Ilargiaren alde ezkutua

Azkargorta Aretxabala, Jon

Fisikan doktorea. Bilboko Ingeniaritza Goi Eskolako irakasle eta ikertzailea

EHU

Lurrak Eguzkiaren inguruan orbita bat osatzeko behar duen denbora-tarteari urtebete deritzogu. Lurrak bere ardatzaren inguruan biratzeko behar duen denbora-tarteari, aldiz, egun deritzogu. Urtebetean 365 egun inguru daude. Hori oso ezaguna da. Baina beti izan ote da horrela? Ilargiak, berriz, Lurraren inguruan orbita bat osatzen du, hilean behin, eta bere ardatzaren inguruan ere bira bat egiten du, hilean behin (27,32 egun). Biak berdinak dira!! Horren ondorioz, Ilargiak beti erakusten digu aurpegi bera. Zerura arreta pixka batez begiratzen badugu, beti ikusiko dugu alde hori: batzuetan, zati bat argiztatuta, eta bestea ilun... baina beti alde hori bera. Eguzkiak, ostera, Ilargiaren alde biak berdin argiztatzen edo 'ikusten' ditu, baina guk ez: gugana begira Ilargiaren alde berbera dago beti, argiztatuta dagoenean nahiz ez dagoenean.
Ilargiaren alde ezkutua
2008/04/01 | Azkargorta Aretxabala, Jon | Fisikan doktorea

(Argazkia: Artxibokoa)

Gizakia sortu aurretik ere existitzen zen Ilargia, eta betidanik liluratu izan gaitu, milaka urtetan, baina ez dugu sekula haren atzeko aldea ikusi.

1959. urtean sobietarrek Luna-3 misioa bidali zuten eta atzeko alde horri argazkiak ateratzea lortu zuten... oraindik ez dira bete 50 urte [1]. Esan bezala, Lurretik ezin da sekula ikusi Ilargiaren atzeko alde hori, argazki batean ez bada.

Printzipioz ez dago lotura fisikorik gorputz baten errotazioaren eta orbita baten iraupenen artean. Orduan, zergatik dira berdinak Ilargiaren 'egun' baten iraupena eta 'hil' baten iraupena? Kasualitatea al da? Ilargiaren kapritxoa?

Badago arrazoi bat, eta mareekin du zerikusia. Badakigu Lurrean itsasoak gora eta behera egiten duela egunean bi aldiz. Zergatia [2] artikuluan dago sakon azalduta, baina hemen laburpentxo bat egingo dut:

Ezkerrean, ikusten dugun Ilargiaren aldea. Ondoan, ikusten ez duguna, hau da, ezkutatzen duena; begira iezaiozu lasai eta patxadaz, ez baituzu sekula gaueko zeruan ikusiko.
NASA

Lurrak Ilargia erakartzen duen bezalaxe, Ilargiak ere Lurra erakartzen du. Baina Lurraren tamaina dela eta, Ilargitik hurbil dagoen aldeak erakarpen handiagoa sentitzen du erdikoak baino, eta itsasoa hurbildu egiten zaio Ilargiari. Bestalde, Ilargitik urruti dagoen aldeak erakarpen txikiagoa sentitzen du erdikoak baino, eta itsasoa urrundu egiten da Ilargitik. Horren ondorioz, Lurrak 'deformazioa' jasaten du: itsasgorako alde bi (G) eta itsasbeherako alde bi (B) daude aldi berean Lurrean (1 irudia).

Horri erantsi behar zaio Lurrak egunean behin errotatzen duela, eta horregatik dauzkagu itsasgora bi egunero, eta itsasbehera bi.

Ilargiak Lurrean mareak sortzen dituen bezalaxe, Lurrak Ilargian ere mareak sortzen ditu. Bale! Ilargian ez dago itsasorik baina gorputz solidoak ere deformatu egiten dira, ez likidoak adina, baina deformatu, deformatzen dira, gomazko pilota baten antzera. Ilargiak sortzen duen lur solidoaren deformazioa zentimetro gutxikoa da, eta gu geu ez gara horretaz ohartzen, baina sismografoek, esaterako, oso ondo detektatzen dituzte lur-mareak. Ba Ilargian ere, marea solidoak daude eta zoruak gora eta behera egiten du Ilargiak errotatzen duen bakoitzean; alegia, hilean bi aldiz.

Nola eragiten dion Lurrak Ilargiaren errotazioari

Lurra Ilargiak deformatua
deformazioa oso handituta dago, grafikoki nabarmendu dadin. Hurrengo orrietako grafikoetan ere bai
(Argazkia: G. Roa)

Ilargia erabat elastikoa balitz, Lurraren erakarpenari 'berehala' erantzungo lioke eta bere 'deformazioa' Lurrarekin lerrokatuta egongo litzateke, 2A irudian bezala. Baina unibertso osoan ez dago material erabat elastikorik, eta material solidoaren barne-marruskadurak eta inertziak eragiten dute Ilargiaren erantzuna geroxeago gertatzea, alegia atzerapen batez, 2B irudian bezala.

Ondorioa ikusgarria da (3 irudia): Lurrak Ilargia erakartzen duenean, A aldeko indarrak Ilargia erlojuaren orratzen aldera birarazteko joera du, eta B aldeko indarrak, ordea, Ilargia erlojuaren orratzen aurka biraraztekoa. A aldeko indarra zertxobait handiagoa da, Lurretik hurbilago dagoelako, eta horrek eragiten du Lurrak Ilargiari erlojuaren orratzen aldera biraraztea, edo bestela esanda, moteldu egiten du Ilargiaren errotazioa.

Moteltze horrek noiz arte irauten du? Ba Ilargiaren errotazioa apurka-apurka eta milaka urte luzetan moteltzen joan da, eta gaur egun oreka-posiziora iritsi da; alegia, posizio simetrikora, A puntua eta B puntua Lurraren norabidean bertan kokatuta egoteraino. Horregatik, Lurretik Ilargiaren A aldea soilik ikusten dugu, Lurrak aspalditik sinkronizatu edo 'geldiarazi' duelako Ilargiaren errotazioa.

Eguzki-sistemako satelite natural edo 'ilargi' gehienak, gure Ilargia bezala, sinkronizatuta daude; Marteren, Jupiterren, Saturnoren eta abarren sateliteek periodo berdina dute errotazioan eta planetaren inguruko orbitan [3].

Ilargia Lurrak deformatua. Ezkerrean erakusten da Ilargiak atzerapen batez erantzuten diola Lurraren erakarpenari. Eskuinean, Ilargia Lurrarekin sinkronizatzea eragiten duten indarrak.
G. Roa

Eguzkiak ere marea-indarrak sortzen ditu, eta haien eraginez Merkurioren eta Artizarraren errotazioak ez dira erabat sinkronizatu, baina nahikoa motelduta badaude, hurbilenekoak direlako. Gainontzeko planetak urruti daude, eta efektua ahulagoa da, baina egon badago.

Nola eragiten dion Ilargiak Lurraren errotazioari

Lurrak Ilargiaren errotazioa geldiarazi badu, logikoa da pentsatzea Ilargiak ere Lurrari antzeko efektua egingo diola. Egia da. Lurrak ez dio Ilargiari beti alde bera erakusten, hau da, Lurra ez dago 'sinkronizatuta', baina moteltzen ari da.

Lurraren masa Ilargiarena baino askoz handiagoa denez, Lurra 'geldiaraztera' iritsi arte denbora gehiago pasatu beharko da, baina horretan dihardu: Lurreko egun baten iraupena laburragoa zen iraganean, hau da, Lurrak bizkorrago biratzen zuen.

Ilargiak aurpegi bera erakusten dio beti Lurrari; Lurrak ez, ordea, Ilargiari.
ESA
Badaude denboran urruti joan diren ikerketa paleontologiko batzuk eta emaitza hori frogatzen dutenak [5]: esaterako, koral-fosilek ephiteka izeneko hazkunde-eraztunak edo geruzak dituzte. Zuhaitzen enborretan bezala, eraztun bakoitzak erakusten du zenbat hazi den korala urtebeteko zikloan. Ikerketa zehatzagoek erakutsi dute geruza bakoitzaren barruan beste geruza finago batzuk ere badaudela: hileroko geruzak dira, eta horien barruan beste geruza are finago batzuk daude. Geruza finenak eguneko hazkundearen adierazletzat hartu dira. Paleozoikoko Devoniar garaiko (duela 400 milioi urte) koral-fosilen urtebeteko geruza baten barruan zenbat geruza fin dagoen zenbatu da: 400 eraztun. Garai Karboniferoko (300 milioi urte) koral-fosilen urtebeteko eraztunaren barruan, aldiz, 380 geruza daude. Horrek esan nahi du Lurrak 400 bider biratzen zuela urtero Devoniar garaian, eta 380 bira egiten zituela urtero Karboniferoan. Norberak egin dezake kalkulu txiki bat, eta ikusi Devoniar garaian Lurreko egunak 22 ordu inguru irauten zuela, eta garai Karboniferoan, berriz, 23 ordu. Badakigu gaur egun 24 ordu inguru irauten duela.

Bestelako metodoekin ere emaitza bera egiaztatu da, hau da, Lurrak gero eta motelago errotatzen duela. Izan ere, erloju atomikoen zehaztasunarekin frogatu da egunak gero eta luzeago irauten duela: 2,3 milisegundo mende bakoitzean [4].

Elkarrengandik urrutiratzen

Aurreko atalean erakutsi den bezala, Lurrak Ilargiari eragiten dion efektu bera egiten dio Ilargiak Lurrari ere: errotazioa moteltzea. 4 irudiak erakusten ditu, ezkerrean, Lurra, eta Ilargiak Lurrari eragiten dizkion indarrak (A eta B). Bi indar horiek dira Lurraren errotazioa moteltzen ari direnak, aurreko atalean aipatu den bezala.

Lurrak Ilargia bezala, Ilargiak ere Lurraren errotazioa moteltzen du. Irudi honetan, hori eragiten duten indarrak ageri dira.
G. Roa

Bestalde, irudiaren eskumako aldeak Ilargia erakusten du, eta Lurraren bi zatiek Ilargiari eragiten dizkioten indarrak (A' eta B'); izan ere, indar bi horiek aurrekoen erreakzioak dira, justu berdinak baina aurkakoak.

Ilargiak jasaten dituen A' eta B' indarrek badute osagai bat (eta nagusia) Lurraren norabidean, baina badute beste osagai bat, norabide horrekiko perpendikularra. A' indarrak pixka bat gorantz egiten du, eta B' indarrak, beherantz, baina A' indarra zerbait handiagoa da Lurraren A aldea B aldea baino hurbilago dagoelako. Beraz, marea-indarren beste ondorio bat da Ilargiak azelerazio tangentziala duela ( a t ), edo abiadura handitzen ari zaiola. Abiadura handitzen bazaio, haren orbitaren indar zentrifugoa ere handitu egiten da, eta horrek eragiten du orbitaren erradioa handitzea. Hala, urteen poderioz, Ilargia Lurretik urrutiratzen ari da, eta haren 'hilabetea' gero eta luzeagoa da.

Fisikariek esaten dute energia ez dela ez sortzen, ez ezabatzen; alegia, kontserbatu egiten dela, baina mota batetik beste batera aldatuz: Lurraren eta Ilargiaren errotazioa moteltzen ari bada, energia zinetikoa galtzen arituko da; hala ere, energia hori energia potentzial bilakatzen ari da Ilargia eta Lurra elkarrengandik urrutiratzen diren heinean.

Izatez, Ilargiaren orbita ez da zirkulua ezta elipsea ere, espiral baten antzera handitzen ari da apurka-apurka. Neurketa zehatzek erakutsi dutenez, Ilargia urtero ia lau zentimetro ari da urrutiratzen [6].

(Argazkia: Artxibokoa)
Noiz arte iraungo du Lurraren errotazioaren moteltze horrek? Eta noiz arte egongo da Ilargia Lurretik urrutiratzen? Kalkuluek diote Ilargiak urrutiratzen segituko duela ehuneko hirurogei handitu arte gaur eguneko distantzia. Ordurako, Lurreko errotazioa motelduta egongo da, eta egunaren iraupena Ilargiaren hilabetearen berdina izango da, eta biak izango dira berrogeita hamabost egun ingurukoak [7] (esaldi horretako 'eguna' gaur egungo egunaren iraupena da). Une horretan, Lurraren deformazioa eta Ilargiarena simetrikoak izango dira bien arteko norabidearekiko, hau da, Ilargitik ikusita ere Lurrak beti erakutsiko du alde bera, eta beste aldea ezkutuan gordeko du, baina hori gertatu arte milaka milioi urte beharko dira.

Nola sortu zen, misterio bat oraindik
Denboran aurrera egin beharrean atzera egiten badugu, kalkuluek erakutsiko digute orain dela bi mila milioi urte Lurraren eta Ilargiaren arteko distantzia askoz txikiagoa zela, Lurraren erradioa baino zenbait bider luzeagoa. Kalkulu horrek zientzialarien galdera zahar bat berpizten du: zein da Ilargiaren jatorria?
Hainbat teoria ibili izan da Ilargiaren jatorria ulertzeko. Lehen teoria batek dio, Ilargia eta Lurra, biak, gorputz bat zirela eta Ilargia Lurretik banandu zela, Lurra bizkorregi biratzen ari zelako [8]. Teoria horrek azaltzen du zergatik duten Ilargitik ekarritako harriek eta Lurreko harriek antzinatasun geologiko berdintsua. Ilargiko harrien datazioak frogatu zuen 4.500 milioi urte inguru zeuzkatela, Lurreko harrien antzera; beraz, biek dute adin bera. Teoria horrek azaltzen du, baita ere, zergatik den Ilargiaren dentsitatea (3,3 g/cm 3 ) Lurraren gainazalaren dentsitatearen antzekoa, baina ez Lurraren nukleoarenaren antzekoa. Hala ere, teoria horrek baditu zenbait hutsune: oso errotazio bizkorra behar da Lurra horrela banatzeko (3 ordu ingurukoa) eta gainera Ilargiaren orbitaren planoa Lurraren ekuatorearen planotik hurbil geratuko litzateke, gainerako planeten satelite natural gehienak bezala (gehienez, 1º edo 2º), baina Ilargiaren orbitak oso inklinazio handia dauka ekuatorearekiko (24º inguru). Bestalde, Ilargiaren masa-proportzioa oso handia da Lurrarekiko (1:81). Eguzki-sistemako satelite natural guztiek oso masa-proportzio txikiak dituzte haien planetarekiko (1:10.000 inguru), eta Ilargiarena, izan ere, eguzki-sistemako handiena da.
Bigarren teoria batek dio Ilargia beste nonbait sortu zela, beste orbita bat egiten zuela Eguzkiaren inguruan, eta, Lurraren ondotik pasatzean, Lurraren grabitateak harrapatuta geratu zela, osorik edo zati bat behintzat [9]. Teoria horrek azaltzen du zergatik den Ilargiaren masa-proportzioa beste satelite naturalena baino askoz handiagoa, eta zergatik dituzten konposizio ezberdinak. Titanioa, vanadioa eta beste metal arin batzuk askoz ugariagoak dira Ilargiaren gainazalean Lurrean baino, eta, aldiz, burdina askoz eskasagoa da Lurrean baino. Teoria horrek azaltzen du, baita ere, zergatik duen Ilargiaren orbitak eliptikarekiko hain angelu txikia (5º inguru), Lurraren ekuatorearekiko baino askoz txikiagoa. Hala ere, teoria horrek ere hutsuneak ditu: ez da batere erraza gorputz bat espazioan harrapatzea, angelu eta distantzia oso zehatzak behar baitira eta denbora-tarte zehatz batean energia-galera handia behar baita. Beharbada Ilargia apurtu egingo zen Lurretik hurbil zegoenean, eta zati bat Lurrera erori eta bestea orbitan geratuko zen. Gertakari horren probabilitateak urriak dira, baina posible, izan, ba da.
(Argazkia: NASA)
Hirugarren teoria batek dio, espazioko eskualde berean edo oso hurbil sortu zirela biak batera, baina ez zirela elkartzera iritsi [10]. Teoria horrek saihestu egiten du zorizko harrapatzearen gertakizun probabilitate gutxiko hori, baina ez du azaltzen zergatik dituzten hain konposizio ezberdinak. Biak batera eta espazioko eskualde berean sortu balira, konposizio berdintsuak izan beharko lituzkete.
Gaur egun nagusitzen ari den teoria, laugarrena, aurrekoen konbinazio bat da; alegia, Marteren antzeko tamaina zeukan protoplaneta batek (Theia) talka bortitz bat jasan zuen protolurrarekin duela 4.500 milioi urte [11]. Talka izugarri horrek hondakin-multzo handia utzi zuen Lurraren inguruan eta, milioika urtean zehar, kondentsatzen joan ziren hondakin horiek Ilargia osatu arte. Horrek azaldu dezake zergatik den hain handia Ilargiaren masa Lurrarekin alderatuta, zergatik duen hain orbita inklinatua ekuatorearekiko eta ez hain inklinatua ekliptikarekiko, zergatik duen hain konposizio ezberdina eta zergatik duen Lurraren adinaren antzekoa. Hala ere, horrelako talka baten baldintzak oso zehatzak eta bereziak izan behar dute (bi planeten masak, abiadurak eta angeluak), eta azken xehetasuneraino ez badira zehazki betetzen, talkaren ondorioak oso bestelakoak izango dira: gorputz biak itsatsita gera daitezke, edo zati bat itsatsi eta besteak ihes egin dezake, edo, erakarri bai, baina talkarik egin gabe ihes egin dezake.
Kalkuluetan ez da zaila guk nahi ditugun ondorioak lortzeko talka aurreko baldintzak ezartzea. Horrela eredu matematikoek ia edozein gertaera simulatu eta errepika dezakete. Baina zein probabilitate dute baldintza guzti horiek aldi berean gertatzeko?
Egia esan, oraindik misterio ugari dabil Ilargiaren inguruan.
Erreferentziak:
[1] Barandiaran, M. eta Irazabalbeitia, I.
"Urrats txikia gizon batentzat...", Elhuyar Zientzia eta Teknika, 1989/11/01. http://www.zientzia.net/elhuyar.asp
[2] Susaeta, T.
"Marea gora, marea behera", Elhuyar Zientzia eta Teknika, 1999/02/01. http://www.zientzia.net/elhuyar.asp
[3] "Tidal locking", Wikipedia, the free encyclopedia. http://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_locking
[4] Ocean Tides and the Earth's Rotation, IERS Special Bureau for Tides http://bowie.gsfc.nasa.gov/ggfc/tides/intro.html
[5] Trefil, J.S.
Un científico a la orilla del mar , Editorial Planeta, 1989. 5 kapitulua, "La otra cara de la luna", 66-80 or.
[6] Measuring the Moon's Distance, Apollo Laser Ranging Experiments Yield Results, LPI Bulletin, 72. zk., 1994ko abuztua, http://sunearth.gsfc.nasa.gov/eclipse/SEhelp/ApolloLaser.html
[7] Gladman, B. et al.,
"Synchronous Locking of Tidally Evolving Satellites", Icarus 122: 166, (1996), 166-192 or.
[8] Binder,A.B.
"On the origin of the moon by rotational fission", The Moon, 11. alea, 1974ko iraila-urria, 53-76 or.
[9] Mitler,H.E.
"Formation of an iron-poor moon by partial capture, or: Yet another exotic theory of lunar origin", Icarus, 24. alea, 1975eko otsaila, 256-268 or.
[10] Stevenson,D.J.
"Origin of the moon - The collision hypothesis", Annual review of earth and planetary sciences, 15. alea (A88-18742 06-91), 1987, 271-315 or.
[11] Canup, R.; Asphaug, E.,
"Origin of the Moon in a giant impact near the end of the Earth's formation",
Nature 412 (2001): 708-712.
Azkargorta Aretxabala, Jon
3
241
2008
4
037
Sariak; Astronomia
Dosierra
14
Babesleak
Eusko Jaurlaritzako Industria, Merkataritza eta Turismo Saila