Si observas la Luna durante varias noches, sus marcas características parecen permanecer en el mismo lugar. Las mismas grandes zonas oscuras de las llanuras lunares miran hacia la Tierra, lo que puede hacer pensar que la Luna no gira. Pero sí lo hace: la Luna rota una vez sobre su eje por cada órbita alrededor de la Tierra. Esta sincronización, llamada acoplamiento por mareas, es la razón por la que vemos casi siempre el mismo hemisferio y no todas sus caras sucesivamente.
El hemisferio opuesto suele llamarse cara oculta. No permanece a oscuras. La luz del Sol llega a la mayor parte de la superficie lunar en distintos momentos del ciclo lunar, aunque algunos cráteres polares profundos permanecen en sombra perpetua. La geometría de la órbita de la Luna, su rotación y un pequeño bamboleo aparente ayudan a explicar lo que podemos ver.
Una rotación por cada órbita
La Luna tarda 27.32166 días en completar una rotación con respecto a las estrellas lejanas y 27.32166 días en completar una órbita alrededor de la Tierra. Como estos periodos coinciden, la misma cara general permanece orientada hacia nuestro planeta. Si la Luna no rotara, el cambio de su posición a lo largo de la órbita haría que pudiéramos ver distintas longitudes lunares. En cambio, gira de forma constante mientras se desplaza, acompasándose con su órbita.
Una comparación conocida consiste en dar una vuelta alrededor de una persona sin dejar de mirarla de frente. Hay que girar una vez durante el recorrido, aunque la persona que te mira vea siempre el mismo lado de tu cabeza. El giro de la Luna resulta menos evidente porque desde la Tierra no hay ningún punto de referencia que permita percibir fácilmente su rotación de una noche a otra.
El periodo de rotación de 27.32166 días no es el intervalo entre una luna llena y la siguiente. Ese ciclo de fases dura 29.53059 días porque, mientras la Luna orbita la Tierra, el sistema Tierra-Luna también se desplaza alrededor del Sol. Tras completar una órbita, la Luna debe recorrer un poco más para volver a la misma alineación con el Sol y la Tierra. La guía sobre las fases de la Luna explica cómo los cambios en los ángulos entre el Sol, la Tierra y la Luna producen las fases que vemos.
Cómo las fuerzas de marea sincronizaron la Luna
El acoplamiento por mareas es el resultado de la acción de la gravedad sobre un cuerpo en rotación a lo largo del tiempo. La gravedad terrestre tira con más fuerza del lado de la Luna más cercano a la Tierra que del lado opuesto. Esta diferencia estira ligeramente la Luna y provoca una deformación de marea. Cuando la rotación de la Luna y su órbita aún no estaban sincronizadas, la deformación no quedaba perfectamente alineada con la dirección Tierra-Luna. El consiguiente par gravitatorio modificó el giro de la Luna, mientras que la fricción interna disipaba energía de rotación.
Con el tiempo, estos efectos ralentizaron la rotación lunar hasta que una vuelta sobre su eje pasó a durar lo mismo que una órbita. En ese estado sincronizado, la deformación de marea permanece casi alineada con la Tierra, por lo que el par periódico que modificaba la rotación se vuelve mucho menor. El acoplamiento por mareas no es una fuerza especial que mantenga inmóvil una de las caras; es un estado estable que resulta de la rotación, la gravedad y la pérdida de energía.
Los efectos de marea siguen siendo importantes en el sistema Tierra-Luna. La Luna se aleja de la Tierra a un ritmo de unos 3.8 cm al año, como consecuencia de las interacciones de marea que transfieren momento angular a través del sistema. Este movimiento no se aprecia en una sola observación, pero está relacionado con la rotación sincronizada de la Luna y con un intercambio continuo entre la órbita y la rotación.
La cara oculta no es una cara oscura
La cara oculta es simplemente el hemisferio orientado en dirección opuesta a la Tierra. Recibe la luz solar, igual que la cara visible, mientras la Luna orbita nuestro planeta. En luna llena, la cara visible está iluminada y la cara oculta queda orientada, en su mayor parte, en dirección opuesta al Sol; en luna nueva, la cara oculta está iluminada, mientras que la cara visible permanece, en su mayor parte, a oscuras. El ciclo se invierte a medida que la Luna pasa por sus fases.
Hay una salvedad importante: no todos los lugares de la Luna alternan entre la luz del Sol y la oscuridad. Cerca de los polos, el Sol se mantiene bajo sobre el horizonte. Algunos fondos de cráteres profundos están tan protegidos por sus bordes que nunca reciben luz solar, por lo que quedan en regiones permanentemente en sombra. Estos lugares excepcionales se deben al relieve local y al bajo ángulo del Sol, no a que estén en la cara oculta.
Por tanto, la expresión «cara oscura de la Luna» puede llevar a confusión. A veces se usa informalmente para referirse a la cara oculta, pero no describe un hemisferio que nunca reciba luz solar. Para ver cómo cambian las fechas y horas de las fases a lo largo del ciclo, consulta el calendario mensual de las fases de la Luna.
Un pequeño bamboleo permite ver más superficie
Con el tiempo, desde la Tierra no vemos exactamente la mitad de la Luna. La órbita lunar es ligeramente elíptica, por lo que su velocidad orbital cambia: se desplaza más rápido cuando está más cerca de la Tierra y más despacio cuando está más lejos. Su velocidad de rotación se mantiene prácticamente constante, así que los cambios en la velocidad orbital hacen que la Luna parezca oscilar ligeramente de un lado a otro. Este movimiento aparente se llama libración en longitud.
La libración en latitud tiene otro origen. El eje de rotación de la Luna está inclinado 1.54 grados con respecto a la eclíptica, y su órbita está inclinada 5.14 grados con respecto a la eclíptica. En conjunto, estos ángulos permiten a los observadores ver un poco más allá del polo norte o sur lunar en distintos puntos de la órbita. La distancia a la Luna y la ubicación del observador en la Tierra también influyen ligeramente en la vista.
La libración no permite ver toda la cara oculta de una vez. Con el paso del tiempo, deja que los observadores atisben más allá del borde aparente. En total, desde la Tierra puede verse en algún momento alrededor del 59 % de la superficie lunar, aunque en un instante dado no se ve más de aproximadamente la mitad. Esta lenta revelación explica por qué los mapas detallados de la superficie lunar abarcan zonas que van más allá de la cara que aparece centrada en una vista habitual.
Qué observar desde la Tierra
Una forma útil de observar este efecto consiste en comparar en distintas fechas algún rasgo reconocible cerca del borde de la Luna. La libración desplaza el limbo aparente, así que un cráter o una llanura oscura próximos al borde pueden parecer más expuestos en una fecha que en otra. Sin un telescopio o unos prismáticos, el cambio es sutil, y la orientación cambiante de la Luna en el cielo también puede dificultar las comparaciones. Fíjate en el mismo rasgo y compara imágenes tomadas en fases similares.
La vista depende tanto de dónde te encuentres en la Tierra como del momento en que observes. Un panel lunar de la ciudad ofrece información local sobre la fase y la iluminación, la salida y la puesta de la Luna, la altura y el acimut, la distancia y las condiciones del cielo y del tiempo. Para planificar la observación, la guía sobre el mejor momento para ver la Luna explica cómo influyen la fase y las condiciones locales en las horas en que está sobre el horizonte. La rotación sincronizada de la Luna explica por qué su cara conocida siempre nos mira; la libración ofrece a los observadores pacientes una vista cambiante de lo que hay justo más allá.