta de la Luna. La dicotomía entre ambas caras es un problema más a resolver.
Fig. 5 A la izquierda la cara visible con sus mares (zonas oscuras) y sus tierras altas (zonas blancas). A la derecha la cara no visible donde casi no hay mares.
Pero nada se sabía del origen de la Luna, su edad, de la naturaleza de los cráteres, de su historia geológica, su composición interior. Había tres teorías sobre su origen: la acreción suponía que se había formado como los planetas o satélites de los planetas gigantes a partir de un disco de acreción que rodeó a un Sol primitivo y en formación o de un subdisco de acreción planetario como el que rodeaba a los planetas gigantes. La segunda decía que su origen fue por fisión de una Tierra fundida que giraba rápidamente y su fuerza centrífuga dejo escapar por el ecuador el material del que se formó la Luna. La tercera que fue capturada por la Tierra de entre los cuerpos que se acercaron demasiado a la Tierra en una época temprana. La cara visible de la Luna está ocupada en su mayor parte por los maria (“mares") más oscuros y llanos ¿cuál era su origen? Los cráteres que salpicaban su superficie eran de origen volcánico o impactos de asteroides y meteoritos. La opinión de los científicos se dividía al 50%. ¿Se había formado en frío (menos de 300 ºC) por acreción o había tenido un origen cálido con su corteza fundida? La opinión dominante en aquellos momentos es que en al igual que los planetas y otros cuerpos rocosos se formó por acreción es decir por la acumulación de materia durante cientos de millones de años de progresivo enfriamiento.
Rick Carlson, geoquímico y director del departamento de magnetismo terrestre del Instituto Carnegie para la Ciencia dice: Antes del Apolo, la visión dominante sobre la Luna era que estaba compuesta de material primitivo datado en los primeros tiempos de la formación del Sistema Solar. Se formó en frío y sólo estaba fundida localmente por el impacto de algún gran meteorito. Para resolverlo hacían falta muestras lunares. Veremos que la presencia de anortosita una roca formada cuando el magma se enfría y solidifica, entre las rocas del Apolo XI cuando este aterrizó en una zona del Mar de la Tranquilidad. Se esperaban, como así ocurrió, basaltos oscuros formados tras la solidificación de lava líquida, pero la anortosita llevaba a una formación en caliente. La Teoría de la Gran Impacto sobre el origen lunar es también un legado del Apolo y es de un poco más tarde, 1975 apenas tres años tras terminar el Programa Apolo. Viene a reforzar la formación en caliente.
Pero, ¿cuál era su edad? ¿tenía tanta edad como la Tierra? Los astrónomos habían conseguido datar localmente las regiones lunares según su craterización. Un lugar con pocos cráteres era geológicamente joven. A medida de era más viejo, aumentaba la densidad de cráteres de un determinado tamaño y si era muy viejo, estaba saturado de cráteres y la formación de un nuevo cráter destruía uno antiguo. Estaba claro que en superficies craterizadas, si la edad era superior al límite de saturación, entonces, la edad estaba indeterminada. Además la escala era cualitativa, faltaba calibrar y la forma de hacerlo era traer muestras y datarlas mediante desintegración radioactiva. Eso es lo que hizo el Apolo.
Respecto a su estructura interior el desconocimiento era total: ¿tenía un núcleo metálico como la Tierra o por el contrario estaba hecha sólo de roca? Para conocer la estructura del interior de la Tierra los científicos han usado los terremotos como fuente de información y la medida del flujo de calor. Los astronautas del Apolo siguieron un método similar observando los seísmos lunares medidos por los sismómetros dejados por las seis misiones del Apolo, haciendo estallar explosivos sobre la superficie o provocando seísmos artificiales haciendo chocar contra la Luna la tercera fase del Saturno V o la parte de ascenso del módulo lunar. Hasta que fueron apagados por falta de presupuesto al final de la década de los 70 se detectaron más de 12.000 seísmos lunares. De ellos unos 7.000 ocurrieron en el interior profundo de la Luna, y el resto producido por impactos de meteoritos o derrumbes en la superficie de la Luna. Ya hemos visto esto en el articulo Los astronautas del Apolo y el sondeo sísmico lunar. Ahora (Legado IV) destacaremos cómo se averiguó la estructura interior de la Luna. Adelantemos un resultado importante: la Luna tiene un pequeño núcleo de hierro de 340 km de radio.
Ahora Mars Insight está intentando con un sismómetro mucho más sensible que los del Apolo y con una perforación que, de momento, tiene serios problemas, determinar el flujo de calor para saber algo de la estructura interna de Marte. Lo hemos visto en Flujo de calor interno de la Tierra y Marte .
Si hemos hablado del origen es bastante sensato que hablemos de su futuro. Los reflectores dejados por los Apolos y los dos reflectores láser de los Lunajod soviéticos siguen funcionando. Permiten calcular la distancia de la Tierra a la Luna enviando un haz láser y haciéndolo rebotar en el espejo. Así el tiempo que tarda en hacer el viaje de ida y vuelta permite saber la distancia. También permite la localización precisa de los lugares de aterrizaje. La Luna gira en una órbita elíptica de distancia media a=384.403 km de la Tierra, acercándose hasta los 363.299 km. y alejándose 405.507 km.
Pero aparte, hay un aumento de la distancia media en 3,8 cm cada año. Es decir la Luna se aleja con el tiempo. Este no es un resultado sorprendente. Los resultados de los reflectores no hacen sino confirmar un resultado que es un fruto de física elemental. El sistema Tierra-Luna es un sistema aislado que conserva el momento cinético.
Las mareas causadas por la Luna y en menor medida el Sol, es el factor principal, aunque no el único, que causa el frenado en la rotación de la Tierra. Las mareas en la Tierra son una fuerza diferencial causada por la diferente distancia a la Luna. La Luna atrae con fuerza desigual el agua de los mares de la Tierra en la dirección Tierra-Luna que el propio centro de la Tierra más lejano, causando un bulbo en la dirección Tierra-Luna. Por extraño que parezca en sentido contrario de la dirección Tierra-Luna también hay un bulbo. En este caso, la causa es que el agua, debido a su mayor lejanía con el centro de la Tierra, es menos atraída por la Luna. El bulbo crea la pleamar cada 12 horas debido a la rotación de la Tierra.
La atracción mareal de la Luna frena la rotación de la Tierra, con una tasa ahora de 1 segundo cada 62.000 años o 16 segundos por millón de años o 0,000016 segundos cada año. Ello causa una disminución del momento cinético de la Tierra y un aumento del momento cinético orbital de la Luna y su alejamiento. Hay evidencias muy fuertes de ello. Gracias a los corales se sabe que hace 600 millones de años el año constaba de 423 días. La duración del día terrestre era de 20h y ¾ . En el Período Devónico hace unos 400 millones de años el día terrestre duraba 21 horas y ¾ y la Luna estaba a una distancia a la Tierra que era la mitad de la actual.
La Luna se creó entre 40 y 100 millones de años tras la formación del Sistema Solar (hace unos 4.500 millones de años) probablemente a unos 1.500 km. de la superficie de la Tierra y cuando el día en la Tierra duraba 5 horas.
La Tierra también ejerce mareas sobre la Luna. La fricción debida a esas mareas frenó la rotación de la Luna, provocando que ésta presente siempre la misma cara hacia la Tierra. La órbita de la Luna se llama sincrónica porque dura lo mismo su periodo orbital y el de rotación. Este es motivo de que la Luna presente siempre la misma cara a la Tierra.
El día en la Tierra continuará alargando y la Luna alejándose hasta que la Tierra presente siempre la misma cara a la Luna y se invierta el proceso. Entonces la Luna estará a 558.600 km. de la Tierra y el día en la Tierra durará 47 días. El tiempo para que ello ocurra supera la edad actual del Universo.
La Tierra (5,97×10²⁴ kg) gira alrededor del Sol (1,99×10³º kg) a una distancia de 149,6 ×10⁶ km. La esfera gravitatoria de la Tierra se extiende a aproximadamente 1,5 ×10⁶ km (0,01 U.A.). Como la órbita de la Luna está a una distancia de 0,384 ×10⁶ km. de la Tierra, la Luna se encuentra cómoda dentro de la esfera gravitatoria de influencia de la Tierra y no está en riesgo de colocarse en una órbita independiente alrededor del Sol pues está 4 veces más cerca de la zona peligrosa. Si se aleja hasta 0,5586×10⁶km de la Tierra estará todavía muy dentro del campo gravitatorio de la Tierra y por tanto ¡siempre será un satélite de la Tierra! Sin embargo, mucho antes de que esto ocurra, el Sol en unos 6.000 millones de años se habrá convertido en gigante roja y probablemente destruya el sistema Tierra-Luna.
No habrá civilización ni vida que lo vea, pues mucho antes, la Tierra habrá salido de la Zona Habitable del Sistema Solar. Esto se debe a que el Sol aumenta su luminosidad con el paso del tiempo. En los próximos 1.000 millones de años el Sol habrá alcanzado una luminosidad un 10% superior a la actual y la temperatura en la Tierra hará que se inicie un proceso invernadero desbocado (como Venus) que evaporará los mares, aumentará la presión atmosférica y la temperatura aún más y la Tierra se volverá inhabitable.
En aproximadamente la mitad del tiempo para que la Tierra se convierta en no habitable (unos 500 millones de años) el punto más cercano de la órbita lunar estará a suficiente distancia como para no tapar completamente al Sol en su punto más lejano. Los eclipses solares dejaran de ser totales para convertirse en eclipses anulares.
Resumen
Probablemente un lector generalista no necesita más. Saber que gracias al Apolo y sus muestras de roca conocemos que la Luna se formó en caliente y que fue fruto de una gran colisión entre una prototierra y un protoplaneta del tamaño de Marte. Que ello ocurrió hace 4.500 millones de años. Que los cráteres son de impacto estando ausentes los de origen volcánico, si bien los mares son de lava solidificada. Que gracias a la datación de las rocas se ha podido calibrar la escala de densidad de craterización y datar todas las regiones lunares. Que gracias a los experimentos con los sismómetros se ha logrado saber la estructura interna de la Luna, siendo el único cuerpo junto con la Tierra del que conocemos su estructura. Respecto a la dicotomía de las dos caras es lo que menos se conoce: Hay dos teorías. La primera hace referencia a que las mareas de la Tierra desplazaron ligeramente su centro de masas del centro geométrico. Ello causó que la corteza del lado oculto sea más gruesa que la de la cara visible e impidiendo a la lava desparramarse y causar los mares. La segunda hace mención a que durante su formación se formó una segunda luna, más pequeña que acabó chocando con la Luna en su cara no visible, esparciendo sobre ella sus restos y haciendo que se corteza se hiciera más gruesa. La Luna a pesar de que se aleja de la Tierra 3,8 cm por año nunca dejará de ser satélite de la Tierra. Se alejará a poco más de medio millón de km. cuando el campo gravitatorio terrestre tiene millón y medio de km. Mucho antes de que esto ocurra, en 6.000 millones de años, el Sol convertido en gigante roja habrá quizá destruido el sistema Tierra-Luna. Nadie la verá pues en 1.000 millones de años la Tierra se convertirá en un lugar inhabitable. En la mitad de ese tiempo los eclipses solares totales serán historia.
Sin embargo si quieres conocer más detalles publicaré cinco artículos sobre cada uno de estos temas, con una cadencia de aproximadamente una semana.
Bibliografía:
Pero nada se sabía del origen de la Luna, su edad, de la naturaleza de los cráteres, de su historia geológica, su composición interior. Había tres teorías sobre su origen: la acreción suponía que se había formado como los planetas o satélites de los planetas gigantes a partir de un disco de acreción que rodeó a un Sol primitivo y en formación o de un subdisco de acreción planetario como el que rodeaba a los planetas gigantes. La segunda decía que su origen fue por fisión de una Tierra fundida que giraba rápidamente y su fuerza centrífuga dejo escapar por el ecuador el material del que se formó la Luna. La tercera que fue capturada por la Tierra de entre los cuerpos que se acercaron demasiado a la Tierra en una época temprana. La cara visible de la Luna está ocupada en su mayor parte por los maria (“mares") más oscuros y llanos ¿cuál era su origen? Los cráteres que salpicaban su superficie eran de origen volcánico o impactos de asteroides y meteoritos. La opinión de los científicos se dividía al 50%. ¿Se había formado en frío (menos de 300 ºC) por acreción o había tenido un origen cálido con su corteza fundida? La opinión dominante en aquellos momentos es que en al igual que los planetas y otros cuerpos rocosos se formó por acreción es decir por la acumulación de materia durante cientos de millones de años de progresivo enfriamiento.
Rick Carlson, geoquímico y director del departamento de magnetismo terrestre del Instituto Carnegie para la Ciencia dice: Antes del Apolo, la visión dominante sobre la Luna era que estaba compuesta de material primitivo datado en los primeros tiempos de la formación del Sistema Solar. Se formó en frío y sólo estaba fundida localmente por el impacto de algún gran meteorito. Para resolverlo hacían falta muestras lunares. Veremos que la presencia de anortosita una roca formada cuando el magma se enfría y solidifica, entre las rocas del Apolo XI cuando este aterrizó en una zona del Mar de la Tranquilidad. Se esperaban, como así ocurrió, basaltos oscuros formados tras la solidificación de lava líquida, pero la anortosita llevaba a una formación en caliente. La Teoría de la Gran Impacto sobre el origen lunar es también un legado del Apolo y es de un poco más tarde, 1975 apenas tres años tras terminar el Programa Apolo. Viene a reforzar la formación en caliente.
Pero, ¿cuál era su edad? ¿tenía tanta edad como la Tierra? Los astrónomos habían conseguido datar localmente las regiones lunares según su craterización. Un lugar con pocos cráteres era geológicamente joven. A medida de era más viejo, aumentaba la densidad de cráteres de un determinado tamaño y si era muy viejo, estaba saturado de cráteres y la formación de un nuevo cráter destruía uno antiguo. Estaba claro que en superficies craterizadas, si la edad era superior al límite de saturación, entonces, la edad estaba indeterminada. Además la escala era cualitativa, faltaba calibrar y la forma de hacerlo era traer muestras y datarlas mediante desintegración radioactiva. Eso es lo que hizo el Apolo.
Respecto a su estructura interior el desconocimiento era total: ¿tenía un núcleo metálico como la Tierra o por el contrario estaba hecha sólo de roca? Para conocer la estructura del interior de la Tierra los científicos han usado los terremotos como fuente de información y la medida del flujo de calor. Los astronautas del Apolo siguieron un método similar observando los seísmos lunares medidos por los sismómetros dejados por las seis misiones del Apolo, haciendo estallar explosivos sobre la superficie o provocando seísmos artificiales haciendo chocar contra la Luna la tercera fase del Saturno V o la parte de ascenso del módulo lunar. Hasta que fueron apagados por falta de presupuesto al final de la década de los 70 se detectaron más de 12.000 seísmos lunares. De ellos unos 7.000 ocurrieron en el interior profundo de la Luna, y el resto producido por impactos de meteoritos o derrumbes en la superficie de la Luna. Ya hemos visto esto en el articulo Los astronautas del Apolo y el sondeo sísmico lunar. Ahora (Legado IV) destacaremos cómo se averiguó la estructura interior de la Luna. Adelantemos un resultado importante: la Luna tiene un pequeño núcleo de hierro de 340 km de radio.
Fig. 6 El astronauta Buzz Aldrin del Apolo XI instalando el sismómetro.
Si hemos hablado del origen es bastante sensato que hablemos de su futuro. Los reflectores dejados por los Apolos y los dos reflectores láser de los Lunajod soviéticos siguen funcionando. Permiten calcular la distancia de la Tierra a la Luna enviando un haz láser y haciéndolo rebotar en el espejo. Así el tiempo que tarda en hacer el viaje de ida y vuelta permite saber la distancia. También permite la localización precisa de los lugares de aterrizaje. La Luna gira en una órbita elíptica de distancia media a=384.403 km de la Tierra, acercándose hasta los 363.299 km. y alejándose 405.507 km.
Pero aparte, hay un aumento de la distancia media en 3,8 cm cada año. Es decir la Luna se aleja con el tiempo. Este no es un resultado sorprendente. Los resultados de los reflectores no hacen sino confirmar un resultado que es un fruto de física elemental. El sistema Tierra-Luna es un sistema aislado que conserva el momento cinético.
Las mareas causadas por la Luna y en menor medida el Sol, es el factor principal, aunque no el único, que causa el frenado en la rotación de la Tierra. Las mareas en la Tierra son una fuerza diferencial causada por la diferente distancia a la Luna. La Luna atrae con fuerza desigual el agua de los mares de la Tierra en la dirección Tierra-Luna que el propio centro de la Tierra más lejano, causando un bulbo en la dirección Tierra-Luna. Por extraño que parezca en sentido contrario de la dirección Tierra-Luna también hay un bulbo. En este caso, la causa es que el agua, debido a su mayor lejanía con el centro de la Tierra, es menos atraída por la Luna. El bulbo crea la pleamar cada 12 horas debido a la rotación de la Tierra.
Fig. 7 Formación de la protuberancia debida a la marea. El bulbo cercano al cuerpo perturbador se debe a que la parte cercana al cuerpo perturbador es más atraída que el centro del cuerpo perturbado. El bulbo lejano se debe a que la parte lejana es menos atraída que el centro.
La Luna se creó entre 40 y 100 millones de años tras la formación del Sistema Solar (hace unos 4.500 millones de años) probablemente a unos 1.500 km. de la superficie de la Tierra y cuando el día en la Tierra duraba 5 horas.
La Tierra también ejerce mareas sobre la Luna. La fricción debida a esas mareas frenó la rotación de la Luna, provocando que ésta presente siempre la misma cara hacia la Tierra. La órbita de la Luna se llama sincrónica porque dura lo mismo su periodo orbital y el de rotación. Este es motivo de que la Luna presente siempre la misma cara a la Tierra.
El día en la Tierra continuará alargando y la Luna alejándose hasta que la Tierra presente siempre la misma cara a la Luna y se invierta el proceso. Entonces la Luna estará a 558.600 km. de la Tierra y el día en la Tierra durará 47 días. El tiempo para que ello ocurra supera la edad actual del Universo.
La Tierra (5,97×10²⁴ kg) gira alrededor del Sol (1,99×10³º kg) a una distancia de 149,6 ×10⁶ km. La esfera gravitatoria de la Tierra se extiende a aproximadamente 1,5 ×10⁶ km (0,01 U.A.). Como la órbita de la Luna está a una distancia de 0,384 ×10⁶ km. de la Tierra, la Luna se encuentra cómoda dentro de la esfera gravitatoria de influencia de la Tierra y no está en riesgo de colocarse en una órbita independiente alrededor del Sol pues está 4 veces más cerca de la zona peligrosa. Si se aleja hasta 0,5586×10⁶km de la Tierra estará todavía muy dentro del campo gravitatorio de la Tierra y por tanto ¡siempre será un satélite de la Tierra! Sin embargo, mucho antes de que esto ocurra, el Sol en unos 6.000 millones de años se habrá convertido en gigante roja y probablemente destruya el sistema Tierra-Luna.
No habrá civilización ni vida que lo vea, pues mucho antes, la Tierra habrá salido de la Zona Habitable del Sistema Solar. Esto se debe a que el Sol aumenta su luminosidad con el paso del tiempo. En los próximos 1.000 millones de años el Sol habrá alcanzado una luminosidad un 10% superior a la actual y la temperatura en la Tierra hará que se inicie un proceso invernadero desbocado (como Venus) que evaporará los mares, aumentará la presión atmosférica y la temperatura aún más y la Tierra se volverá inhabitable.
En aproximadamente la mitad del tiempo para que la Tierra se convierta en no habitable (unos 500 millones de años) el punto más cercano de la órbita lunar estará a suficiente distancia como para no tapar completamente al Sol en su punto más lejano. Los eclipses solares dejaran de ser totales para convertirse en eclipses anulares.
Resumen
Probablemente un lector generalista no necesita más. Saber que gracias al Apolo y sus muestras de roca conocemos que la Luna se formó en caliente y que fue fruto de una gran colisión entre una prototierra y un protoplaneta del tamaño de Marte. Que ello ocurrió hace 4.500 millones de años. Que los cráteres son de impacto estando ausentes los de origen volcánico, si bien los mares son de lava solidificada. Que gracias a la datación de las rocas se ha podido calibrar la escala de densidad de craterización y datar todas las regiones lunares. Que gracias a los experimentos con los sismómetros se ha logrado saber la estructura interna de la Luna, siendo el único cuerpo junto con la Tierra del que conocemos su estructura. Respecto a la dicotomía de las dos caras es lo que menos se conoce: Hay dos teorías. La primera hace referencia a que las mareas de la Tierra desplazaron ligeramente su centro de masas del centro geométrico. Ello causó que la corteza del lado oculto sea más gruesa que la de la cara visible e impidiendo a la lava desparramarse y causar los mares. La segunda hace mención a que durante su formación se formó una segunda luna, más pequeña que acabó chocando con la Luna en su cara no visible, esparciendo sobre ella sus restos y haciendo que se corteza se hiciera más gruesa. La Luna a pesar de que se aleja de la Tierra 3,8 cm por año nunca dejará de ser satélite de la Tierra. Se alejará a poco más de medio millón de km. cuando el campo gravitatorio terrestre tiene millón y medio de km. Mucho antes de que esto ocurra, en 6.000 millones de años, el Sol convertido en gigante roja habrá quizá destruido el sistema Tierra-Luna. Nadie la verá pues en 1.000 millones de años la Tierra se convertirá en un lugar inhabitable. En la mitad de ese tiempo los eclipses solares totales serán historia.
Sin embargo si quieres conocer más detalles publicaré cinco artículos sobre cada uno de estos temas, con una cadencia de aproximadamente una semana.
1) Legado I: Composición de la Luna
2) Legado II: Origen de la Luna
3) Legado III: Datación por densidad de craterización. Calibrado. Bombardeo masivo tardío.
4) Legado IV: Estructura del interior lunar
5) Legado V: El pasado y futuro del sistema Tierra-Luna
Bibliografía:
- The Scientific Legacy of Apollo (Ian A. Crawford, Department of Earth and Planetary Sciences, Birkbeck College,University of London en arXiv 2012)
- Los resultados científicos del Apolo XI (Rafael Bachiller, Director del Observatorio Astronómico Nacional.
- Redescubriendo la Luna (Jorge I. Zuluaga, Astrónomo del SEAP y FCEN Universidad de Antioquía, Colombia)
- Apuntes míos: Origen de la Luna (Cap. 27.10.10) Datación de superficies planetarias (Cap. 5.4.2)
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