Francis en ¡Eureka!: El efecto de la Luna y la nueva teoría de su formación

Colisión entre Theia y la Tierra primitiva. Tras un día solo queda la Tierra y un disco de materia.

Te recomiendo escuchar (si no lo has hecho ya) el audio de “Eureka: Formación de la luna,” emitido el domingo a las 03:05 en el programa “La Rosa de los Vientos” de Onda Cero. Te adjunto una versión escrita del contenido (ampliada).

La semana pasada la Luna fue noticia por la publicación de tres nuevas pruebas que apoyan la teoría del “gran impacto” que explica cómo se formó la Luna. Antes de nada, una cuestión que mucha gente se pregunta es, si la Luna es responsable de las mareas, ¿nos influye a nosotros? No, su influencia es completamente despreciable por ser muy pequeña comparada con la influencia de la Tierra. Lo primero, sobre la Tierra en su conjunto, la fuerza de la gravedad del Sol es más grande que la fuerza de la gravedad de la Luna. Sobre el centro de masas de la Tierra, la aceleración debida a la gravedad del Sol es de 5,9 mm/s² mientras que la debida a la Luna es de 3,3 mm/s², es decir, la del Sol es 1,78 veces más grande (estos valores hay que multiplicarlos por la masa de la Tierra para obtener una fuerza, que es enorme debido a que la Tierra es muy grande). Puedes comparar estos valores con la aceleración de la Tierra sobre un cuerpo en su superficie, que vale 9,8 m/s² (unas 1600 veces más grande que la del Sol y unas 3000 veces más grande que la de la Luna). Pero esto no tiene nada que ver con las mareas.

Los océanos, los mares y los grandes lagos se encuentran en equilibrio hidrostático, es decir, la presión compensa a la fuerza de la gravedad. Como su superficie es libre, cualquier perturbación (incluso muy pequeña) hace que la superficie suba o baje, apareciendo fenómenos de pequeña escala, oleaje (debidos a fuerzas débiles como el viento), y de gran escala, las mareas. La Luna (y el Sol) cambian de posición e introducen una pequeña perturbación en este equilibrio, por ello, aunque son fuerzas muy pequeñas pueden producir fenómenos de gran escala como las mareas.

Las fuerzas de marea debidas a la Luna son el doble de grandes que las debidas al Sol. Sin entrar en los cálculos, la aceleración de marea debida a la gravedad de la Luna es de 1,1 µm/s² mientras que la del Sol es de 0,5 µm/s², es decir la de la Luna es 2,2 veces más grande que la del Sol (o si lo prefieres, la del Sol es un 45% la de la Luna). Recuerda, sobre un kilogramo de agua de tu cuerpo, la Tierra ejerce una fuerza de [9,8/1,1 =] 8,9 millones de veces más grande que la de la Luna y [9,8/0,5 =] 19 millones de veces más grande que la del Sol. El efecto de la gravedad de la Luna o del Sol sobre tu cuerpo es ridículo comparado con el de la Tierra. Salvo que la gravedad de la Tierra no te “afecte” porque estás en equilibrio hidrostático, como los oceános.

Tanto la Luna como el Sol producen mareas, aunque las de la Luna son más grandes (como el doble). La causa última de las mareas es la curvatura de la Tierra que hace que haya puntos de la superficie del oceáno que están más cercanos a la Luna (o al Sol) y otros más alejados, con lo que la atracción de la Luna (o del Sol) es más grande en unos que en otros. Las mareas vivas (o altas) se producen con luna nueva (Sol y Luna al mismo lado de la Tierra) y luna llena (Sol y Luna en lados opuestos de la Tierra) por las posiciones del Sol y la Luna. La mareas muertas (o bajas) se producen cuando el Sol y la Luna forman un ángulo recto respecto a la Tierra (p.ej. en cuarto creciente). Las mareas máximas se observan cuando la Luna, la Tierra y el Sol están perfectamente alineados, es decir, cuando la atracción gravitatoria del Sol y la Luna se suman.

El calendario lunar ha sido tanto o más importante en la historia que el solar. Un año (unos 365 días) es demasiado tiempo respecto a un día. El mes lunar (unos 28 días) es una medida de tiempo mucho más razonable y dividirlo en cuatro partes introduce la semana (7 días). Debido a que 365 no es divisible entre 7, el año tiene 52 semanas y 1 día, con lo que los meses no tienen 28 días. Como ya sabes, el calendario solar nació en Egipto para predecir un evento que ocurría una vez al año (la crecida del Nilo en verano). Los romanos introdujeron los actuales 12 meses (con varios cambios de nombre y duración). Pero no se debe olvidar que el mes lunar es el tiempo que la Luna tarda en dar una vuelta sobre su eje (el mismo tiempo que alrededor de la Tierra por eso solo vemos la cara visible) que dura 27 días, 7 horas y 43 minutos, pero que la Luna da una vuelta a sí misma respecto al Sol cada 29 días 12 horas y 44 minutos, el llamado mes sinódico (lo que dura un ciclo completo de las fases de la Luna). La diferencia es debida a que la Tierra se mueve alrededor del Sol y recorre cerca de 1/12 de su órbita solar en un mes lunar. Las mareas se rigen por el mes sinódico, no por el lunar.

¿Influye la Luna en los partos, en la violencia, etc…? Esta influencia está desmontada por múltiples estudios en las últimas décadas que han demostrado que no hay ningún efecto, más allá del sesgo cognitivo. En el libro “The outer edge: Classic investigations of the paranormal,” editado por Joe Nickell, Barry Karr y Tom Genoni (1996), hay un famoso capítulo que desmonta el mito del efecto de la Luna (basándose en más de 100 estudios publicados hasta 1995), “The Moon was Full and Nothing Happened: A Review of Studies on the Moon and Human Behavior and Human Belief,” escrito por Ivan Kelly, James Rotton y Roger Culver (1996). Desde entonces muchos otros estudios han llegado a la misma conclusión. El sesgo cognitivo nos hace interpretar lo hechos en función de nuestros prejuicios y ver relaciones que no existen donde nos han dicho que deberían existir. En las interacciones sociales entre humanos, los sesgos cognitivos influyen muchísimo en la toma de decisiones. Los mitos, las tradiciones, el folclore y el entorno social en el que vivimos nos influye a la hora de interpretar de forma errónea las relaciones entre hechos que no están relacionados; en especial si esta interpretación recibe un refuerzo social por parte de la comunidad que nos rodea. Recomiendo a todos consultar “Full moon and lunar effects” en el Skeptic’s Dictionary.

El efecto real de la Luna sobre el clima de la Tierra o sobre los seres vivos es ridículo. Obviamente, el plano de la órbita de la Luna alrededor de la Tierra está inclinado respecto al plano de la eclíptica (órbita de la Tierra alrededor del Sol) y esta inclinación varía (pero muy lentamente). En un millón de años se estima (por simulaciones por ordenador) una variación periódica de 19 a 28.4° respecto al plano de la eclíptica. El efecto sobre el clima de esta variación no se nota en la escala de la vida de una persona.

La película “Lo imposible” de Bayona, que está muy bien, me ha recordado que se dijo entonces que la Luna llena pudo influir en el tsunami de diciembre de 2004 en Indonesia, lo que obviamente es una chorrada, con perdón, una simple casualidad. En aquel momento la Luna se encontraba casi en el punto más alejado de su órbita, donde su influencia gravitatoria es menor. Prácticamente la única influencia de la Luna sobre la vida en la Tierra es gracias a las mareas (los seres vivos que viven en la región mesolitoral) y por la luz de la Luna llena que permite a algunos animales ver mejor esas noches, lo que hace que cambien un poco ciertos hábitos. Pero es un efecto poco importante.

Cambiando de tema, ¿cómo se formó la Luna? La teoría más razonable para la formación de la Luna es llama teoría del “gran impacto” y se basa en la hipótesis de que hace 4500 millones de años un planeta colisionó contra la Tierra, destruyéndose y formando un disco de materia que dio lugar a la Luna. La versión original de la teoría fue propuesta por dos investigadores llamados Hartmann y Davis en 1975. Su hipótesis original es que la Luna se formó por el impacto de un planeta del tamaño de Marte, llamado Theia o a veces Orfeo, que colisionó a gran velocidad, unos 40000 km/h, contra la Tierra primitiva, produciendo un disco de materia circunterrestre del que nació la Luna por acreción. Esta semana han sido noticia nuevos que apuntan a que hay que modificar algunos detalles de esta teoría.

¿Cómo se les ocurrió a Hartmann y Davis proponer una teoría aparentemente tan descabellada? La razón fueron los análisis de los 382 kg de rocas lunares que trajeron a la Tierra las misiones Apolo. Estas rocas lunares son más antiguas que las rocas más antiguas de la Tierra y son rocas magmáticas con una composición similar a la del manto de la Tierra. Para explicarlo Hartmann y Davis propusieron que una colisión desgajó materia del manto terrestre formando un disco del que surgió la Luna. De hecho, estas rocas lunares son más pobres en elementos volátiles como potasio y sodio que las rocas del mismo tipo en la Tierra y en Marte.

¿Qué son los elementos volátiles?Se llaman elementos volátiles a los que se evaporan a temperaturas menores de 1000 ºC, como el zinc. Si la Luna se formó tras un enfriamiento rápido, gran cantidad de elementos volátiles del disco circunterrestre se tuvieron que evaporar al espacio. Esta semana se ha publicado en Nature un nuevo análisis de las rocas lunares que demuestra que contienen menos isótopos ligeros del zinc (en concreto, Zn-64) que isótopos pesados (Zn-66); de hecho el cociente de estos isótopos es idéntico en las rocas magmáticas de la Tierra y de Marte, pero es un más pequeño en las rocas lunares, lo que apoya firmemente la teoría del gran impacto. Más información en “El cociente isotópico de zinc en las rocas lunares y el origen de la Luna.”

La colisión de un planeta contra la Tierra a 40.000 km/h tuvo que ser colosal. ¿Cómo es posible que se formara un disco de materia estable que dio origen a la Luna? Este era uno de los grandes problemas de la teoría del gran impacto. De hecho, esta semana se ha publicado en Science nuevos resultados de simulaciones en superordenador que apuntan a que el planeta Theia, que impactó contra la Tierra, tenía una masa entre 4 y 5 veces la de Marte, era casi tan grande como la Tierra e impactó de forma oblicua a muy baja velocidad, a solo unos 14 km/h. Las nuevas simulaciones financiadas por Instituto de Ciencia Lunar de la NASA predicen que la colisión fue muy rápida y que el disco de materia se formó en solo un día (unas 26 horas) con una masa total de unas 3 veces la masa de la Luna y una composición muy similar a la de las rocas de la Luna, lo que está en excelente acuerdo con las predicciones de la teoría del gran impacto.

Vamos a intentar aclarar un poco estos números, qué relación hay entre las masas de la Tierra, la Luna y Marte.La Luna no es pequeña, su diámetro es el 25% del diámetro de la Tierra, pero su masa es solo del 1% de la masa de la Tierra. Marte es más grande, su diámetro es del 50% del diámetro de la Tierra (como la mitad que la Tierra o el doble que la Luna), pero su masa es de un 10% de la masa de la Tierra, como diez veces más que la masa de la Luna. La nueva hipótesis publicada esta semana en Science es que Theia era un planeta con una masa del 45% de la masa de la Tierra y un diámetro muy similar al de la Tierra. En una colisión entre dos planetas casi iguales de tamaño tras el primer choque los planetas se separaron y volvieron a chocar resultando nuestro planeta y el disco circunterrestre de materia. En mi entrada “La Luna se formó por el impacto contra la Tierra de un planeta unas 5 veces más grande que Marte” se puede ver un vídeo con una animación de la colisión que es espectacular.

Esta semana también ha sido noticia otro artículo publicado en Science. Otro de los problemas de la teoría del gran impacto es explicar cómo se repartió el momento angular total de la colisión entre la Tierra y Theia, entre la Tierra y el disco circunterrestre que dio lugar a la Luna. Nuevas simulaciones por superordenador también publicadas en Science indican que la Tierra tras el impacto inicial giraba a una velocidad entre 2 y 2 veces y media más rápido que en la actualidad. La Tierra fue perdiendo velocidad mientras la ganaba el disco de materia, que además se fue alejando de la Tierra. Cuando gran parte de la materia del disco superó el límite de Roche, empezó a formarse la Luna, que siguió alejándose de la Tierra frenando su rotación. En la actualidad la Luna aún se sigue alejando (aunque solo a unos 4 centímetros al año) frenando la rotación terrestre.

Realmente, los nuevos descubrimientos que apoyan la teoría del gran impacto para la formación de la Luna son apasionantes.

Si te apatece y no lo has hecho aún, puedes escuchar el audio de “Eureka: Formación de la luna,” emitido el domingo a las 03:05 en el programa “La Rosa de los Vientos” de Onda Cero.

PS (27 oct. 2012): Interesante documental sobre la Luna y sus efectos sobre la Tierra. En el minuto 11:15 aparece una animación de la formación de la Luna por la teoría del gran impacto (un planeta del tamaño de Marte colisiona contra la Tierra primitiva); la animación es poco realista, pero muy espectacular. Merece la pena.

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22 pensamientos en “Francis en ¡Eureka!: El efecto de la Luna y la nueva teoría de su formación

  1. Sí, yo también recomiendo ese maravilloso audio. Muy bien expresado y muy comprensible. Lástima que no lo escuché en directo…

    Un saludo, sigue así Francis!
    Ismael ;)

  2. Francis, en el cuarto párrafo hablas de mareas muertas y vivas, de mareas bajas y altas, pero no es lo mismo una marea muerta que una marea baja.
    En nuestras costas hay 2 mareas altas y bajas diarias que se alternan cada 6 horas y 20 minutos aproximadamente.
    Las mareas muertas corresponden a los cuartos, menguante y creciente, donde la diferencia de altura del nivel del mar entre la marea alta y la baja es menor.
    Las mareas vivas se dan, por el contrario, durante las lunas llenas y nuevas, y es cuando hay más diferencia entre los niveles del mar máximo y mínimo.

  3. Hay algo que no entiendo:
    Si Theia tenía 0.45 Mtierra y la Luna sólo es un 0.01 Mtierra, ¿Qué fue de la masa ‘desaparecida’?
    ¿Y por qué la composición de la Luna es tan parecida a la de la Tierra?¿Es que Theia no aportó nada a la
    composición de la Luna?

    • Querido Ángel, en mi pobre comprensión de la teoría de Theia lo que si me queda claro es que se fundamenta en un proceso acción reacción. Theia impacta contra la tierra y como reacción en algún punto opuesto al lugar de impacto la corteza de la Tierra sale despedida y termina conformando la Luna.

    • En las fotos o videos que acompañan este articulo en la colision se pulverizan y mezclan los dos planetas. Segun ello cerca del 30% de los atomos de la Tierra actual, incluidos los que nos forman, provendrían de Theía.

  4. Francis, en el cuarto párrafo hablas de mareas muertas y vivas, de mareas bajas y altas, pero no es lo mismo una marea muerta que una marea baja.
    En nuestras costas hay 2 mareas altas y bajas diarias que se alternan cada 6 horas y 20 minutos.
    Las mareas muertas corresponden a los cuartos, menguante y creciente, donde la diferencia de altura del nivel del mar entre la marea alta y la baja es menor.
    Las mareas vivas se dan, por el contrario, durante las lunas llenas y nuevas, y esc cuando hay más diferencia entre los niveles del mar máximo y mínimo.

  5. Perdonden mi ignorancia, les agradecería si me ayudan con mi duda: Un impacto del tal magnitud no hubiese podido sacar a la tierra de su órbita?

    • Raiker, según las simulaciones numéricas, hay impactos de este tipo que podrían hacerlo, pero también los hay que no cambian mucho su órbita. Todo depende de los parámetros del impacto.

  6. No he leído todavía el texto más que diagonalmente e igual me he saltado una parte concerniente a lo que voy a decir: Sobre el posible efecto de la luna en los seres vivos, sí hay uno que los científicos consideran muy seriamente, y es su “función” de contrapeso gravitatorio, que minimiza los bamboleos que el planeta tendría de carecer de la luna, lo que ocasionaría la aparición de variaciones climáticas mucho más extremas y bastante incompatibles con la sustentación de la vida a largo plazo.

    • Me parece muy interesante lo que mencionas pero perdona que sea escéptico. ¿Puedes poner algún enlace (serio) donde se explique exactamente en que consiste esa hipótesis?

    • Alejandro, cierto, las simulaciones numéricas muestran la influencia de la Luna en la estabilidad del eje de inclinación de la Tierra, aunque el rango de ángulos entre 22º y 25º que indica Spradley no se observa en todas las simulacionesy la opinión actual es que hay fluctuaciones algo mayores entre 19º y 28.4° (valores que aparecen en mi entrada). La importancia de la Luna en el paleoclima todavía es motivo de discusión y depende de las escalas de tiempo en las que se hable.

      • Lo que parece innegable es que el hecho de que las mareas aceleraron la conquista de la tierra firme por parte de las especies marinas al aprovechar las zonas inundables.
        Sin las mareas es muy posible que la evolución de los animales terrestres hubiera sido muy distinta y tal vez no estuviéramos ahora aquí hablado de esto.

      • Sin duda, estoy al tanto de que todavía es motivo de discusión, aunque la hipótesis no es precisamente heterodoxa. En cualquier caso, la perspectiva de la cual hablo especialmente es la de una escala temporal amplia, de un tipo similar al que asocia los periodos de aglomeración continental (tipo pangea) a situaciones de baja biodiversidad en superficie o, incluso, eventos de extinción masiva.

      • Francis, Spradley se refiere a la inclinación del eje de la Tierra respecto al plano de la eclíptica, entre 22º y 25º, mientras que tú te refieres a la inclinación de la órbita lunar respecto al plano de la eclíptica, dices que se estima una variación periódica de 19 a 28.4°, pero en la wikipedia dan 5º para la inclinación de la órbita lunar.

  7. Dice que la influencia gravitatoria del Sol sobre la Tierra es mayor que la producida por la Luna y sin embargo la influencia de la Luna sobre las mareas es más grande que la del Sol. No es contradictorio? A más influencia gravitatoria sobre el mar, mayor altura de marea creará.

  8. Pienso que nuestra gran Luna y sus mareas fue uno de los factores importantes que intervinieron en el origen de la vida en la Tierra.

    • La Luna estaba entonces muchisimo mas cerca, la Tierra giraba mas deprisa, enormes mareas revolvian e inundaban Km de costa como tsunamis continuamente. Ello hace posible que se aceleren reacciones quimicas prebioticas. En un laboratorio de sintesis organica los matraces tienen unos cacharritos que giran velozmente para revolver los reactivos durante horas. La supermarea dejaba charcas y lagunas donde daba la luz ultravioleta, y al rato otra ola revolviendolo todo y llevandose y aportando moleculas organicas, etc.etc.

  9. “” la Luna llena que permite a algunos animales ver mejor esas noches, lo que hace que cambien un poco ciertos hábitos. Pero es un efecto poco importante. “”

    Depende lo que consideren importante.
    -En cualquier lugar de la Tierra es de noche el 50% del tiempo. (Como solemos dormir quizas se nos olvide).
    -Una noche de Luna llena tiene una luminosidad entre 250 y 2500 veces superior a una sin Luna.
    -El sentido de la visión está presente en casi todas las especies del reino animal. Tambien organos fotosensibles en bacterias, protozoos, etc.
    -Muchos seres vivos tienen habitos nocturnos. Pero incluso en los diurnos influye, pongamos por ejemplo una gacela, estará seguramente mas inquieta si hay felinos que ven cientos de veces mejor esas noches. Ejemplos similares habrá millones, y no solo cuestiones de depredacion. Cuando enciendes una luz por la noche, dicen que muchos insectos voladores se acercan porque se basan en la Luna para orientarse.

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