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Libración

Las fases lunares y las libraciones en 2019 en el hemisferio norte a intervalos de una hora, con música, títulos y gráficos complementarios. Imágenes simuladas de la Luna a lo l...

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Las fases lunares y las libraciones en 2019 en el hemisferio norte a intervalos de una hora, con música, títulos y gráficos complementarios.
Durante un mes lunar, se puede observar desde la superficie de la Tierra más de la mitad de la superficie de la Luna.
Imágenes simuladas de la Luna a lo largo de un mes, que muestran las libraciones en latitud y longitud . También se aprecian las diferentes fases y la variación en el tamaño visual causada por la distancia variable a la Tierra.
Extensión teórica de la superficie lunar visible (en verde) debido a la libración, en comparación con la extensión de la superficie lunar visible sin libración (en amarillo). La proyección utilizada es la proyección Winkel Tripel . El Mare Orientale , justo fuera de la región amarilla, se hace visible desde la Tierra gracias a la libración.

En astronomía lunar, la libración es la variación cíclica en la posición aparente de la Luna que perciben los observadores en la Tierra y que es causada por cambios entre los planos orbital y rotacional de la Luna. Esto provoca que un observador vea hemisferios ligeramente diferentes de la superficie en distintos momentos. Es similar, tanto en causa como en efecto, a los cambios en el tamaño aparente de la Luna debido a cambios en la distancia . Es causada por tres mecanismos que se detallan a continuación, dos de los cuales provocan una libración física relativamente pequeña a través de las fuerzas de marea ejercidas por la Tierra. Estas libraciones verdaderas también se conocen para otras lunas con rotación sincrónica .

El fenómeno bastante diferente del movimiento de un asteroide troyano se ha llamado libración troyana , y punto de libración troyana significa punto lagrangiano .

Libración lunar

Animación que muestra el cambio de posición de la Luna debido a la libración, en relación con una posición roja ficticia en una órbita perfectamente circular.
Trayectoria que sigue la libración longitudinal y latitudinal, desde el punto central de la cara visible de la Luna.

La Luna mantiene uno de sus hemisferios orientado hacia la Tierra debido al acoplamiento de mareas . Por lo tanto, la primera visión de la cara oculta de la Luna no fue posible hasta que la sonda soviética Luna 3 llegó a la Luna el 7 de octubre de 1959, y posteriormente la exploración lunar por parte de Estados Unidos y la Unión Soviética . Esta descripción simplificada es solo aproximadamente cierta, ya que con el tiempo, algo más de la mitad (alrededor del 59% en total) de la superficie lunar es visible desde la Tierra debido a la libración. [ 1 ]

Las libraciones lunares surgen de dos maneras principales: primero, libraciones geométricas [ 2 ] que comprenden cambios en la perspectiva de observación debido a la órbita inclinada no circular de la Luna alrededor de la Tierra, así como a la propia orientación de la Luna en órbita; y segundo, libraciones físicas que implican un movimiento pendular real de la Luna alrededor de su posición de equilibrio. [ 2 ] La libración geométrica incluye tipos ópticos, de paralaje y diurnos, mientras que la libración física incluye tipos forzados y libres.

Los siguientes son los tres tipos de libración geométrica lunar:

  1. La libración óptica , observada desde un punto en la Tierra, es la combinación de la libración longitudinal y latitudinal que produce un movimiento del punto subterráneo y una visión oscilante entre las partes temporalmente visibles de la Luna durante una órbita lunar. El punto subterráneo es el centro aparente del disco lunar y la ubicación en la Luna donde la Tierra está directamente sobre ella. [ 3 ] Este tipo de libración se debe a que el movimiento orbital de la Luna no es constante: a veces avanza más rápido que el promedio y otras veces más lento. [ 2 ] Esto no debe confundirse con el cambio del tamaño aparente de la Luna debido a la variación de la distancia entre la Luna y la Tierra durante la órbita elíptica de la Luna , ni con el tipo de "paralaje" —causado por el cambio del ángulo de posición debido al cambio en la posición del eje inclinado de la Luna—, ni con el tipo "diurno" que se observa en el movimiento oscilante de la Luna debido a la posición relativa del eje inclinado de la Tierra con respecto a una órbita lunar. [ 4 ]
    • La libración en longitud resulta de la excentricidad de la órbita de la Luna alrededor de la Tierra; la rotación de la Luna a veces se adelanta y a veces se retrasa con respecto a su posición orbital. La libración lunar en longitud fue descubierta por Johannes Hevelius en 1648. [ 5 ] Puede alcanzar una amplitud de 7°54′ . [ 6 ] La libración longitudinal permite a un observador en la Tierra ver, en ocasiones, más lejos hacia el oeste y el este de la Luna, respectivamente, en diferentes fases de su órbita. [ 4 ]
      Libración longitudinal, que ilustra el grado de visibilidad de la cara oculta de la Luna.
    • La libración latitudinal resulta de la inclinación axial de la Luna (aproximadamente 6,7°) entre su eje de rotación y su eje orbital alrededor de la Tierra. Esto es análogo a cómo las estaciones de la Tierra surgen de su inclinación axial (aproximadamente 23,4°) entre su eje de rotación y su eje orbital alrededor del Sol. A Galileo Galilei se le atribuye a veces el descubrimiento de la libración lunar latitudinal en 1632 [ 5 ] , aunque Thomas Harriot o William Gilbert podrían haberlo hecho antes. [ 7 ] Nótese las leyes de Cassini . Puede alcanzar una amplitud de 6°50′. [ 6 ] Los 6,7° dependen de la inclinación orbital de 5,15° y la inclinación ecuatorial negativa de 1,54°. La libración latitudinal permite a un observador en la Tierra ver más allá del polo norte y el polo sur de la Luna en diferentes fases de su órbita. [ 4 ]
      Libración latitudinal, que ilustra el grado de visibilidad de las regiones polares lunares desde la Tierra.
  2. La libración por paralaje son las diferencias que se observan al mirar desde diferentes lugares al mismo tiempo; depende tanto de la longitud como de la latitud de los lugares de la Tierra desde los que se observa la Luna.
    libración de paralaje longitudinal
  3. La libración diurna es la pequeña libración y oscilación diaria que se observa debido a la rotación de la Tierra , porque durante el tiempo en que la Luna es visible en cualquier día, la rotación de la Tierra lleva al observador de un lado (anochecer) al otro (amanecer), lo que le permite mirar primero alrededor de un lado de la Luna y luego alrededor del otro; dado que el observador está en la superficie de la Tierra, y no en su centro, lo que desplaza la línea de visión y aumenta ligeramente el área observable, aunque esto alcanza menos de 1° de amplitud. [ 6 ]
    Libración diurna de la Luna observada desde el principio hasta el final de una noche. Los dos ángulos se deben a la diferente posición del observador con respecto a la Luna, causada por la rotación de la Tierra a lo largo de unas horas.

La libración física es la oscilación de la orientación en el espacio alrededor de una rotación y precesión uniformes. Existen libraciones físicas alrededor de los tres ejes. Su amplitud es de aproximadamente 100 segundos de arco. Vista desde la Tierra, esto equivale a menos de 1 segundo de arco. Las libraciones físicas forzadas pueden predecirse a partir de la órbita y la forma de la Luna. Los periodos de las libraciones físicas libres también pueden predecirse, pero sus amplitudes y fases no.

liberación física

También llamada libración real, a diferencia de la libración óptica de tipo longitudinal, latitudinal y diurno, la orientación de la Luna presenta pequeñas oscilaciones de la dirección del polo en el espacio y rotación alrededor del polo.

Esta libración se puede diferenciar entre libración forzada y libre. La libración forzada es causada por las fuerzas que se ejercen durante la órbita de la Luna alrededor de la Tierra y el Sol, mientras que la libración libre representa oscilaciones que ocurren durante períodos de tiempo más prolongados.

Liberación física forzada

Luna llena en libraciones opuestas

Las leyes de Cassini establecen lo siguiente:

  1. La Luna gira uniformemente sobre su eje polar, manteniendo siempre un lado orientado hacia la Tierra.
  2. El plano ecuatorial de la Luna está inclinado con respecto al plano de la eclíptica y precesa uniformemente a lo largo de este último.
  3. El nodo descendente del ecuador en la eclíptica coincide con el nodo ascendente del plano orbital.

Además de la rotación uniforme y la precesión uniforme del plano ecuatorial, la Luna tiene pequeñas oscilaciones de orientación en el espacio alrededor de los tres ejes. Estas oscilaciones se llaman libraciones físicas. Aparte de la inclinación de 1,5427° entre el ecuador y la eclíptica, las oscilaciones tienen un tamaño aproximado de ±100 segundos de arco. Estas oscilaciones se pueden expresar con series trigonométricas que dependen de los momentos de inercia lunares A < B < C. [ 8 ] Las combinaciones sensibles son β = ( C – A ) / B y γ = ( B – A ) / C . La oscilación alrededor del eje polar es más sensible a γ y la dirección bidimensional del polo, incluida la inclinación de 1,5427°, es más sensible a β . En consecuencia, las mediciones precisas de las libraciones físicas proporcionan determinaciones precisas de β =6,31 × 10 −4 y γ =2,28 × 10 −4 . [ 9 ]

La colocación de tres retrorreflectores en la Luna por el experimento Lunar Laser Ranging y de dos retrorreflectores por los vehículos exploradores Lunokhod permitió la medición precisa de las libraciones físicas mediante la medición láser de distancias a la Luna.

Liberación física libre

Una libración física libre es similar a la solución de la ecuación reducida para ecuaciones diferenciales lineales. Los periodos de las libraciones libres se pueden calcular, pero sus amplitudes deben medirse. El sistema de medición láser lunar proporciona las determinaciones. Las dos libraciones libres más grandes fueron descubiertas por O. Calame. [ 10 ] [ 11 ] Los valores modernos son:

  • 1,3 segundos de arco con un período de rotación de 1056 días (2,9 años) alrededor del eje polar,
  • una oscilación elíptica del polo de 74,6 años de duración y de tamaño 8,18 × 3,31 segundos de arco, y
  • una rotación del polo en el espacio de 81 años que tiene un tamaño de 0,03 segundos de arco. [ 12 ]

El núcleo fluido puede generar un cuarto modo con un período de alrededor de cuatro siglos. [ 13 ] Se espera que las libraciones libres se amortigüen en tiempos muy cortos en comparación con la edad de la Luna. Por consiguiente, su existencia implica que debe haber uno o más mecanismos estimulantes.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Spudis, Paul D. (2004). "Luna" . World Book en la NASA . Archivado del original el 3 de julio de 2013. Recuperado el 27 de mayo de 2010 .
  2. 1 2 3 "Libraciones geométricas y físicas de la Luna" .
  3. ↑ "Fase lunar y libración, 2025" .
  4. 1 2 3 SVS, NASA (18 de agosto de 2021). "SVS: Fase lunar y libración, 2020" . Inicio - Estudio de Visualización Científica de la NASA . Consultado el 1 de junio de 2022 .
  5. 1 2 Jacqueline Bergeron, ed. (2013). Aspectos destacados de la astronomía: Presentados en la XXI Asamblea General de la IAU, 1991. Springer Science & Business Media. pág. 521. ISBN  978-9401128285.
  6. 1 2 3 Ratkowski, Rob; Foster, Jim (31 de mayo de 2014). "Liberación de la Luna" . Imagen del día de Ciencias de la Tierra .
  7. ↑ Stephen Pumfrey: Los mapas de la Luna de Harriot: Nuevas interpretaciones. Notes Rec. R. Soc. 63, 2009, doi:10.1098/rsnr.2008.0062 .
  8. ↑ Eckhardt, Donald H. (1981). "Teoría de la libración de la luna" . La Luna y los Planetas . 25 (1): 3– 49. Bibcode : 1981M & P....25....3E . doi : 10.1007/BF00911807 . ISSN 1573-0794 . S2CID 123650603 .  
  9. ^ Williams, James G.; Konopliv, Alexander S.; Boggs, Dale H.; Parque, Ryan S.; Yuan, Dah-Ning; Lemoine, Frank G.; Goossens, Sander; Mazarico, Erwan; Nimmo, Francisco; Weber, Renée C.; Asmar, Sami W. (2014). "Propiedades del interior lunar de la misión GRAIL: Propiedades del interior lunar" . Revista de investigación geofísica: planetas . 119 (7): 1546– 1578. doi : 10.1002/2013JE004559 . S2CID 7045590 . 
  10. ^ Calame, O. (1976). "Determinación de las libraciones libres de la Luna, de l'analyse des medidas de distancias por láser". Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, Série B (en francés). 282 (5): 133– 135. Código bibliográfico : 1976CRASB.282..133C .
  11. ↑ Calame, O. (1976). "Liberaciones libres de la Luna determinadas mediante un análisis de mediciones de alcance láser" . La Luna . 15 ( 3–4 ): 343–352 . Bibcode : 1976Moon...15..343C . doi : 10.1007/BF00562246 . S2CID 119505889 . 
  12. ↑ Rambaux, N; Williams, JG (2011). "Las libraciones físicas de la Luna y la determinación de sus modos libres" (PDF) . Mecánica celeste y astronomía dinámica . 109 (1): 85– 100. Bibcode : 2011CeMDA.109...85R . doi : 10.1007/s10569-010-9314-2 . S2CID 45209988 . 
  13. ↑ Viswanathan, V.; Rambaux, N; Fienga, A.; Laskar, J.; Gastineau, M. (2019). "Restricción observacional sobre el radio y el achatamiento del límite núcleo-manto lunar" . Geophysical Research Letters . 46 (13): 7295– 7303. arXiv : 1903.07205 . Bibcode : 2019GeoRL..46.7295V . doi : 10.1029/2019GL082677 . S2CID 119508748 . 
  • J. Derral Mulholland, Eric C. Silverberg (1972). "Medición de libraciones físicas mediante retroreflectores láser". Tierra, Luna y Planetas . 4 ( 1– 2): 155– 159. Bibcode : 1972Moon....4..155M . doi : 10.1007/BF00562923 . S2CID 122988376 . 
  • Moore, Sir Patrick (2003). Atlas del Universo de Philip . Prólogo de Sir Arnold Wolfendale . Philip's. ISBN 978-0-540-08707-5OCLC 51966591​​ 
  • La libración de la Luna (del sitio web educativo From Stargazers to Starships)
  • Imagen astronómica del día: 13 de noviembre de 2005 – animación en cámara rápida de la Luna a lo largo de un ciclo completo, alojada por la NASA.
  • Libración: 2 años en 2 segundos. Archivado el 7 de marzo de 2008 en Wayback Machine : 24 imágenes de la luna llena tomadas durante dos años, recopiladas en una animación (enlace en la página) que muestra la libración de la Luna y las variaciones en el diámetro aparente.
  • Observación de las zonas de libración lunar. Archivado el 9 de marzo de 2008 en Wayback Machine.