esplaobs: LA DESACELERACIÓN DE LA ROTACIÓN DE LA TIERRA

El 21 de noviembre del año 650 a.C. se produjo un eclipse anular de Sol que fue observado desde Babilonia como parcial, este eclipse tuvo una magnitud de 0.863 y un obscurecimiento de 0.814.

La magnitud de un eclipse solar es la fracción del diámetro solar que llega a ocultar la Luna durante el transcurso del eclipse.

El obscurecimiento es el porcentaje del disco solar que alcanza a ser cubierto por la Luna mientras se desarrolla el eclipse.

Figura 1:

A y B en la figura 1, representan dos eclipses solares de igual magnitud, pero con oscurecimientos diferentes, esto se debe a que la órbita de la Luna es una elipse, con la Tierra ubicada en uno de sus focos, en consecuencia la distancia Tierra - Luna es variable.

En A el satélite natural de la Tierra se encontraría más próximo a esta última que en B, presentándose ante un habitante terrestre de mayor tamaño y cubriendo en consecuencia una mayor superficie solar.

El eclipse comenzó a las 14:42:47 ( hora actual de Irak, en donde se sitúan las ruinas de Babilonia ), pero si calculamos la hora del comienzo empleando una escala de tiempo uniforme como ser el Tiempo Dinámico Terrestre ( basado en relojes atómicos y por lo tanto independiente del movimiento de rotación terrestre ), encontramos como resultado las 20:05:52, el Sol en ese momento se encontraba por debajo del horizonte de Babilonia y en consecuencia nunca podría haber sido observado y registrado por los antiguos astrónomos de dicha ciudad.

Figura 2: Tabilla conteniendo la descripción de un eclipse solar, en este caso el observado en Babilonia el 26 de septiembre del año 322 a.C. poco antes de la puesta del Sol.

Esta diferencia de casi 5 horas y media surge como consecuencia de que la Tierra va disminuyendo su velocidad de rotación, el principal responsable de este fenómeno es la propia Luna terrestre.

El cambio periódico del nivel del mar sobre las costas se conoce como marea y es producido por la fuerza de atracción gravitatoria que la Luna y el Sol ejercen sobre las masas de agua, vamos a considerar solamente el efecto de la marea lunar que es la que realmente importa para el caso que estamos considerando.

La presencia de la Luna genera dos abultamientos sobre las aguas terrestres.

Figura 3:

El más cercano al satélite natural de la Tierra se origina por la atracción gravitacional de este último, el más apartado es causado por la fuerza centrífuga debida al hecho de que el sistema Tierra - Luna gira alrededor de su baricentro ( centro de gravedad ) el cual se sitúa a unos 4700 kilómetros del centro de nuestro planeta.

Figura 4: La X en color rojo señala el baricentro del sistema Tierra - Luna.

Para aclarar aún más las cosas podemos decir que el segundo abultamiento al que nos referimos es provocado por el mismo fenómeno que empuja el agua hacia el fondo de un balde cuando se somete a este a un movimiento giratorio.

Figura 5: Al hacer girar un balde, el agua que contiene, es proyectada hacia el fondo del mismo tratando de alejarse del centro de rotación.

Como la Tierra rota más rápido sobre su eje ( un giro completo respecto a las estrellas fijas tiene una duración de 23 horas 56 minutos 4 segundos ) que lo que tarda la Luna en completar una órbita ( 27 días 7 horas 43 minutos 11.5 segundos respecto a las estrellas fijas ), los abultamientos antes mencionados arrastrados por la Tierra se adelantan un poco a la línea que une el centro de esta última con el centro de la Luna ( ver la imagen central en la figura 6 )

Figura 6: La imagen superior muestra los 2 bultos de marea provocados por la interacción de la Luna con la Tierra, la imagen central como se adelantan los mismos respecto a la posición de la Luna al ser arrastrados por el movimiento de rotación de la Tierra, en la imagen inferior puede apreciarse como la fuerza gravitatoria ejercida por la Luna sobre el bulto de marea provoca una acción de frenado sobre este y en consecuencia sobre la propia rotación terrestre, por otra parte la fuerza gravitatoria que el bulto de marea ejerce sobre la Luna acelera a esta última haciendo que se aleje de la Tierra.

La dirección del tirón gravitatorio de la Luna sobre el bulto de marea adelantado ( en sentido contrario en el que este gira acompañando la rotación terrestre ) tiende a frenarlo, este a su vez por la fuerza de rozamiento existente entre la masa de agua y el fondo marino tiende a frenar la rotación del planeta.

La dirección del tirón gravitatorio que el bulto de marea ejerce sobre la Luna ( en el mismo sentido en el que se traslada en su órbita ) tiende a acelerarla, incrementando su velocidad, este aumento de velocidad provoca que la Luna se aleje de la Tierra.

Los retrorreflectores laser depositados sobre la superficie lunar por las misiones Apolo 11, 14 y 15 y por dos misiones Lunokhod cuya misión es medir con gran precisión la distancia a la que se encuentra la Luna reflejando sobre los mismos haces de luz laser emitidos desde la Tierra permitieron determinar que la Luna se aleja de nuestro planeta a un ritmo de 3,8 centímetros por año.

Figura 7: Retrorreflector laser instalado sobre la superficie lunar por la misión Apolo 11 con 100 reflectores de esquina.

Figura 8: Un reflector de esquina es una configuración de superficies reflectantes que permite reflejar un rayo de luz hacia la fuente que lo emitió.

Figura 9: Imagen del sitio de alunizaje del Apolo 11 en el Mar de la Tranquilidad tomadas en el año 2012 por el Lunar Reconnaissance Orbiter ( Orbitador de Reconocimiento Lunar ), pueden distinguirse el módulo lunar, las huellas dejadas por los astronautas, el PSEP ( Passive Seismic Experiment Package = Paquete de Experimentos Sísmicos Pasivos ) y el LRRR ( Lunar Ranging Retro Reflector = Retrorreflector para la medición de la distancia lunar ).

Teniendo en cuenta los cambios observados en la órbita lunar, la longitud del día terrestre debería aumentar en 2.3 mili-segundos por siglo, pero los datos que se disponen de los momentos en que tuvieron lugar antiguos eclipses dan un valor medio de 1.7 mili-segundos por siglo, es decir que existen mecanismos que a diferencia de las mareas aceleran la rotación de la tierra, por ejemplo, el terremoto del Océano Índico del año 2004 provocó un cambio en la distribución de la masa terrestre que aumento la velocidad de rotación de la Tierra de manera tal que la duración del día se incrementó en 3 millonésimas de segundo.

Un importante factor en el efecto de aceleración se puede encontrar en la finalización del último período glacial hace 12 000 años, durante este período las regiones que fueron invadidas por los glaciales ( principalmente cerca de los polos ) se comprimieron bajo el peso de los mismos, aumentando el diámetro ecuatorial del planeta, cuando se derritieron estas masas de hielo, la Tierra lentamente comenzó a recuperar su antigua forma aumentando su diámetro polar y disminuyendo su diámetro ecuatorial, entonces de la misma manera en que un patinador aumenta su velocidad de rotación aproximando sus brazos al cuerpo, la Tierra aumenta su velocidad de rotación a medida que su distribución de masas se acercan a su eje de giro.

Figura 10: A la izquierda tenemos a la Tierra deformada por las grandes masas de hilo que surgieron durante la última glaciación, en el centro al finalizar la edad del hielo vemos al planeta liberado de dichas masas de hielo, a la derecha, la Tierra va recuperando su primitiva forma de modo tal que su distribución de masas se va aproximando a su eje de rotación.

Si bien el incremento en la duración del día en un siglo es pequeña, el efecto acumulativo durante dicho siglo es tal que el Tiempo Universal ( basado en la rotación terrestre ) se retrasa respecto al Tiempo Dinámico ( basado en relojes atómicos y por lo tanto independiente del tiempo de rotación terrestre ) unos 40 segundos por siglo y en las 5 horas y media en los casi 2700 años transcurridos desde el eclipse de Sol observado en Babilonia el 21 de noviembre del 650 a.C.

Como dato interesante podemos agregar que la duración del día hace 620 millones de años, durante el período Ediacárico ( 635- 541 millones de años en el pasado ) se estima entre 21 horas con 30 minutos y 22 horas con 18 minutos, por lo tanto la duración del año oscilaba entre 393 y 407 días.

Figura 11: Fósil de Mawsonites, medusa que vivió durante el período geológico mencionado más arriba.

Otro dato interesante es que cuando la distancia media de la Luna se incremente en unos 23 410 kilómetros, el disco lunar se presentará visto desde la superficie terrestre de un tamaño tal que no podrá cubrir la superficie total del Sol y por lo tanto ya no se podrán producir eclipses totales de Sol, al ritmo actual de alejamiento ( 3.8 centímetros al año ), esto tendrá lugar dentro de unos 616 millones de años.