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GEOFÍSICA ESPACIAL

Bajo el influjo de la Luna

La fuerza gravitatoria lunar causa perturbaciones en la atmósfera de la Tierra, provocando interferencias en las comunicaciones satelitales

Una postal de 1968: la Tierra vista desde el módulo de la Apolo 8, la primera misión tripulada en orbitar la Luna

NASA/ Earth ObservatoryUna postal de 1968: la Tierra vista desde el módulo de la Apolo 8, la primera misión tripulada en orbitar la LunaNASA/ Earth Observatory

La Luna, el cuerpo celeste mayor y más cercano a la Tierra, influye en algo más que el nivel de los océanos. Así como provoca que las aguas suban y bajen en el transcurso del día, también deforma la atmósfera del planeta ‒mínimamente, a decir verdad, alrededor de 1 metro‒ y la deja oblonga, como una pelota de fútbol americano. Ese sutil estirón, causado por la atracción gravitatoria lunar, genera perturbaciones en la alta atmósfera que ahora han sido mapeadas en escala global por un equipo del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe). El grupo coordinado por el físico Paulo Prado Batista, utilizó datos recabados durante 10 años por un satélite estadounidense proyectado para el estudio de la alta atmósfera de la Tierra y elaboró el más minucioso mapeo de las variaciones de temperatura a altitudes superiores a 30 kilómetros (km), tres veces más alto de lo que vuelan los aviones comerciales.

Los científicos comprobaron que, en la franja que se extiende entre 30 y 110 km de altura ‒que comprende a la estratósfera y la mesósfera, y en esta última se registran las temperaturas más bajas de la atmósfera (hasta -100 grados Celsius)‒, la temperatura puede oscilar hasta 8 grados a lo largo del día debido al influjo, en gran medida, de la atracción gravitatoria lunar. La fuerza que ejerce la Luna sobre el planeta provoca vibraciones en las capas más bajas de la atmósfera, que se propagan hacia las más altas en forma de ondas, similares a las que se visualizan cuando se agita una cuerda. Del mismo modo que generan oscilaciones en la superficie de los océanos, esas ondas, a las que se conoce con el nombre de mareas lunares, provocan un movimiento pulsátil en la atmósfera. “En los océanos, la fuerza gravitatoria de la Luna se manifiesta modificando su altura; en tanto, en la atmósfera, ésta altera la temperatura o la velocidad de los vientos”, explica Batista, quien junto a las físicas Inez Staciarini Batista, investigadora del Inpe, y Ana Roberta Paulino, su ex alumna de doctorado en el Inpe, presentaron los pormenores de ese estudio en diciembre de 2013 en el periódico Journal of Geophysical Research.

Las variaciones observadas por el trío van aumentando a medida que se asciende en la atmósfera, y alcanzan su máxima expresión alrededor de los 110 km de altura, donde el aire se ha enrarecido y la densidad de gases es menor. Esas oscilaciones de la temperatura ocurren en ciclos de 12 horas y 25 minutos de duración, característicos de las mareas lunares. El período corresponde al tiempo que le insume al planeta rotar media vuelta sobre su eje y el punto en su superficie que se hallaba más cercano a la Luna se torna el más distante, ya que tanto la rotación de la Tierra como la traslación de la Luna van en el mismo sentido, aunque el movimiento de la Luna es más lento, y por esa razón no coincide en las 12 horas. Como la atracción gravitatoria entre dos cuerpos depende de la distancia entre ellos, cuanto mayor cercanía a la Luna, mayor es esa fuerza, y cuanto más distante, menor. Tanto en el punto en que la fuerza es máxima como en aquél en que es mínima, la atmósfera se reduce: en el primer caso, porque soporta una mayor presión y, en el segundo, porque tiende a escapar donde la fuerza es más débil. A causa de esa combinación sucede que la atmósfera adopta la apariencia de una pelota de fútbol americano.

El mapeo llevado a cabo por el Inpe aporta evidencias más concluyentes de que las mareas lunares en la atmósfera, cuya existencia fue puesta en duda, de hecho existen y son importantes para un conocimiento más detallado del clima de una región del espacio poblada por satélites de investigación y comunicaciones.

A finales del siglo XVII, el físico y matemático inglés Isaac Newton formuló su ley de la gravitación universal, y postuló a su vez que, así como provoca oscilaciones en el nivel de los océanos, la Luna también podría afectar a la atmósfera, que igualmente se comporta como un fluido. El astrónomo y matemático francés Pierre-Simon Laplace, retomó el tema alrededor de un siglo después, pero los datos de observación disponibles eran insuficientes. Recién en 1846, el coronel inglés Edward Sabine publicó las primeras mediciones consideradas confiables de las mareas lunares en la atmósfera, registradas por el observatorio de la isla británica de Santa Helena, cercana a la costa occidental de África. Pero tanto esas mediciones como las realizadas durante las primeras décadas del siglo XX eran puntuales. Ahora, con la ayuda del satélite Timed, se ha logrado recabar información sobre la estratósfera y la mesósfera en una franja que se extiende desde los 50º de latitud norte, aproximadamente a la altura de Canadá y Rusia, hasta los 50º de latitud sur, donde se encuentran Nueva Zelanda, y el sur de Chile y Argentina.

Un perfil de la atmósfera: detrás del transbordador espacial Endeavour se observa la tropósfera (en anaranjado), la estratósfera (en amarillo) y la mesósfera (en azul)

NasaUn perfil de la atmósfera: detrás del transbordador espacial Endeavour se observa la tropósfera (en anaranjado), la estratósfera (en amarillo) y la mesósfera (en azul)Nasa

La propagación de esas mareas por la atmósfera agita las moléculas de los gases provocando una modificación en la temperatura. Los datos registrados entre 2002 y 2012 por el satélite Timed revelan que las variaciones térmicas son mayores durante los meses de diciembre y enero en gran parte de la alta atmósfera y menores entre marzo y mayo. También se suscitan con mayor intensidad entre junio y septiembre en el hemisferio norte y entre noviembre y diciembre en el hemisferio sur. Según Batista, esas variaciones dependientes de la latitud ya estaban explicadas por dos factores: la excentricidad de la órbita lunar (su trayectoria alrededor de la Tierra  no es circular, sino elíptica), y por la influencia combinada de la Luna y el Sol sobre la temperatura de la atmósfera (mientras la Luna provoca un cambio en la temperatura por su atracción gravitatoria, el Sol incide sobre la temperatura por la energía que aporta directamente en forma de radiación).

Variación longitudinal
Hubo un resultado, sin embargo, que sorprendió a los investigadores. Más allá de la variación con respecto a la latitud, también observaron variaciones longitudinales (de este a oeste). En algunos meses del año se registraron picos de fluctuación de la temperatura en regiones de la alta atmósfera localizadas en la Amazonia, África y el océano Pacífico. A juicio del físico, incluso cabía esperar algún efecto longitudinal, pero no con la intensidad observada, puesto que, como la Tierra gira en torno a su eje, todos los puntos del eje longitudinal en algún momento se encuentran expuestos a la misma fuerza de atracción de la Luna, lo cual homogeneizaría esa influencia. “Logramos separar la influencia de la componente lunar de las demás perturbaciones en la atmósfera”, relata Paulino, actualmente investigadora en la Universidad Estadual de Paraíba, en Campina Grande.

“Sin embargo, nuestros datos señalaron que las características de la superficie del planeta se reflejan hasta alturas muy elevadas”, comenta Batista. “La deformación en la atmósfera causada por la atracción gravitatoria de la Luna se encuentra influenciada por la distribución de los mares y continentes del globo”, explica el físico. Además, prosigue Batista, “notamos que la fluctuación en el nivel de los mares, la marea oceánica, afecta a la atmósfera más de lo que se esperaba”.

Las implicaciones de tales hallazgos no se restringen al plano teórico. Desde un punto de vista práctico, un mayor conocimiento de las variaciones de temperatura en esa franja de la alta atmósfera permitiría la elaboración de modelos más precisos del funcionamiento del clima en una región aún más alta ‒la ionósfera, que comprende desde 100 km hasta 1.500 km de altitud‒, donde orbitan los satélites de investigación y comunicaciones y hay una gran concentración de partículas con carga eléctrica. “Para confeccionar un modelo preciso de la ionósfera, ya no pueden ignorarse fenómenos como el de las mareas lunares”, sostiene Batista.

“Este mapeo global del efecto de las mareas lunares es muy importante para el pronóstico del clima espacial”, comenta el ingeniero Clezio De Nardin, actual gerente del Centro de Estudio y Monitoreo Brasileño del Clima Espacial (Embrace) del Inpe. Las mareas lunares constituyen uno de los tres factores que propician la formación de burbujas en la ionósfera. Los otros dos motivos son los campos eléctricos alrededor del ecuador y fenómenos meteorológicos tales como la formación de nubes de tormenta, el desplazamiento de frentes fríos o vientos intensos en la capa más baja de la atmósfera (tropósfera), donde se encuentra el 90% de los gases.

Burbujas de iones
Las burbujas son regiones con menor densidad de iones. Comienzan a formarse generalmente al comienzo de la noche a alrededor de 250 km de altitud en la región del ecuador magnético de la Tierra, cercano al ecuador geográfico. Las mareas lunares, explica De Nardin, funcionan como un empujoncito que impulsa el desarrollo de esas burbujas que pueden alcanzar miles de kilómetros de extensión.

Como son menos densas que el ambiente a su alrededor, esas burbujas, a medida que crecen, ascienden rumbo a regiones más altas de la atmósfera y reducen la concentración de iones en la atmósfera superior. Ese cambio en la densidad iónica dificulta ‒e incluso bloquea‒ el paso de las ondas de radio emitidas por los satélites de comunicaciones de órbita baja, ubicados en alturas entre 400 y 600 km, por los satélites del sistema GPS, que se encuentran a 22 mil km de altura, y por los satélites de comunicaciones geoestacionarios, que orbitan la Tierra a 36 mil km de altura. “Cuando hay burbujas, la comunicación con los satélites se degrada en extremo e incluso se interrumpe, a veces, durante horas”, comenta De Nardin. Tal interrupción afecta la navegación aérea y marítima, las explotaciones petroleras y la agricultura de precisión. “De no se tomarse medidas, esto puede durar lo suficiente como para que un barco en alta mar se extravíe o se rompa un ducto de una empresa que realiza explotación de petróleo”, dice, a modo de ejemplo.

Según De Nardin, el mapeo realizado por el grupo de Batista muestra que los períodos de mareas lunares más intensas coinciden con la temporada de burbujas en la ionósfera, que ocurre entre los meses de noviembre y marzo. “Estos registros nos ayudan a prever y explicar mejor cuál es el período en que es más probable que aparezcan burbujas”, dice De Nardin. Batista completa: “No se puede impedir la formación de burbujas, pero se puede colaborar para evitar los problemas con los satélites en el caso de que se pueda anticipar con mayor precisión cuándo es que van a aparecer”.

Artículo científico
PAULINO, A.R.; BATISTA, P.P. y BATISTA, I. S. A global view of the atmospheric lunar semidiurnal tide. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. v. 118, p. 13.128-139. 16 dic. 2013.

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