¿De dónde sabemos que la Luna se está alejando de la Tierra?

Sé que Neil Armstrong colocó un espejo en la Luna y la gente dispara láseres allí que se reflejan, midiendo así el tiempo que necesita la luz para concluir la distancia actual de la Luna. Pero la Luna se aleja periódicamente de la Tierra (cuando son posibles los eclipses anulares) y se vuelve a acercar (cuando son posibles los eclipses totales). A veces escuchamos registros como "la Luna está tan cerca como no lo ha estado en décadas". Recuerdo, hace aproximadamente un año, vi una Luna llena muy cercana y brillante, casi eclipsando a la mayoría de las estrellas.

Entonces, ¿cómo se concluye que la Luna se alejaría constantemente de la Tierra? ¿Se basa simplemente en la predicción física de la mecánica celeste, como el cálculo de que un día en la Tierra sería más largo y la órbita de la Luna más lenta?

Los comentarios no son para una discusión extensa; esta conversación se ha movido a chat .
"casi eclipsando a la mayoría de las estrellas" ¿Cuándo no eclipsa la luna a la mayoría de las estrellas? :P Incluso durante un eclipse lunar completo, sigue eclipsando a casi todas las estrellas excepto al sol.
@reirab Sí, pero casi no se veía ninguna estrella en las cercanías de la Luna, si es que había alguna.
RE: tamaño observado de la luna que parece cambiar - en.wikipedia.org/wiki/Moon_illusion
@xdhmoore No, lo he visto alto y estaba oficialmente cerca y brillante. ¿Pensaste que no sabía sobre la ilusión del horizonte? Vi la luna llena muy brillante hace aproximadamente un año, tal vez incluso antes. Del hemisferio norte de la Tierra. Estaba despejado. La Luna era excepcionalmente brillante.
La luna es ~30% más brillante en el perigeo (aproximación más cercana). Sin embargo, esto no significa que la distancia promedio no esté aumentando, solo que se acerca en ciertos puntos de la órbita.
@LioElbammalf Pero hay anuncios de récords de distancia para ciertos perigeos lunares. No importa, las respuestas lo abordan.

Respuestas (2)

Hay, creo, al menos cuatro partes en este argumento: la primera es el argumento teórico que lo une todo y el resto es evidencia observacional de que la órbita de la Luna aumenta de tamaño.

1. El argumento teórico subyacente. Esta, por supuesto, es la idea de que el frenado de las mareas hace que la Tierra disminuya su rotación y que la Luna se aleje más en su órbita . (Érase una vez, esto también hizo que la Luna redujera su rotación, hasta que quedó bloqueada por las mareas, con su período de rotación = su período orbital). Esto predice dos cosas: la Luna debería alejarse gradualmente de la Tierra con el tiempo; y 2) La Tierra debería estar desacelerando su rotación (los días se hacen más largos) con el tiempo.

Hay al menos tres conjuntos de evidencia que respaldan esto.

1. La distancia creciente de la Luna, derivada del alcance del láser lunar. El punto clave aquí es que es la distancia promedio la que está aumentando. Dado que la órbita de la Luna es elíptica, la distancia varía en el transcurso de una órbita lunar, y existen variaciones adicionales introducidas por la influencia gravitacional del Sol, otros planetas, las formas no perfectamente esféricas de la Tierra y la Luna, etc. Lo que esto significa es que si sigues la distancia de la Luna a lo largo del tiempo, verás que aumenta y disminuye, pero también verás que la distancia promedio aumenta gradualmente. (Y esto es lo que se ha medido con los experimentos de rango láser; por ejemplo, este artículo de 1994 de Dickey et al.que encontró que el eje semi-mayor de la órbita de la Luna estaba aumentando en aproximadamente 3,8 cm/año.)

2. La ralentización de la rotación de la Tierra. Como requiere la física básica, si la Luna se aleja más en su órbita y, por lo tanto, gana momento angular, tiene que haber una pérdida compensatoria de momento angular, y esto sucede a través de la Tierra girando gradualmente más lentamente. Esto se ha medido al menos de dos maneras:

A. Momento de los eclipses lunares y solares históricos. Hay registros chinos de eclipses que se remontan aproximadamente al 400 a. C., y registros babilónicos que se remontan a casi el 800 a. C., así como registros griegos, árabes y europeos más recientes. Estos se pueden utilizar para estimar los cambios en la duración del día, de dos maneras. Primero, algunos registros incluyen una hora aproximada del día, por lo que podemos ejecutar nuestros cálculos hacia atrás y calcular cuándo debería haber ocurrido un eclipse visible en, digamos, Babilonia en el año 200 a. E incluso cuando solo sabemos el día (y la ubicación) de un eclipse, podemos predecir dónde debería haber sido visible. Como se explica en este artículo que describe un estudio de 2016 realizado por Stephenson et al.: "El evento más antiguo en el catálogo, un eclipse solar total que ocurrió en 720 a. C., fue observado por astrónomos en un sitio en Babilonia (ahora Irak). Pero, trabajando hacia atrás, los astrónomos de hoy habrían predicho que el eclipse debería han sido vistos a una cuarta parte de un mundo de distancia, en algún lugar del Océano Atlántico occidental. La discrepancia significa que la rotación de la Tierra se ha ralentizado gradualmente desde el siglo VIII a.

B. Mediciones geológicas y paleontológicas de la duración del día. * Resulta que hay algunos registros geológicos que se pueden usar para derivar la cantidad de días en un ciclo lunar, o la cantidad de días en un año, millones o cientos de millones de años en el pasado.

Una forma es a través del análisis de " ritmitas de marea ", que registran los efectos alternos de las mareas oceánicas. Dado que las mareas tienen ciclos de dos veces por día (mareas altas y bajas) debido a la rotación de la Tierra y dos veces por órbita lunar ( mareas vivas y muertas ), puedes usar la combinación para calcular cuántos días había en una órbita lunar. También puede haber variaciones anuales, lo que te permite calcular cuántos días había en un año cuando se formaron las ritmitas de marea.

Otra forma es estudiando determinados fósiles, donde se registra el crecimiento de una parte del organismo tanto en variaciones diarias como anuales: por ejemplo, el crecimiento de una concha puede variar a lo largo de un día, pero también a lo largo de un año. (por ejemplo, más crecimiento en verano, menos en invierno). Reunir esto te permite calcular cuántos días había en un año cuando el organismo estaba vivo. Un fascinante ejemplo reciente es este cuidadoso estudio de un fósil de un rudista (un tipo de molusco extinto) de 70 millones de años de antigüedad, que revela que un año tenía 372 días en ese entonces, de modo que cada día duraba 23,5 horas en lugar de 24 horas.

¿Hay formas de probar personalmente la migración de la Luna?
@Greenhorn: no tiene la tecnología de observación para notar unas pocas pulgadas de diferencia en la distancia Tierra-Luna; El Dickey en otros. Los resultados involucraron algunas de las mediciones de distancia más precisas jamás realizadas, incluida la confianza en un espejo colocado físicamente en la luna. En cuanto a la desaceleración de la rotación de la Tierra, no hay forma honesta de notarlo año tras año, independientemente de la precisión de sus instrumentos; hay algunos factores de variación "más fuertes" en los que la señal de la Luna girando y alejándose se ahogaría irremediablemente en una escala de tiempo tan corta.
Podría valer la pena enfatizar que la migración de la Luna se debe a una transferencia de energía de la Tierra a la Luna. La Luna se está moviendo a una órbita más alta, por lo que está ganando energía. La rotación de la Tierra se está desacelerando, por lo que está perdiendo energía. Este extraño efecto surge porque la Tierra cambia su forma a medida que gira debido a la fuerza de marea de la Luna.
@OscarBravo, que también muestra el límite: en el momento en que el planeta y el satélite están (doblemente) bloqueados por mareas, no puede tener lugar ninguna transferencia de energía.
Algo falla en su numeración: 1., 1., 2., A., B., todos al mismo nivel. Al menos los dos primeros 1.deberían diferir en nivel o en valor. O tal vez el primer elemento no debería estar numerado en absoluto.
@OscarBravo Es el mismo principio que un niño en un columpio. Cuando meten las piernas debajo de sí mismos, se balancean más rápido. Cuando extienden las piernas, se balancean más lentamente. Alternativamente, pueden girar las cadenas con los pies en el suelo y luego levantar los pies. Con los pies extendidos girarán más lento que con los pies recogidos. El sistema Tierra-Luna es el mismo. Para conservar el momento angular, tanto la Tierra como la Luna tienen que reducir la velocidad a medida que aumenta la distancia.
Excelente respuesta! Cuando recibo esta pregunta, generalmente agrego un poco sobre las lunas de Marte, Fobos y Deimos. El período orbital de Fobos es menor que un día marciano, por lo que pierde energía hacia Marte y este lo acerca. El período orbital de Deimos es más largo que un día marciano, por lo que la energía de Marte se transfiere a Deimos y lo lleva a una órbita más alta. Si el período de la órbita coincidiera exactamente con la duración de un día, entonces la transferencia de energía no ocurriría y la distancia media de la órbita seguiría siendo la misma.
@OscarBravo Pero vale la pena señalar que la cantidad de energía que pierde la Tierra no es igual a la cantidad que gana la Luna. De hecho, solo una pequeña parte se transfiere a la Luna. El resto de la energía va básicamente a "las mareas", es decir, olas, corrientes y algunos estiramientos de rocas. Al final, terminaría como calor a medida que las olas se disiparan, o tal vez la energía de las mareas algún día sea exitosa y podamos usarla para nosotros mismos.

La órbita de un cuerpo astronómico alrededor de otro cuerpo astronómico es una elipse, con el primario en uno de los dos puntos focales de la elipse. Así, el cuerpo en órbita se acerca al primario hasta que alcanza su punto más cercano, y luego se aleja del primario hasta que alcanza su punto más lejano, y luego se vuelve a acercar.

Cuando un cuerpo astronómico orbita alrededor de otro cuerpo astronómico, ganará velocidad a medida que se acerque a su primario, pero ganar velocidad hará que se aleje más de su primario, y a medida que se aleje de su primario irá perdiendo velocidad, hasta perder velocidad hace que se acerque al primario, en un ciclo eterno.

Según Wikipedia, el perigeo de la Luna, su distancia más cercana a la Tierra, es de unos 362 600 kilómetros, pero varía de 356 400 a 370 400 kilómetros a medida que la órbita de la Luna se vuelve lentamente más elíptica y luego se vuelve menos elíptica.

Según Wikipedia, el apogeo de la Luna, su distancia más lejana a la Tierra, es de unos 405 400 kilómetros, pero varía de 404 000 a 406 700 kilómetros a medida que la órbita de la Luna se vuelve más elíptica y luego menos elíptica.

Eso significa que el apogeo de la Luna está a unos 42.800 kilómetros más lejos de la Tierra que el perigeo de la Luna. Debido a que la órbita de la Luna se vuelve lentamente más o menos elíptica, la diferencia entre el apogeo y el perigeo varía entre 34.000 y 50.300 kilómetros.

Mientras tanto, las interacciones de las mareas entre la Tierra y la Luna hacen que la rotación de la Tierra se vuelva lentamente más lenta, por lo que la duración de un día terrestre se alarga y la Luna se aleja lentamente de la Tierra.

¿Con qué lentitud se aleja gradualmente la Luna de la Tierra?

Las mediciones de los reflectores láser que quedaron durante las misiones Apolo (experimentos de alcance lunar) han encontrado que la distancia de la Luna aumenta en 38 mm (1,5 pulgadas) por año (aproximadamente la velocidad a la que crecen las uñas humanas).

Wikipedia: Luna#Efectos de marea

Entonces, a ese ritmo, la Luna debería tardar unos 26.315,789 años para que la distancia media de la Luna se aleje 1 kilómetro de la Tierra, y unos 42.240 años para que la distancia media de la Luna desde la Tierra se aleje 1 milla de la Tierra.

Y en un solo mes la distancia de la Luna a la Tierra varía en unos 42.800 kilómetros o 26.594,687 millas.

Entonces, el movimiento constante muy lento y gradual de la distancia promedio entre la Tierra y la Luna alejándose de la Tierra es real, pero en una escala mucho más pequeña que el movimiento mensual de la Luna hacia la Tierra y luego alejándose de la Tierra durante una sola órbita alrededor. la tierra.

¿Hay formas de probar personalmente la migración de la órbita (ciencia aficionada)?
@Greenhorn Ya preguntaste esto. La Luna está migrando tan rápido como crecen tus uñas. Es un cambio de unos pocos centímetros por año de una distancia de 380.000km. Eso es 1 en 10 10 . Es sorprendente que se pueda medir en absoluto, no hay posibilidad de que puedas observarlo con un equipo de aficionado.
@OscarBravo Sí, le pregunté a ambos usuarios que respondieron de inmediato. Gracias de nuevo.
Estrictamente hablando, ambos objetos orbitan alrededor de su centro de masa combinado.
Como se mencionó, no hay forma de que pueda probar (medir) esto con un equipo científico de nivel amateur. Solo tendrás que tomar la palabra de los profesionales. Si es una búsqueda personal, lo siento. Si estás tratando de probar algo a un imbécil anti-ciencia, ahórrate el aliento. Nada los convencerá.
¿De dónde sabemos que la Luna se está alejando de la Tierra?
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