Las mareas

Uno de los temas mas comunes relacionados con la astronomía es la de las mareas. Todos saben que de alguna manera están relacionadas con la Luna y el Sol.

Sin embargo, en muchos sitios web y aun libros de texto, la explicación de como se producen muchas veces esta equivocada.

Esto es lo que me impulso a escribir este articulo.

Como son?

Se producen dos mareas, relacionadas con la Luna y el Sol.

Se puede calcular que la Luna produce, si la Tierra estuviera totalmente cubierta por un océano, una marea máxima de 40 cm.

El Sol por su parte, puede generar una marea de 20 cm., porque a pesar de ser mucho mayor su masa, esta también mucho mas lejos que nuestro satélite.

Por lo tanto en total, si nuestro planeta no tuviera continentes, se producirían mareas de unos 60 cm.

¿Como puede ser, si hay lugares donde la marea sube varios metros?

Esto es debido a que nuestro planeta no es puro océano, por lo que las mareas son formadas por la interacción entre el efecto de la Luna y el Sol, además de la forma de la costa considerada.

Cuando la costa tiene una forma de triángulo, como una bahía, el agua va subiendo su nivel. Así, es posible tener mareas de varios metros.

Como sube el nivel del agua según la forma de la costa. En el punto "A", con un ancho de la bahía de 90 kilómetros, y una altura del agua de 1 metro, aumenta en el punto "B" al ser de solo 30 kilómetros, a 3 metros, y seguiría subiendo si no fuera por el rozamiento con el fondo. El diagrama de abajo es la bahía vista de perfil.

Las Mareas vivas y muertas

La Luna y el Sol producen mareas. Si ambos están alineados con la Tierra (en otras palabras, en Luna nueva o Luna Llena) se suman las influencias y se produce una marea viva. Si la luna se encuentra en cuarto creciente o menguante, la influencia se divide generando una marea muerta.

Porque se producen dos mareas, una hacia la Luna y otra en contra?

Este es el punto donde muchos libros y sitios de Internet presentan una explicación equivocada o al menos incompleta.

Se produce una marea del lado donde está la Luna, y otra del otro lado. La primera es fácil de explicar, ya que el efecto gravitacional de nuestro satélite "levanta" el agua.

Pero, ¿y la del otro lado?

La explicación correcta, es que la gravedad atrae menos a la Tierra que al agua del otro lado, y por eso parece "levantada".

La respuesta correcta en detalle

Vamos a hacer un diagrama con la fuerza gravitacional lunar sobre nuestro planeta, unicamente.
La gravedad terrestre podemos obviarla momentaneamente, porque no introduce nada al análisis. Atrae de un lado y del otro de  igual manera.

En cambio la fuerza gravitacional de la Luna es diferente de cada lado de nuestro planeta, simplemente porque hay un lado mas cercano (punto sublunar) y un lado mas lejano (punto antilunar).

El largo de las flechas representa la magnitud de la fuerza. Cuanto mas grande la flecha, mayor es la fuerza.

En el diagrama de arriba, en (A), es la Tierra con el efecto de la gravedad lunar, representadas como flechas amarillas. Obviamente en el punto sublunar, la gravedad lunar es mayor que en el antilular, ya que esta 13 mil kilómetros (un diámetro terrestre) mas cerca.

En la imagen siguiente (B), se resta la influencia de la Luna en el Centro de nuestro planeta (las fechas grises). Estamos pasando el sistema de referencia al centro de la Tierra.

Como resultado final (C), estan las resultantes de las fuerzas.
En el punto sublunar, aparece una fuerza (con flechas blancas), hacia la Luna, ya que nuestro satelite atrae mas en ese punto que en el centro de nuestro planeta. En el medio, la fuerza desaparece (se hace cero).

En el punto antilunar, la fuerza en el centro es mayor que allí, por lo que aparece una fuerza "hacia afuera".... es la fuerza que hace que el agua "se levante" en el punto antilunar!!!.

Esta fuerza es suficiente para explicar las mareas observadas.

Muchas veces sugieren equivocadamente que el bamboleo que le produce la Luna a la Tierra la produce.

El motivo equivocado en detalle

En general se piensa que la Luna gira alrededor de la Tierra, pero la realidad es que ambas giran alrededor de un centro común de gravedad.

Nuestro planeta hace una pequeña órbita (de hecho el punto común de gravedad está dentro de la Tierra). La Luna se mueve mucho mas, ya que es menos masiva.

La Tierra y la Luna, giran alrededor de un punto común de gravedad (en el centro de la imagen). Este movimiento generaría una fuerza centrifuga del lado "antilunar".

Este movimiento generaría una fuerza centrifuga, que haría que el agua del punto antilunar se vería impulsada hacia afuera, generando la marea antilunar.

Pero sabemos que la fuerza centrifuga es una fuerza ficticia, ya que depende del sistema de referencia utilizado. Si se toma uno de manera incorrecta, aparece, y en realidad, no tiene ninguna influencia.

Si te interesa ver un desarrollo excelente sobre esto (matemático y en ingles, lo lamento...) fíjate aquí.

El frenado de la Tierra y la aceleración de la Luna.

El efecto de las mareas hace que el agua se retrase con respecto a la rotación de nuestro planeta.

La Luna día a día se mueve poco en el cielo, pero la Tierra da una vuelta completa sobre si misma. Esto hace que las mareas permanentemente golpeen los continentes en contra de la rotación terrestre, haciendo que nuestro planeta se vaya frenando. (puedes ver algo de esto en detalle aquí)

El alejamiento de la Luna

Ese volumen de agua es arrastrado cuando choca contra los continentes, generando una leve aceleración a la Luna, que lentamente se va alejando de la Tierra. (el efecto es algo mas complejo, pero basta para entender el proceso).

Indudablemente la Luna y la Tierra son un sistema, y la transferencia de energia (momento) de una a otra se produce realmente, en valores mínimos pero medibles.

Por esto, el alejamiento de la Luna es del orden de 4 cm por año.

Este alejamiento se puede medir con gran exactitud fundamentalmente por el tiempo de viaje de un láser hasta los retroreflectores que dejaron los astronautas en la Luna. (se puede conocer la distancia lunar en ocasiones con un error de menos de 1 cm.!)

Rebote lunar de láser para medir la distancia lunar, desde el Observatorio McDonald.

El efecto en los eclipses totales de Sol será notable, porque al alejarse nuestro satélite se hará de un tamaño aparente menor, y ya no podrá tapar completamente al Sol.

Fin de los eclipses totales de Sol: se calcula que esto sucederá en unos 620 millones de años.... Finalmente la Luna se seguirá alejándose, hasta que alcance un período de 47 días de traslación. Nuestro planeta también estará frenando con un día de 47 días.

Efecto de la  marea producida por la Luna, cuando chocan con los continentes. El agua es retrasada con respecto a la rotación diaria de nuestro planeta.  No esta a escala. En rosado se ve un continente, que en cada dibujo se ve chocando con el continente, generando una fuerza contraria a la rotación, produciendo el frenado. Al mismo tiempo, la Luna es impulsada por la marea arrastrada por el continente, haciendo que se acelere en su movimiento orbital. (flechas rojas).

Las mareas atmosféricas.

La atmósfera también "siente" la atracción de la Luna fundamentalmente.

Así, el punto donde esta la Luna se produce un aumento de la altura de la atmósfera, además de una baja de presión. Es difícil de medir esta diferencia por que hay gran cantidad de efectos adicionales en la atmósfera, pero estadísticamente puede medirse, además de hacerlo con satélites artificiales.