Misterio de la órbita inclinada de la luna

Ilustración de la inclinación de la órbita de la luna, con respecto al plano Tierra-Sol. Es por eso que no tenemos eclipses solares y lunares todos los meses. No a escala. Imagen víaSpacePlace de la NASA.

Por Graham Jones detensentences.com

lospróximo eclipse solar totaldel 21 de agosto de 2017, parece seguro que inspirará a una nueva generación de cazadores de eclipses. Después de ese eclipse, ¿cuándo es el próximo? Resulta que bastante tiempo. Aparte de cuatro eclipses parciales, la mayoría de los cuales tienen lugar en latitudes extremas del sur o del norte, tenemos que esperar hasta el 2 de julio de 2019 parapróximo eclipse solar total, que atraviesa Chile y Argentina y termina al atardecer al sur de Buenos Aires.

Esto plantea una pregunta: ¿por qué? Dado que la Luna orbita la Tierra una vez al mes (para ser precisos, pasa entre la Tierra y el Sol cada 29,53 días), ¿por qué no tenemos 12 o 13 eclipses cada año?Organizo talleres de eclipse solar para estudiantes, y esta pregunta ha resultado sugerente. La respuesta fácil es que la órbita de la luna alrededor de la Tierra está inclinada cinco grados con respecto al plano de la órbita de la Tierra alrededor del sol. Como resultado, desde nuestro punto de vista en la Tierra, la luna normalmente pasa porencimaodebajoel sol cada mes a lasLuna nueva.

Pero hay una pregunta más profunda: ¿por qué está inclinada la órbita de la luna? Los estudiantes a menudo se sorprenden al saber que no tenemos una respuesta definitiva a esta pregunta. De hecho, es un rompecabezas conocido comoproblema de inclinación lunar.

A finales de 2015, dos científicos planetarios:Kaveh PahlvanyAlessandro Morbidelli- publicó una elegante solución. Habían ejecutado simulaciones por computadora para observar el efecto deencuentros sin colisiones(cuasi accidentes) entre el sistema Tierra-Luna y objetos grandes, similar a lo que hoy llamamosasteroides, restos de la formación de los planetas interiores. Sus resultados -publicadoen elrevisado por paresdiarioNaturaleza- mostró que estos objetos podrían haber empujado gravitacionalmente a la luna hacia una órbita inclinada.

una. La formación de la luna en el plano ecuatorial de la Tierra. B. La expansión de la órbita de la luna y el encuentro sin colisiones con un gran cuerpo interno del sistema solar. C. El efecto acumulativo de muchos de estos encuentros ha inclinado el plano orbital de la Luna en relación con la Tierra. Imagen a través de Canup, R. (2015) Nature, 527 (7579), 455-456 /AstroBites. No a escala)



Algunos de estos objetos grandes eventualmente habrían chocado con la Tierra, y esto proporciona una respuesta a otro acertijo. Cuando se formó la Tierra, los metales preciosos como el platino y el oro se habrían transportado al núcleo de hierro de nuestro planeta. (Los metales preciosos sonsiderófilo, lo que significaamante del hierro.) Sin embargo, se pueden encontrar platino y oro en la superficie de la Tierra en cantidades relativamente altas, lo que sugiere que fueron entregados a la Tierra más tarde.

Y así, los grandes objetos de Pahlevan y Morbidelli se vuelven multitarea. Primero, a través de encuentros sin colisiones, empujan a la luna hacia una órbita inclinada. Luego, al estrellarse contra la tierra, entregan metales preciosos.Robin Canup, otro científico planetario, destacó la importancia de este doble papel en otroNaturaleza artículo, cuando ella escribió:

Si no hubiera existido tal población de objetos, la luna podría estar orbitando en el plano orbital de la Tierra, con eclipses solares totales ocurriendo como un evento mensual espectacular. Pero nuestras joyas serían mucho menos impresionantes, hechas de estaño y cobre, en lugar de platino y oro.

Kaveh PahlvanActualmente trabaja en la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de la Universidad Estatal de Arizona. Le pregunté sobre su trabajo, comenzando con dos preguntas de los estudiantes en mis talleres de eclipse. Es decir, la gente a menudo se sorprende al saber que hay muchas cosas sobre la luna que no comprendemos completamente, incluida la cuestión de cómo se formó. Como preguntó un estudiante:

Hemos hecho un sobrevuelo de Plutón; hemos descubierto exoplanetas; estudiamos galaxias distantes, cuásares y agujeros negros. Entonces, ¿cómo es posible que todavía no sepamos con certeza acerca de la luna?

Pahlvan respondió:

Si hubiera vivido en el siglo XVII o XVIII, habría hecho la misma observación sobre el origen de los seres vivos: habíamos dado la vuelta al globo; habíamos descubierto tierras y mares lejanos, con una flora y una fauna que nunca habíamos imaginado; sin embargo, todavía no entendíamos el origen de las especies. Es más fácil hacer un inventario de lo que es observable hoy que tratar de inferir eventos de origen que sucedieron hace mucho tiempo y que no son observables.

Cuando ocurre un crimen, la policía de investigación llega rápidamente a la escena y trata de preservar la evidencia. En el caso del origen de la luna, hubo un evento violento, pero no hubo testigos, ¡y estamos llegando a la escena con cinco mil millones de años de retraso! La mayor parte de la evidencia de este evento ha sido borrada durante los eones siguientes. Tenemos que mirar las pocas pruebas restantes para intentar armar una historia. Es un desafío. Pero es parte de nuestra propia historia de origen, y eso es lo que cautiva.

Método científico, víaHabilidades científicas del noveno año.

¿Cuándo (si alguna vez) podremos señalar una respuesta definitiva sobre cómo se formó el sistema Tierra-Luna? Pahlevan dijo:

Los desarrollos rara vez son definitivos. Para progresar, tenemos que reconocer nuestra ignorancia. Incluso cuando tenemos ideas que parecen tener algún poder explicativo, las mantenemos junto con algunas dudas y reconocemos que pueden estar equivocadas. Es humano querer tener historias con poder explicativo: esta es la fuente de los mitos de origen en todo el mundo. Pero con nuestras teorías científicas sobre el origen, hemos aprendido que siempre son provisionales. Tenemos que ser conscientes de las limitaciones de nuestro conocimiento si queremos progresar.

Un área que es prometedora para el progreso involucraData de muestra. Los astronautas del Apolo recuperaron casi 400 kilogramos [casi 900 libras] de rocas lunares durante sus breves estancias lunares en las décadas de 1960 y 1970. La tecnología para analizar la composición de estas rocas ha mejorado enormemente en el medio siglo intermedio. Así que ahora podemos extraer algunas señales de las rocas lunares que antes no podíamos.

Esto es emocionante porque los átomos en las rocas lunares, los átomos en la luna, estuvieron allí durante el evento de origen lunar y, en cierto sentido, son testigos de lo que sucedió. El uso de las firmas recientemente disponibles que se registran en estas muestras para probar y desarrollar nuestras ideas es un área que está lista para progresar.

Gracias a las misiones Apolo a la luna, los científicos pueden analizar las rocas lunares. En cierto sentido, Kaveh Pahlevan dijo: '... son testigos de lo que sucedió'.

2015 de Pahlevanpapelcon Alessandro Morbidelli analiza el efecto de los encuentros sin colisiones que precedieron a las colisiones entre la Tierra y otros cuerpos del sistema solar interior. Le pregunté a Pahlevan cómo él y Morbidelli pensaron originalmente en esta idea, y luego la desarrollaron. Él dijo:

Hace varios años, asistí a una conferencia en Ascona, Suiza, en la que el Dr. Morbidelli dio una charla sobre la formación de los planetas terrestres. Mencionó que el impacto de la formación de la luna pudo haber sido el último impacto gigante en la historia de la formación de la Tierra, tal vez porque los satélites generados anteriormente se habrían perdido gravitacionalmente a través de encuentros con otros cuerpos masivos en el sistema solar interior, lo cual fue muy importante. lugar lleno de gente en ese momento. Sabía que la inclinación lunar era un problema científico abierto, y fue allí donde se plantaron las semillas de este proyecto. Me fui a casa e hice algunos cálculos.

Más tarde me acerqué al Dr. Morbidelli en otra conferencia sobre la aplicación de los encuentros sin colisiones al problema de la inclinación lunar, y expresó interés en la idea y me invitó a Niza, Francia, en 2012 para trabajar en este proyecto. El Dr. Morbidelli tiene una fluidez con las integraciones numéricas que es muy rara, por lo que una vez que la idea estuvo en su lugar, las cosas progresaron rápidamente y quedó claro de inmediato que había potencial allí.

Algunos astrónomos profesionales pasan todo su tiempo frente a una computadora y nunca miran al cielo. Eres un científico planetario, no un astrónomo, pero ¿alguna vez pasas tiempo mirando los objetos de tu estudio?

Soy un teórico, así que no paso mucho tiempo en telescopios o en lugares donde el cielo está oscuro. A veces, cuando estamos afuera, mis amigos no científicos me preguntan '¿Dónde está la luna?' No tengo ni idea de dónde está. Pero a veces, cuando estoy en mi día, lo noto en el cielo. Es un recordatorio para volver al trabajo.

Graham Jones, quien escribió este artículo, organiza talleres de eclipses solares para estudiantes a través detensentences.com. Graham presentará una cobertura en vivo del eclipse del 21 de agosto eltimeanddate.com.

En pocas palabras: la inclinación de cinco grados de la órbita de la luna, que es la razón por la que los eclipses solares son eventos raros, se ha explicado recientemente por encuentros sin colisión (casi accidentes) entre el sistema Tierra-Luna y los grandes objetos que quedaron de la formación del planeta. sistema solar interior.