Movimiento no newtoniano de la luna

El movimiento de la luna, medido por los datos del alcance del láser lunar, no es el previsto por Newton. Como dice el científico entrevistado, el modelo de Newton era correcto en cuanto a la precisión de los datos disponibles para él, y era lo suficientemente bueno como para aterrizar el Águila en la luna en el '69. Sin embargo, los datos del alcance del láser lunar pueden posicionar la luna con una precisión de 3 cm.

Los efectos relativistas hacen que la Luna se desvíe de la órbita predicha por la mecánica newtoniana en aproximadamente 1 m, principalmente debido a efectos relativistas especiales como la contracción de Lorentz. La relatividad general da cuenta de una variación de 10 cm. Esto es mucho menor que la perturbación debida a Júpiter (alrededor de 1 km). Sin embargo, la relatividad general explica completamente el movimiento de la luna, con la precisión del experimento.

Todas las pruebas están de acuerdo con la Relatividad General de Einstein, que se utiliza para la integración numérica de las efemérides. No se aprecia ninguna variación de la constante gravitatoria. Fuente

El alcance lunar está en curso en la operación de alcance del láser lunar del observatorio Apache Point .

Al final del extracto, el Dr. Peter Shelus dice que las mediciones muestran que la forma de la órbita de la luna no es la esperada por las teorías de "Newton", lo que interpreté como que la órbita no es kepleriana, pero posiblemente quiso decir algo más.

Esa es una mala suposición. Indudablemente se refería a otra cosa. Incluso Kepler sabía que la órbita de la Luna alrededor de la Tierra no era kepleriana. Newton trató de explicar este comportamiento no kepleriano en términos de perturbaciones del Sol. Se las arregló para explicar algunas de las anomalías lunares clave, pero las matemáticas de su tiempo no estaban a la altura del desafío. La explicación newtoniana completa tendría que esperar un par de cientos de años, culminando con el trabajo de Ernest William Brown.

Para desarrollar su teoría lunar (clásica), Brown tuvo que tener en cuenta las perturbaciones gravitatorias de varios objetos diferentes: el Sol, Venus, Júpiter (y, en menor medida, los otros planetas), y también la naturaleza no esférica del Los campos de gravedad de la Tierra y la Luna. Incluso con eso, Brown tuvo que introducir un factor de error para dar cuenta de una fluctuación de 10 segundos de arco en la posición angular de la Luna. Resultó que la necesidad de este truco era la transferencia del momento angular de la rotación de la Tierra a la órbita de la Tierra. Esto ralentiza la velocidad de rotación de la Tierra (haciendo que el tiempo basado en la rotación de la Tierra sea una idea menos que estelar) y hace que la Luna se aleje de la Tierra. Brown finalmente agregó estos conceptos a su teoría lunar.

El alumno de Brown, Wallace J. Eckert, amplió más tarde la teoría lunar de Brown. Eckert fue la primera persona en aplicar las computadoras digitales (a diferencia de las computadoras humanas) al problema de predecir la órbita de la Luna. También fue la persona que desarrolló las efemérides lunares utilizadas por el programa Apolo. El trabajo de Eckert seguía siendo clásico en oposición a relativista.

Los retrorreflectores colocados en la Luna por los EE. UU. y la Unión Soviética durante las décadas de 1960 y 1970 finalmente requirieron el uso de la relatividad general para explicar la órbita de la Luna. Los efectos son extremadamente sutiles, pero están ahí. En particular, esos retrorreflectores sirven como una de las pruebas de mayor precisión de un precepto clave de la relatividad general, el principio de equivalencia fuerte. El principio de equivalencia se presenta en varias formas:

• El principio de equivalencia galileano (o newtoniano), que aborda la equivalencia de la masa inercial y la gravitacional y, por lo tanto, la universalidad de la caída libre.
• El principio de equivalencia débil, que dice que el movimiento de los cuerpos de prueba con una gravedad propia insignificante es independiente de sus propiedades (esencialmente, esto reafirma el principio de equivalencia de Galileo en términos relativistas),
• El principio de equivalencia de Einstein, que dice que un estado de reposo en un campo gravitatorio homogéneo es físicamente equivalente a un estado de aceleración uniforme en el espacio libre de gravedad,
• El principio de equivalencia fuerte, que dice que en cualquier punto del espacio-tiempo, la física se describe localmente por la relatividad especial y no se ve afectada por la presencia de un campo gravitatorio.

Dadas las medidas suficientemente precisas, la extraña composición de la Luna forma una base excelente para probar las diversas formas del principio de equivalencia. La cara oculta de la Luna tiene una corteza mucho más gruesa que la cara visible. Esto genera un desplazamiento de dos kilómetros entre el centro de masa y el centro de la figura de la Luna. La gruesa corteza en el lado lejano (principalmente silicio, oxígeno y aluminio) y el núcleo desplazado en el lado cercano (principalmente hierro y níquel) afectaría sutilmente la órbita de la Luna si no se aplicara la forma débil del principio de equivalencia. De hecho, la órbita de la Luna medida por experimentos de medición de distancias con láser lunar proporciona una base excelente para probar incluso el principio de equivalencia fuerte.

Tenga en cuenta que la mecánica newtoniana no está de acuerdo con todos excepto con el principio de equivalencia de Galileo. La mecánica newtoniana tampoco logra coincidir con la órbita observada de Mercurio y, en menor medida, con la órbita observada de la Luna. Las alternativas viables a la relatividad general concuerdan con la forma débil del principio de equivalencia, y la mayoría concuerda con la forma de Einstein del principio de equivalencia. La relatividad general es consistente con el principio de equivalencia fuerte (al igual que un número muy pequeño de alternativas a la relatividad general).