¿Por qué se transfiere el impulso a la luna?

La velocidad de rotación de la Tierra se está desacelerando muy gradualmente. En el corto plazo, la tasa de rotación de la Tierra cambia un poco caóticamente, a veces acelerando, a veces disminuyendo la velocidad. Estos cambios a corto plazo se deben a transferencias de momento angular entre varios componentes de la Tierra. Las variaciones seculares a largo plazo en la tasa de rotación de la Tierra se deben a las interacciones de las mareas entre la Tierra, el Sol y la Luna.

La desaceleración de la velocidad de rotación de la Tierra significa una reducción en el momento angular. Debido a que el momento angular es una cantidad conservada, ese momento angular perdido no desaparece. Tiene que ser transferido a otra cosa. Ese algo más son los dos cuerpos responsables de la desaceleración de la velocidad de rotación de la Tierra, y eso es la Luna y el Sol, principalmente la Luna.

La explicación de libro de texto para esto es la protuberancia de la marea de la Tierra.

Newton explicó las mareas al señalar que la fuerza de la marea se aleja del centro de la Tierra a lo largo del eje que conecta el centro de masa de la Tierra y la Luna y se dirige hacia el centro de la Tierra a lo largo del gran círculo normal a este eje.

Newton razonó que esta fuerza debería hacer que los océanos de la Tierra sobresalgan hacia afuera a lo largo de esa línea axial y se dirijan hacia adentro a lo largo de ese círculo donde la fuerza de marea es hacia adentro. Esta teoría del equilibrio de las mareas ofrece una explicación agradable y sencilla de la transferencia del momento angular de la rotación de la Tierra a la órbita de la Luna. La Luna tira de la protuberancia de la marea ligeramente hacia adelante. Este abultamiento de marea fuera del eje en la Tierra, a su vez, da como resultado una componente tangencial de la fuerza gravitacional de la Tierra sobre la Luna, en la dirección de la velocidad de la Luna.

Algo similar sucede cuando un cohete en órbita circular dispara sus propulsores contra el vector de velocidad. El cohete acelera hacia adelante, pero al hacerlo se mueve a una órbita más alta donde se ralentiza. Lo mismo le está pasando a la Luna. Esa aceleración continua hacia adelante eleva muy gradualmente a la Luna a una órbita cada vez más alta.

Este es un proceso muy lento. Actualmente, la Luna se está alejando de la Tierra a unos 3,8 centímetros/año, y ese avance lento es anómalamente alto. La tasa a largo plazo basada en varios registros fósiles es de aproximadamente 1,7 cm/año durante los últimos 2 a 3 mil millones de años.

Hay un problema con este modelo: la teoría de las mareas de Newton es falsa. Si bien Newton desarrolló el modelo correcto para la fuerza de las mareas, su modelo estático de las mareas es simplemente incorrecto. No hay abultamiento de marea newtoniano. No puede haber, por varias razones.

Además, las observaciones de las mareas falsean la teoría del equilibrio de las mareas de Newton. Considere el Mar del Norte. Según la teoría del equilibrio de Newton, habría dos mareas altas por día en el Mar del Norte, una cuando la Luna está en el cenit y la otra cuando está en el nadir. Dado que el Mar del Norte es bastante pequeño, esas mareas altas deberían ocurrir más o menos al mismo tiempo en todo el Mar del Norte. Eso no es lo que sucede. A cualquier hora del día, siempre hay marea alta en algún lugar del Mar del Norte y marea baja en otro lugar. Lo mismo ocurre con la Patagonia, Nueva Zelanda y algunos otros lugares de la Tierra.

Laplace desarrolló la teoría correcta de las mareas. La teoría dinámica de las mareas de Laplace tiene en cuenta las mismas cosas que explican por qué no puede existir el abultamiento de las mareas de Newton. En lugar de un abultamiento de marea, los océanos comprenden una serie de sistemas anfidrómicos. Hay varios puntos anfidrómicos en los océanos donde las mareas son casi inexistentes. Las mareas giran alrededor de estos puntos anfidrómicos. Hay tres puntos de este tipo en el Mar del Norte, lo que explica por qué las mareas en el Mar del Norte son tan ridículamente complejas.

Entonces, si la teoría del equilibrio de las mareas de Newton y su abultamiento de las mareas son falsas, ¿qué explica la transferencia de cantidad de movimiento? Las interacciones en las costas resultan en asimetrías en las rotaciones alrededor de estos puntos anfidrómicos. El efecto neto de estas asimetrías es inducir una componente tangencial en la aceleración gravitacional de la Luna.

Esto no es un "bulto de marea neto". No hay abultamiento de marea. Esos sistemas anfidrómicos resultan de la geometría de los océanos y la imposibilidad de un abultamiento de marea. La geometría de los océanos ha cambiado drásticamente a lo largo de los siglos. Actualmente existen dos enormes barreras terrestres norte-sur que impiden las mareas, las Américas en el hemisferio occidental y Afro-Eurasia en el hemisferio oriental. Esta configuración es la razón de la tasa de recesión anómala actual. Las mareas han tenido un flujo mucho más libre durante otras épocas de la historia de la Tierra, como cuando los continentes de la Tierra estaban organizados como un solo supercontinente. La tasa de recesión fue anormalmente baja durante esos períodos.

Referencias

Lambeck, " Disipación de las mareas en los océanos: consecuencias astronómicas, geofísicas y oceanográficas ", Phil. Trans. R. Soc. largo 287 : 1347 (1977)

Proudman y Doodson, " El componente principal de las mareas del Mar del Norte ", Phil. Trans. R. Soc. largo A , 224 (1924).

Thompson, " Tide Dynamics: Dynamic Theory of Tides ", Notas de clase para Ocean 420 en Univ. de Washington

Wotal, " Mareas y su origen ", notas de clase para Geología 161 en Oberlin College.