| |
|
 |
EFECTOS DE LAS FUERZAS
DE MAREA I. Rotación síncrona de satélites y calentamiento por marea |
 |
|
|
|
| |
|
Aunque las fuerzas de marea se
llaman así por ser
responsables de las
mareas oceánicas, son un fenómeno gravitatorio general. La
interacción gravitatoria entre dos cuerpos celestes
conlleva una diferencia en la intensidad
de la fuerza gravitatoria entre el extremo cercano y el
lejano, a la que
denominamos fuerza de marea (concepto y
cálculo estimado de su valor en la Tierra en
este
documento) |
|
|
 |
|
Suponiendo que
ambos cuerpos tengan inicialmente forma
esférica, la fuerza de marea entre ambos tiende
a distorsionarlos, convirtiéndoles en
elipsoides. Recíprocamente, las distorsiones
generadas en cada cuerpo, afectan a los
parámetros orbitales del otro y el sistema ha de
evolucionar hasta que se
establezca una condición de estabilidad mutua.
Por ello, las fuerzas de marea son
responsables de muchos de fenómenos
astronómicos y/o astrofísicos. |
|
|
|
|
Rotación síncrona de satélites |
|
|
|
Un satélite tiene rotación síncrona cuando
su periodo de rotación alrededor de un eje propio
coincide con el traslación orbital alrededor del planeta. Además de la Luna, se
sabe que otros 22 satélites del Sistema Solar tienen
rotación síncrona. Algunos de ellos son Phobos y
Deimos con Marte; o Amalthea, Io, Europa, Ganymede y
Callisto con Júpiter. Además, se sospecha que otros 7
satélites rotan de la misma manera: Thebe (Júpiter), Prometheus, Pandora, Calypso y Titan (Saturno), etc. La
rotación síncrona se alcanza mediante un proceso
natural llamado acoplamiento de marea. |
|
|
 |
|
Para
entender dicho proceso, podemos suponer la situación inicial
que ilustra la figura adjunta, en donde el
satélite, debido a las fuerzas de marea, tiene
forma de elipsiode. Entonces se ejerce una
atracción gravitatoria extra sobre la zona
abultada o, más precisamente, actúa un par de fuerzas
entre el planeta y el satélite. Dicho par
propicia la evolución del sistema hacia la
configuración de mínima energía que se obtiene
al
alinear el eje mayor del satélite con el
planeta. Mientras se mantenga dicha configuración, la
zona abultada del satélite siempre mira hacia el planeta, lo
que implica tener una rotación síncrona. |
|
|
|
|
El
ejemplo más conocido de rotación síncrona
es el de la Luna. Se cree que en
los instantes iniciales, tras la
formación del sistema Tierra-Luna (hace
unos 4.000 millones de años), nuestro
satélite giraba mucho más rápidamente de
como lo hace hoy. La Luna seguramente no
era perfectamente esférica, sino
algo más alargada en una
dirección. Las fuerzas de marea sobre
ella acentuaron este alargamiento
contribuyendo a que la Luna (entonces
más caliente y "blanda") se estirase
progresivamente. Una vez enfriada, el
sistema Tierra-Luna evolucionó hacia la
configuración de mínima energía,
propiciando la sincronización de la
rotación de nuestro satélite con su
movimiento orbital hace unos
mil millones de años. |
| |
|
¿Por qué vemos siempre esta cara de la
Luna? Artículo del
Dr.
D. Rafael Bachiller
(05/04/2011) |
|
|
 |
|
|
|
|
El hecho de
que la rotación síncrona pueda ser el estado
de mínima energía de un sistema planeta-satélite, no implica necesariamente que
los parámetros de la órbita del segundo sean estables. |
|
|
 |
|
De hecho,
en el sistema Tierra-Luna, la acción de las
fuerzas de marea oceánicas sobre la Tierra están
modificando el periodo de rotación de la Tierra
y la órbita de la Luna. Como la Tierra
también rota alrededor de un eje propio y su
periodo de rotación es mayor que el periodo
orbital de la Luna, la masa de agua que se
abulta en la Tierra se ve arrastrada por esta
rotación terrestre y se adelanta a la posición
de la Luna (dibujo adjunto). Ello provoca una atracción gravitatoria extra en
la dirección perpendicular a dicho eje, que
empuja hacia atrás al abultamiento. El
par de fuerzas entre la Tierra y
la Luna está decelerando la rotación
de la Tierra y acelerando a nuestro satélite en su órbita. De
acuerdo con la
tercera ley de Kepler, esto implica que
el radio orbital
de nuestro satélite también está aumentando gradualmente.
Como consecuencia de ello, los días se van alargando progresivamente,
aproximadamente 1.4 milisegundos por siglo (el valor parece
insignificante, pero implica que en los últimos 1500 años la
diferencia de tiempo acumulado es de unas dos horas) y
la órbita de la Luna se está alejando (el
radio orbital aumenta aproximadamente 3.8 metros por
siglo), lo que finalmente conducirá a la
desaparición de los eclipses solares totales. |
|
|
|
|
Calentamiento
por marea |
|
|
|
Las fuerzas de
marea pueden calentar internamente cuerpos celestes,
como planetas y satélites.
Así, por ejemplo, en el Sistema Solar, se calcula que la
cantidad de energía mecánica que se transforma en calor
a causa de la fricción por mareas, representa el 0.85%
de su energía actual. |
| |
|
 |
|
El caso más
notable de calentamiento por marea es el del satélite más interno de Júpiter,
Io. Io es el
cuerpo conocido más volcánico de todo el
Universo, posee abundantes cráteres y en su
interior se alcanzan temperaturas del orden de
2000K. Las variaciones en la fuerza de
atracción de Júpiter, debidas a la excentricidad
de la órbita de Io, alteran significativamente
su abultamiento por marea (hasta 100m de
diferencia de altura), lo que, junto con la
rotación de Io sobre su propio eje, genera
intensas fricciones en su interior, que está
parcialmente fundido. Todo ello contribuye a
que Io tenga una actividad volcánica muy
intensa, que produce ríos de lava, pozos
volcánicos, y plumas de azufre y dióxido de
azufre, que son lanzadas a cientos de kilómetros
de altura. Se ha predicho la existencia de más
de 400 volcanes en este satélite de Júpiter, de
los cuales ya se han observado más de 150
activos en las misiones espaciales de los
programas Voyager, Galileo, Cassini y New
Horizons, además de en distintos observatorios
astronómicos terrestres. |
|
|
|
|
Otro caso interesante
es el de Encélado, una pequeña luna de Saturno,
descubierta en 1789 por
Herschel (1728-1832).
Encélado saltó a la actualidad en 2006 cuando la sonda
Cassini detectó unos espectaculares géiseres emergiendo
de su superficie. Estudios posteriores sugirieron que
los géiseres podrían emerger de océanos líquidos,
posiblemente efervescentes, escondidos bajo una corteza
de unos 40 kilómetros de espesor. Nuevos datos,
recopilados en 2014 por la sonda Cassini, han confirmado
la existencia de este mar subterráneo. |
|
|
|
La explicación
más plausible acerca del mecanismo físico capaz
de calentar así el subsuelo de Éncélado, procede
de las enormes fuerzas de marea ejercidas por
Saturno sobre esta luna. Como consecuencia, el
subsuelo de Encélado reúne tres ingredientes que
son indispensables para que pueda surgir la
vida: agua líquida, compuestos orgánicos y una
fuente de energía (el volcanismo). De hecho, en
algunas regiones del planeta Tierra sometidas a
condiciones similares, hay organismos que
sobreviven sin mayores problemas.
Hace tan solo
unos años, Encélado era una luna desprovista de
interés. Hoy es uno de los candidatos
prioritarios para la búsqueda de vida
extraterrestre. |
|
 |
|
|
|
|
|
| |
|
|
|