¿Por qué la Luna nos muestra siempre la misma cara?

Siempre vemos el mismo lado de la Luna. Tuvimos que esperar a mandar cohetes para ver su cara oculta, pero ¿por qué ocurre esto?

La Luna siempre nos muestra la misma cara. Sin importar en qué fase la veamos, en qué momento del día o de la noche o qué zona del cielo esté, siempre dirige hacia la Tierra el mismo trozo de su superficie. Pareciera que quiere ocultarnos algo, que trama travesuras a nuestras espaldas. Pero no, lo que ocurre es simplemente que la Luna se encuentra acoplada gravitatoriamente a la Tierra. Sufre lo que se conoce como un acoplamiento de marea.

De la misma forma que la Luna crea mareas sobre la Tierra, haciendo subir el nivel del agua de mares y océanos, la Tierra crea mareas sobre la Luna. Sin embargo, estas mareas no afectan al agua lunar, principalmente porque no hay agua líquida sobre la Luna, sino que afecta a su propia estructura interna. Estas mareas harán que en la Luna se cree un cierto abultamiento en la dirección que une ambos cuerpos y un achatamiento en la dirección perpendicular. Por supuesto este abultamiento será muy sutil, deformando la Luna tan solo en unos metros, poquísimo en comparación con sus 3500 km de diámetro. Aún así, este abultamiento estará presente, e irá rodeando la Luna conforme esta complete una órbita alrededor de la Tierra.

Pero además de moverse a nuestro alrededor, la Luna también gira sobre sí misma. Al hacerlo hará que ese abultamiento se adelante ligeramente a su posición natural. Es decir el abultamiento se alejará de esa dirección Tierra-Luna, adelantándose si la Luna gira más rápido sobre sí misma de lo que tarda en orbitar la Tierra y retrasándose si tarda más tiempo. Al hacerlo, la atracción entre planeta y satélite se verá afectada y ya no ocurrirá exactamente en la misma dirección que antes, sino que tirará con más fuerza del lado al que se ha movido el abultamiento. Al hacerlo conseguirá poco a poco estirar de este abultamiento, consiguiendo con ello contrarrestar la propia rotación de la Luna sobre su eje, ralentizando esta rotación. Con el paso de millones de años, este efecto hará que la rotación de la Luna se alargue, hasta igualarse a su traslación.

Llegado ese momento, desde la superficie de la Tierra observaremos la escena a la que nos hemos acostumbrado: una Luna que siempre nos muestra la misma cara y diremos que la Luna sufre un acoplamiento de marea. Por supuesto nuestro satélite no es el único objeto que sufre este acoplamiento. Debido al gran tamaño de la Luna, la Tierra también siente este efecto. Además de las mareas que elevan el nivel del mar, también tenemos el otro tipo de mareas, las planetarias, que deforman al planeta, creando un abultamiento de apenas 40 centímetros en la dirección Tierra-Luna. Este efecto aunque pequeño es suficiente como para afectar a la rotación de la Tierra.

Al adelantarse el abultamiento de la Tierra debido a la rotación del planeta ocurren dos cosas. Por un lado la Tierra se ve frenada por la atracción de la Luna, alargándose la duración de los días. Por otro lado, la Luna se ve acelerada en su traslación, aumentando la distancia entre ambos cuerpos. Esto tendrá como efecto que dentro de miles de millones de años la Luna se haya alejado hasta una distancia de aproximadamente un millón de kilómetros, casi 3 veces más lejos que en la actualidad, y que la rotación de la Tierra se haya ralentizado hasta tardar unos 120 días de los actuales en completar una rotación completa. Es decir, llegado este momento, los días durarán más de 2800 horas y la Tierra y la Luna estarán acopladas mutuamente, de forma que siempre veremos la misma cara de la Luna pero, además, siempre veremos a la Luna en el mismo punto del cielo.

El acoplamiento de marea no es algo que sólo afecte al sistema Luna-Tierra. Muchos cuerpos del sistema solar e incluso de sistemas lejanos sufren el acoplamiento de marea. Las principales lunas de los planetas gigantes del sistema solar lo sufren. Hablo de  Ganímedes, Io, Calisto o Europa en el caso de Júpiter, de Titán en el caso de Saturno, de Titania y Oberón para Urano o de Tritón con Neptuno. Estas lunas, de tamaño comparable a la nuestra, orbitan suficientemente cerca de sus planetas, aunque no son tan masivas como para devolverle el efecto. Plutón y su luna Caronte se encuentran en la configuración que le espera a la Tierra en el futuro lejano. Ambos cuerpos están acoplados mutuamente, rotando al unísono y mostrándose siempre la misma cara.

El acoplamiento de marea no implica necesariamente una rotación síncrona, en la que una órbita tarde lo mismo que una rotación.  Mercurio es un claro ejemplo de esto. Se encuentra acoplado al Sol, pero su día y su año no duran el mismo tiempo, sino que tienen un ratio de 3:2, de forma que Mercurio gira 3 veces sobre sí mismo por cada 2 órbitas alrededor del Sol.

Por el hecho de que las técnicas actuales de detección de exoplanetas favorecen el descubrimiento de planetas masivos que orbitan muy cerca de su estrella, un 85% de los exoplanetas descubiertos se encuentran acoplados a su estrella. Sin embargo pensamos que esto no debería ser la norma y que futuras técnicas, que permitan descubrir planetas más alejados de su estrella deberían rebajar esta estadística.

REFERENCIAS:

R. Barnes, 2017, Tidal locking of habitable exoplanets, Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy volume 129, https://doi.org/10.1007/s10569-017-9783-7

José Luis Oltra de perfil

José Luis Oltra (Cuarentaydos)

Soy físico de formación y viajero de vocación. Divulgo ciencia allí donde me lo permiten, aunque principalmente en youtube y tiktok bajo el nombre de Cuarentaydos. Por aquí me verás hablando de la física del universo, desde las galaxias y estrellas más grandes hasta las partículas subatómicas que las componen.

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