The Universe in the Classroom

¿Y Si la Luna No Existiera?

Con el Vaivén de la Marea

Existe una palabra para las cosas que se mueven más lejos de la Tierra: arriba. La Luna está constantemente moviéndose más y más arriba. Cualquier gente que sube escaleras muy altas sabe que hay que gastar energía para subir. Si la Luna está subiendo, ¿de dónde viene esa energía? Solamente hay un lugar de donde puede venir: de la rotación de la Tierra. Este es un juego de sumar ceros que los físicos llaman conservación de momento angular: el momento angular total del sistema Tierra-Luna, que está relacionado con la energía acumulada tanto en la rotación como en la translación, debe permanecer constante. Como la Luna está ganando momento angular al alejarse en espiral, la Tierra debe perder la misma cantidad de momento angular.

La Tierra pierde momento angular porque la marea alta más cercana a la Luna está tratando de regresar directamente debajo de ella, mientras que la marea alta más lejana está tratando de alejarse lo más posible. Por consiguiente, las mareas altas fluyen hacia el oeste, y al hacer esto se encuentran con continentes e islas. El agua empuja contra estas masas de tierra, las cuales, debido a la rotación, se están moviendo hacia el este. El resultado neto es que la rotación hacia el este se retrasa debido al movimiento hacia el oeste de las mareas, retardando la rotación. El día se está alargando aproximadamente 0.002 segundos por siglo. Esto no parece mucho, pero a lo largo de miles de millones de años, su suma es significativa.

Si la Tierra está rotando más despacio, debió haberlo hecho más rápido en el pasado. Al contar los anillos de crecimiento en fósiles de coral que tienen 400 millones de años y en estromatolitos que tienen 3 mil millones de años, los geólogos calculan que la Tierra estaba rotando cuatro veces más rápido cuando se formó de lo que rota hoy en día. Los efectos de marea de la Luna, y en mucho menor grado los del Sol, han alargado el día de seis a 24 horas.

También podemos marchar tiempo atrás con la Luna. Como la Luna se está alejando, alguna vez debió haber estado más cerca. Lo más cerca que la Luna pudo haber estado es aproximadamente 7,300 millas (11,750 km) sobre la superficie de la Tierra, 1/20 de la distancia actual---si hubiera estado más cerca, las mareas creadas por la Tierra en la Luna la hubieran hecho pedazos, convirtiéndola en un anillo. Este límite en la distancia a la Luna es consistente con la teoría de cómo se formó nuestro satélite.

La Luna no se formó con la Tierra. La química de las rocas en la Luna y otra evidencia indican que la Luna fue una vez parte de la Tierra. Cuando un asteroide enorme golpeó la Tierra a principios de la historia de nuestro planeta, un volumen enorme de rocas literalmente fue salpicado y puesto en órbita. La Tierra joven había sido un mundo abrasador y vaporoso de volcanes y ríos que exudaban roca fundida, con una atmósfera irrespirable de bióxido de carbono y virtualmente sin agua superficial---en pocas palabras, un mundo inhóspito y sin vida. El impacto hizo añicos la tenue corteza terrestre, mandando gas y vapor de agua extremadamente calientes al espacio interplanetario. Al mismo tiempo, grandes cantidades de manto y corteza terrestre (las capas más externas) se pusieron en órbita alrededor de nuestro planeta. Este material rápidamente se fusionó para formar la Luna. Este impacto ha sido reproducido con éxito en simulaciones de computadoras.

Olas de Marea

Supongamos que la Luna se formó 10 veces más cerca de la distancia actual. En este caso, las mareas en la Tierra joven eran 1,000 veces más altas de lo que son ahora, puesto que las fuerzas de marea varían inversamente con el cubo de la distancia. Las mareas enormes se precipitaban millas tierra adentro y retrocedían cada tres horas (recuerde que el día duraba solamente seis horas). Conforme se movían sobre la tierra, los volúmenes imponentes de agua raspaban y golpeaban la roca primitiva, removiendo y pulverizando una cantidad considerable de la misma. Cada vez que la marea retrocedía, arrastraba consigo este material al océano. Agitados contínuamente en el agua, estos productos químicos formaron el caldo en el que probablemente se formó la vida.

Con estos antecedentes, estamos listos para considerar cómo sería Solon, una Tierra sin Luna.

La duración del día En Solon, las únicas mareas serían las producidas por el Sol. El Sol contribuye con un tercio de las mareas de hoy en día. Por lo tanto, Solon aún experimentaría algunas mareas y su rotación aún seguiría retrasándose, pero no tanto como la de la Tierra. El día en Solon duraría solamente ocho horas en el tiempo presente de su vida, 4,600 millones de años después de haberse formado.

Vientos

Mientras más rápido rota un planeta, más rápido soplan sus vientos. Vemos los efectos de una rotación extrema en Júpiter, que rota cada 10 horas. Ahí, los vientos son halados y forman patrones que fluyen en la dirección este-oeste, con mucho menor movimiento en la dirección norte-sur de lo que ocurre actualmente en la Tierra (ver figura 3). Además, las velocidades de los vientos en Júpiter son normalmente entre 100 y 200 millas por hora (160 y 320 km por hora). Esto nos indica que los vientos en Solon fluirían más del este al oeste de lo que lo hacen en la Tierra y que sus velocidades serían mucho más altas. Vientos de 160 km por hora soplarían diariamente, y los huracanes tendrían vientos con velocidades aún superiores.

Jupiter
Figura 3
Júpiter visto por el Telescopio Espacial Hubble. El círculo oscuro en la parte superior izquierda del disco jovial es la sombra de la luna jovial más interior, Io, vista a la derecha del círculo. Conforme Júpiter gira una vez cada 10 horas, arrastra consigo su atmósfera exterior---creando vientos fuertes que soplan del este al oeste alrededor del planeta. Estos vientos están claramente indicados por las bandas claras y oscuras que ciñen al gigante de gas. Los vientos tienen solamente un movimiento limitado en la dirección norte-sur. Cortesía de esta fotografía de Harold A. Weaver y T.E. Smith, Space Telescope Science Institute (Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial); John T. Trauger y R.W. Evans, Jet Propulsion Laboratory; y la NASA.

Orígenes de la vida

Las mareas lunares altas llenaron los océanos primitivos de la Tierra con los productos químicos necesarios para que la vida evolucionara bajo la influencia de la radiación del Sol. Mientras que Solon recibiría la misma radiación, sus océanos se llenarían a paso de tortuga con los productos químicos que son los bloques de construcción de la vida. Las mareas insignificantes en el joven Solon contribuirían muy poco al enriquecimiento de los océanos. La manera principal en que los productos químicos entrarían al océano sería con el fluir de los ríos. Esto mismo lo vemos suceder actualmente en las desembocaduras de los ríos, pero la proporción es excesivamente lenta comparada con los efectos de las monstruosas mareas. Por lo tanto, hubiera tardado más tiempo el llenar los océanos con una masa crítica de productos químicos. Como resultado, probablemente la vida hubiera tomado mucho más tiempo en desarrollarse.

Evolución biológica

Tanto los vientos más rápidos como los días más cortos en Solon habrían causado efectos mayores en la evolución. Los vientos hubieran mediado contra formas de vida altas que no son estabilizadas por su propio peso, por sus cuerpos anchos o por sus raíces profundas. Las palmeras son un buen ejemplo de una forma de vida improbable en Solon: estos árboles tienen un sistema de raíces poco profundas y los vientos fuertes las tiran fácilmente.

Las formas de vida que habitan en los árboles pasarían muchos apuros en Solon, puesto que ahí los árboles altos se mecerían mucho más de lo que lo hacen en la Tierra. Esto no quiere decir necesariamente que no habría criaturas semejantes a los monos. Mejor dicho, esto quiere decir que esas criaturas tendrían que responder aún más a su ambiente que las criaturas arbóreas en la Tierra. Esto en realidad podría producir cerebros aún más complejos en los habitantes de los árboles en Solon y, tal vez, diferentes capacidades mentales.

Trate de imaginarse lo que sería la vida día tras día con solamente tres o cuatro horas diarias de luz del Sol. En primer lugar, las formas de vida desarrollarían relojes biológicos con ciclos diferentes de los de la Tierra. Muchas actividades de las formas de vida terrestre están reguladas por relojes biológicos internos: el despertar, el dormir, el hambre y el apareamiento dependen de los ritmos circadianos. Algunos estudios han demostrado que los relojes biológicos en la mayoría de las criaturas no tienen un ciclo de exactamente 24 horas. Por ejemplo, el ritmo circadiano humano dominante tiene un ciclo de 25 horas. Afortunadamente, la salida del sol vuelve a poner a tiempo los relojes que no duran precisamente 24 horas. Pero esto solo puede suceder si un reloj biológico está dentro de los límites de tres horas más o tres menos del ciclo del día y la noche. En Solon, con su día de ocho horas, los animales poseedores de relojes biológicos similares a los de la Tierra estarían rápidamente fuera de sincronización. Estarían durmiendo cuando deberían estar despiertos, cazando cuando deberían estarse apareando, y así por el estilo. Se volverían vulnerables al ataque de animales de rapiña mejor adaptados.

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