4b. Libración de la LunaUn observador en la Tierra puede ver un poco más de la mitad de la superficie de la Luna, gracias a procesos conocidos comos "libraciones." El término viene de "libra," que en latín significa balanza. Este es también el nombre de una constelación del Zodíaco, el cual, de acuerdo a los antiguos, se asemeja a una balanza, y lo que nosotros llamamos "pound" (unidad de peso en el sistema Inglés), también se llamaba "libra," de donde proviene la abreviación "lb". Las balanzas de dos platos pueden oscilar como un péndulo, hacia un lado y hacia otro a lo largo de su punto de equilibrio, y supuestamente la libración de la Luna asemeja dicho movimiento. En el punto de equilibrio el eje largo de la Luna apunta hacia la Tierra, y la libración temporalmente desplaza el extremo del eje que apunta a la Tierra hacia el norte, sur, este u oeste. Debido a que la totalidad de la Luna sigue dicho movimiento, las libraciones revelan un poco más de su superficie. En cualquier momento, tan solo la mitad de la superficie de la Luna es visible de la Tierra, pero la libraciones nos permiten "ver alrededor de las orillas." Con el tiempo, se puede observar hasta el 59%, aunque cerca de las orillas, donde la línea de visión es muy pronunciada, no se puede discernir mucho detalle. Actualmente los satélites lunares artificiales han mapeado la Luna con gran detalle, de manera que la cobertura extra de la libración no es importante. Pero antes de la era espacial, cuando a los astrónomos se les negaba cualquier vista de la parte trasera de la Luna, cualquier artificio para incrementar su cobertura era agradecida.
"Libración" es utilizada para cualquiera de los distintos efectos que nos permiten "ver alrededor de las orillas." Pero resulta que la mayoría de ellos no están asociados con ningún movimiento tipo péndulo del eje, sino que representan un desplazamiento en la dirección de observación. Existen tres dichas "libraciones geométricas":
En la disertación de las estaciones del a–o, se mostró cómo la inclinación de 23.5° del eje de la Tierra permite que el Sol brille sobre las capas polares, sobre áreas circulares sobre los polos, dándole luz solar 24 horas al día. El dibujo muestra cómo en Junio el Sol ilumina la capa polar boreal y en Diciembre (cuando la sobra y la iluminación se intercambian) ilumina la parte austral. De manera similar, con cada órbita lunar, la inclinación del eje de rotación de la Luna permite al observador en la Tierra ver hacias las regiones polares de la Luna--en un momento hacia el norte, y medio mes después hacia el sur. Debido a que la inclinación es mucho más peque–a (solo 6.5°), el área que así se revela es mucho más peque–a, pero aún y así, esto aumenta la cobertura de visión.
Entonces--despreciando la inclinación de 6.5° discutida en el punto #1 arriba--el eje de la Luna podría siempre apuntar directo a la Tierra, siempre mostrando el mismo rango de longitudes en la superficie de la Luna. Como la figura muestra, durante el tiempo que la Luna cubre 60° en su órbita, su cuerpo también ha rotado 60°. En el tiempo que le toma cubrir 120°, también ha rotado 120°, y así continuamente. El mismo eje de la Luna siempre apunta a la Tierra, y para cuando la línea Luna-Tierra ha rotado por completo 360° en el plano del dibujo (el plano orbital de la Luna), la Luna misma también ha rotado por completo 360°.
Ahora imagine que la Luna orbita a una velocidad constante, pero la rotación de la Luna alrededor de su eje variara --algunas veces acelerara, otras desacelerara, aunque en promedio concordara con el período orbital. Entonces cuando la rotación estuviera un poco adelantada de la línea de la Luna-Tierra, el observador vería un poco más de la parte trasera de la orilla de la Luna. Y cuando la rotación se atrasara un poco, los astrónomos podrían ver un poco más de la orilla frontal. No, esto no ocurre. La tasa de rotación de la Luna es muy estable. Sin embargo, el movimiento de orbitaje de la Luna no es estable--en algunas ocasiones avanza más rápidamente que el promedio, y algunas veces más lento. Es resultado es muy similar al ejemplo arriba mencionado de la rotación desigual, y ese es un segundo tipo de libración. El primero le permite ver a los astrónomos sobre los polos, mientras que este agrega longitudes, que son visibles desde los telescopios terrestres. Abajo están los detalles, los cuales se puede saltear si esto parece muy profundo para usted. La órbita actual de la Luna alrededor de la Tierra no es un círculo, sino una elipse, una figura ovalada (en este caso, no es una diferencia grande con respecto a un círculo), de acuerdo con la primera ley de Kepler del movimiento planetario (sección #10). Su distancia de la Tierra, por lo tanto, sube y baja ligeramente. Y de acuerdo a la segunda ley de Kepler (sección #12), la Luna se acelera cuando se acerca a la Tierra, y baja su velocidad cunado se retira.
Cuando incrementa su velocidad, la rotación de la línea Tierra-Luna alrededor de la Tierra (medida en grados por hora) es más rápida. La rotación de la Luna alrededor de su eje, como fue visto, se mantiene constante, y por lo tanto se retrasa de la rotación. El en dibujo abajo, la forma elíptica de la Luna está muy exagerada, para ejemplificar el argumento siguiente.
Si (como en el dibujo anterior) la Luna orbitara la Tierra en la misma proporción que su cuerpo rotara alrededor de su eje, la línea de la Tierra-Luna y el eje largo de la Luna concordaría, de acuerdo a la posición "A" en el diagrama. En realidad, si esta es la parte de la órbita más cercana a la Tierra, y la Luna avanzando a su mayor velocidad, ya hubiera llegado a la posición "B" --aunque su rotación sería al mismo tiempo una más apropiada a la de "A." Si esto pasara, el eje largo de la Luna haría un peque–o ángulo con la línea de la Tierra-Luna (de acuerdo al dibujo), permitiendo a los astrónomos observar más allá de la orilla occidental (oeste) de la parte lunar visible. ("este" y "oeste" son definidos con respecto a la Tierra, de manera que la orilla oeste es la que está más cercana al horizonte oeste del observador.) De manera similar, cuando el movimiento de la Luna es extra lento, para cuando la rotación de la Luna lo lleve a la orientación de la posición "A", el movimiento orbital tan solo ha logrado llegar a la posición "C." Ahora aparece un peque–o gajo adicional cerca de la orilla este. Mientras que el primer tipo de libración agrega a nuestra cobertura cerca de los polos de la Luna, este tipo incrementa la cobertura en la orillas este y oeste, aproximadamente 7.7 grados (de un total de 360).
Libraciones FísicasAdemás de los modos anteriores, también existen libraciones "físicas", cabeceos y bamboleos de la Luna reales tipo péndulo alrededor de su punto de equilibrio, como la cabeza unida a un resorte en uno de esos mu–ecos de "cabeza móvil", los cuales son populares como recuerdo.
El modo principal es el cabeceo de polo-a-polo y totaliza aproximadamente en un grado y medio. La oscilación logitudinal que se mueve de lado a lado, por otro parte, tiene una amplitud de tan solo un cuarto de minuto de arco, demasiado peque–a para ser medida con métodos ordinarios telescópicos. Sin embargo, puede ser revisado con bastante facilidad mediante se–ales láser que reboten de un conjunto de prismas reflejantes dejados en la Luna por los astronautas de las misiones Apolo 11, 14 y 15, parte del ALSEP, o "Apollo Lunar Surface Experiment Package, (Paquete Experimental Apolo de la Superficie Lunar)", o por el conjunto dejado allí por la nave robot Soviética Luna 21. Los resultados están en concordancia con la teoría de dichos movimientos, el cual fue expandido para cubrir movimientos que con anterioridad eran despreciados por ser inobservables.
Las lunas cuya rotación está "cerrada" o "en sincronía", o sea que siempre presentan la misma cara al cuerpo padre, son sorprendentemente comunes en el sistema solar, especialmente lunas interiores, cercanas al planeta. Los cuatro satélites "Galileanos" de Júpiter son síncronos, el volcánico Io, Europa, Ganímides y Calisto, todos descubiertos por Galileo. Las 5 lunas interiores de Saturno son similarmente síncronas, como lo es Iapeto, más distante, la misteriosa luna mitad luz y mitad sombra en el libro de Arthur Clarke "2001, Space Odyssey (2001, Odisea del Espacio)" que era la puerta a otro mundo. La rotación del planeta Mercurio está cerrada con respecto al Sol de una manera extra–a, teniendo tres rotaciones cada dos órbitas. Y la extra–a rotación de Venus, de este a oeste, contraria a la Tierra, y que pareciera estar cerrada a ella. El cerramiento parece imperfecto y puede ser accidental, pero el hecho de que cada vez que Venus está en su fase más cercana a la Tierra, se presenta con casi exactamente la misma cara. Venus está cubierta por densas nubes, y la Misión Magallanes que lleva un radar ha mapeado casi toda su superficie con gran detalle. Antes de eso, la herramienta principal para estudiar su superficie eran los radiotelescopios, operando como platos o antenas de radar para recibir las se–ales que rebotaban del planeta. Tan solo se podían obtener imágenes imperfectas, pero los astrónomos estaban frustrados al darse cuenta que en cada máxima aproximación, siempre se presentaba la misma cara.
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