En el vídeo de hoy utilizo parte del galio de mi colección de elementos químicos para que un bate de aluminio se rompa al golpear un melón. ¡Espero que os guste!
Antes de nada, creo que es mejor que aclare a qué viene el título del artículo. Resulta que existe un fenómeno llamado «acoplamiento de marea» que tiene lugar cuando un cuerpo celeste tarda el mismo tiempo en dar una vuelta alrededor de otro que en completar una rotación sobre sí mismo. Eso es precisamente lo que le ocurre a la Luna, que tarda 27,3 días tanto en dar una vuelta alrededor de la Tierra como en completar una rotación y, como resultado, siempre vemos la misma cara nuestro satélite (expliqué por qué la Luna sigue esta órbita en esta otra entada).
Por tanto, el tema que quiero abordar hoy es qué pasaría si la Tierra llegara a una situación de acoplamiento gravitatorio con el sol y, por tanto, tardara lo mismo en completar una órbita que en girar una vez sobre su propio eje… O, lo que es lo mismo, si un día durara tanto como un año. Y, a su vez, este planteamiento equivale a la pregunta que me envió Pol Amunategi: ¿cómo sería la Tierra si la misma cara de nuestro planeta apuntara siempre hacia el sol?
O sea, esto:
Así que al turrón.
El acoplamiento de marea es un fenómeno bastante común que afecta a varios satélites de nuestro sistema solar (como Europa, Ganímedes o Tritón) e incluso existe un caso de acoplamiento doble entre Plutón y Caronte en el que el planeta enano y su principal satélite siempre se muestran la misma cara mutuamente, como podéis ver en esta animación:
Pero el acoplamiento de marea es un fenómeno que no está limitado a los satélites, ya que es posible que una gran cantidad de exoplanetas estén acoplados a sus estrellas, en especial los que tienen órbitas más cerradas. En estos mundos acoplados, la mitad de la superficie está expuesta a la luz de su estrella de manera permanente y la otra mitad está sumida en una noche eterna.
Pues, nada, voy a llamar a Elon Musk, porque justo acabo de empezar una start-up de venta interestelar de persianas y creo que he encontrado el tipo de planeta idóneo al que vender el concepto.
No tan rápido, voz cursiva, porque es posible que la atmósfera de muchos de estos planetas no sea demasiado compatible con la vida entrepreneur-friendly.
En primer lugar, la diferencia entre la temperatura de las dos caras de un planeta acoplado a su estrella puede ser tremenda. Para hacernos una idea del efecto que tiene la exposición prolongada a la luz o a la oscuridad en el espacio, basta con levantar la vista hacia la Luna: aunque nuestro satélite no está acoplado al sol, su superficie alcanza temperaturas de hasta 120ºC cuando está iluminada y se desploma hasta los -263ºC en el fondo de los cráteres polares, donde no llega la luz solar.
En un planeta sometido a los efectos del acoplamiento de marea que, como la Luna, no tuviera atmósfera, el escenario sería así de sencillo y hostil para la vida… Pero el panorama se complica un poco cuando el planeta en cuestión está rodeado de aire.
La atmósfera juega un papel clave en la regulación de la temperatura de un mundo acoplado a su estrella porque el aire caliente de la cara iluminada puede a moverse hacia la cara fría y viceversa, reduciendo la diferencia de temperatura entre las dos mitades del planeta. Un ejemplo extremo de este fenómeno se ha observado en HD 189733b, un gigante gaseoso acoplado a su estrella en el que la temperatura de la cara iluminada supera los 1.000ºC, lo que produce vientos que circulan a velocidades de hasta 8.700 km/h hacia la cara oscura.
Ufff, qué palo… ¿Y ahora cómo le digo a Elon que olvide lo del negocio de las persianas? Es una pena, porque parecía muy entusiasmado.
Bueno, no todos los planetas acoplados a sus estrellas son así, voz cursiva. HD 189733b es un caso muy extremo y los efectos del acoplamiento de marea sobre la atmósfera de un planeta rocoso son más complejos que en un gigante gaseoso, porque, además de su tamaño, su distancia a la estrella y su velocidad de rotación, hay otros factores que intervienen en su clima, como su topografía, la presencia de océanos o la composición de su superficie y su atmósfera.
Pero hay un fenómeno en concreto que puede evitar que un mundo rocoso que esté acoplado a su estrella termine asolado por vientos huracanados: el efecto Coriolis.
Hablé con más detalle sobre este efecto en esta entrada extremadamente antigua, pero, en resumidas cuentas, es un fenómeno provocado por la propia rotación del planeta: los puntos cercanos al ecuador se mueven más deprisa alrededor del eje de rotación que las regiones polares y este movimiento diferencial arrastra la atmósfera a velocidades distintas según la latitud, haciendo que el viento sople en una dirección predominante en cada una de ellas. En el caso de la Tierra, las corrientes dominantes tienen esta pinta en cada latitud:
(Fuente)
El efecto Coriolis tiene una gran influencia sobre nuestro clima y, de hecho, si la Tierra rotara lo bastante despacio como para que este fenómeno desapareciera, entonces los patrones climáticos serían mucho más simples porque el aire caliente de la franja ecuatorial se limitaría a fluir hacia las regiones polares frías y el aire frío se desplazaría hasta las regiones calientes, dando lugar a un planeta donde los vientos siempre soplarían de norte a sur (o al revés).
Por tanto, en el caso de un planeta acoplado a su estrella que rote muy despacio, el efecto Coriolis será casi inexistente y su clima estará dominado por un flujo de aire que se esparcirá de manera radial desde la cara iluminada y caliente hacia la cara oscura y fría. Algo así, vaya:
Pero, si el planeta acoplado en cuestión gira muy deprisa o es muy grande (dos factores que intensifican el efecto Coriolis), el arrastre lateral de la atmósfera que genera su rotación produce un patrón climático mucho más difícil de predecir, como el de la Tierra.
Por ejemplo, los autores de este artículo llevaron a cabo varias simulaciones con las que analizaron cómo se comportaba la atmósfera de planetas con diferentes tamaños (de 1 a 2 radios terrestres) y distintos periodos de rotación (de 1 a 100 días) que estaban acoplados a estrellas enanas rojas. Sus resultados sugieren que, en los planetas con un periodo de rotación de entre 12 y 100 días, en los que el efecto Coriolis es más débil, el calor fluye con facilidad de una cara a otra y la temperatura de la cara iluminada incluso puede llegar a bajar lo suficiente como para permitir la existencia de agua líquida.
Ahora bien, los planetas simulados que tenían un periodo de rotación inferior a 12 días podían adoptar una de las siguientes tres configuraciones climáticas:
- La parte alta de la atmósfera entra en estado de súper-rotación (o sea, que da vueltas alrededor del planeta más rápido de lo que este rota sobre sí mismo, como le ocurre a Venus) e impide que el aire de la parte baja ascienda y circule. En este caso, la superficie de la cara iluminada se calienta por encima del punto de evaporación del agua y el planeta deja de ser habitable.
- La parte alta de la atmósfera desarrolla corrientes lentas en latitudes más altas que posibilitan la circulación del aire entre las dos caras del planeta e igualan un poco sus temperaturas, llegando a permitir la existencia de agua líquida en la cara iluminada y volviéndola habitable.
- Los planetas con un diámetro 2 veces superior al de la Tierra y un periodo de rotación inferior a 5 días pueden llegar a desarrollar unas oscilaciones atmosféricas que terminan formando un estado climático intermedio, pero aún habitable.
Por otro lado, los planetas más grandes de estas simulaciones tienden a tener unas diferencias mayores de temperatura entre sus dos caras, pero su temperatura media es más baja que la de los pequeños, debido a que su cara oscura irradia calor al espacio más deprisa y enfría la atmósfera de manera más eficiente. El efecto de la velocidad de rotación y el tamaño de los planetas sobre su temperatura aparece representado en estos tres gráficos:
(Fuente)
Pero aquí no acaba la cosa, porque la presencia de océanos en un mundo acoplado a su estrella puede ayudar aún a igualar más la temperatura de sus dos caras. Como se comenta en este otro estudio, el estado de estos océanos dependería de varios factores, como la intensidad de la radiación de la estrella, los patrones de circulación del calor en la atmósfera y la concentración de gases de efecto invernadero, pero un factor crítico sería la distribución de los continentes: si los océanos de dicho planeta estuvieran conectados entre ellos, como ocurre en la Tierra, entonces el agua caliente podría circular hacia la cara oscura del planeta con más facilidad y mantenerla libre de hielo, mejorando aún más las condiciones de habitabilidad del planeta. En cambio, en un planeta acoplado con una circulación atmosférica y oceánica deficiente, el agua de la cara oscura permanecería permanentemente congelada.
Vale, vale, ya me ha quedado más o menos claro el rollo que se gastan los planetas acoplados.. Entonces, ¿cómo sería la Tierra si entrara en una configuración de acoplamiento gravitatorio con el sol?
Es una pregunta muy difícil de responder, voz cursiva, pero podemos especular un poco en base a lo que hemos visto hasta ahora sobre planetas acoplados a estrellas enanas rojas. Pero, insisto, esto es pura especulación.
En este escenario, la Tierra tardaría el mismo tiempo en completar una rotación sobre su eje que en dar una vuelta alrededor del sol: el equivalente a 365 días. El efecto Coriolis producido por una rotación tan lenta sería casi inexistente y la atmósfera del planeta seguramente entraría en el régimen climático en el que el aire caliente fluiría de la cara iluminada a la oscura (y el aire frío seguiría el camino opuesto) de manera radial, sin desarrollar patrones muy complejos.
La velocidad de los vientos que producirían estas corrientes de aire es difícil de cuantificar, porque, al menos en parte, dependería de lo dispares que fueran las temperaturas de cada cara del planeta: cuanto más fría estuviera la cara oscura, más se comprimiría su atmósfera y menor sería su presión, así que «succionaría» el aire caliente de la cara iluminada con más fuerza y produciría vientos más intensos. Si nos remitimos al último gráfico, la circulación atmosférica de un mundo con un diámetro similar al de la Tierra y un periodo de rotación superior a 100 días rebajaría la diferencia de temperatura entre las dos caras del planeta a unos razonables 30ºC, aunque la temperatura media del planeta podría superar los 50ºC, lo que indica que la temperatura de la cara iluminada podría ser demasiado alta como para que fuera habitable… O al menos para que fuera cómodamente habitable.
Ahora bien, si tenemos en cuenta el efecto regulador de los océanos (algo que no se considera en el gráfico), el agua podría ayudar a transportar parte de ese calor excesivo de la cara iluminada a la oscura, reduciendo la diferencia entre la temperatura de las dos y refrescando un poco la mitad eternamente diurna del planeta. De hecho, si la temperatura de las dos caras se igualara lo suficiente y, por tanto, también su presión, incluso sería posible que la superficie de la Tierra no estuviera constantemente azotada por vientos huracanados.
Aun así, también es cierto que no se necesitan diferencias de presión muy altas para provocar vientos de cientos de kilómetros por hora. Para hacernos una idea del efecto de la presión sobre el viento, durante el huracán Wilma de 2005, la presión atmosférica de la zona bajó hasta los 882 milibares, lo que representa sólo un 10% menos que la presión normal, de 1.013 milibares. Pues bien, resulta que esta pequeña diferencia de presión produjo vientos que alcanzaron velocidades de casi 300 km/h.
O sea, que, pese a todo, es posible que una Tierra acoplada al sol fuera un lugar mucho más ventoso que el planeta al que estamos acostumbrados, particularmente en la frontera entre la cara oscura y la cara iluminada… Y eso es una pena, porque esa región posiblemente tendría una temperatura intermedia y, además, estaría atrapada en una puesta/salida de sol eterna.
Bueno, mira, no pinta tan mal el panorama. Entonces, ¿hay alguna posibilidad de que la Tierra se acople al sol en un futuro y no tenga que descartar la genial idea del negocio de las persianas?
Pues no, voz cursiva, puedes tirar esa idea a la basura, porque a lo máximo que puede aspirar nuestro planeta es a llegar a una situación de doble acoplamiento con la Luna (como el caso de Plutón y Caronte), pero nunca a acoplarse con el sol. Aún así, nuestra estrella agotará su combustible mucho antes de que eso ocurra y se hinchará cada vez más hasta que engulla nuestro planeta. Y entonces no habrá persianas que nos puedan proteger del sol, por mucho que las diseñe Elon Musk.
En el vídeo de hoy hablo de minerales (para variar) y, en concreto, explico cómo distinguir unos minerales de otros por su dureza en la escala de Mohs… Y, de paso, utilizo este método para comprobar si unas joyas que compré por internet son falsas.
¡Espero que os guste!
En la última entrada que publiqué estuve comentando que la intensidad de la gravedad no es constante por toda la superficie de la Tierra y que, por este motivo, nuestro peso puede variar hasta un 0,7% cuando viajamos (estoy ignorando los efectos obvios de comer y descomer, por supuesto). Para que os hagáis una idea, en el siguiente mapa aparecen representadas las regiones del planeta en las que la gravedad es más intensa (rojo) y menos intensa (azul).
(Fuente)
Ahora bien, aunque comenté el fenómeno por encima y en este otro artículo hablé de sus consecuencias sobre el nivel del mar, no expliqué cuál es la causa de estas diferencias en la gravedad de la superficie de nuestro planeta… Así que a eso vengo hoy.
Empecemos.
Ya hemos visto otras veces que la intensidad de la fuerza gravitatoria que aparece entre dos objetos depende de la masa cada uno y de la distancia que los separa. Además, la gravedad es una fuerza que no sólo se manifiesta entre los cuerpos celestes, sino que aparece entre cualquier par de cuerpos con masa: una persona siempre ejerce una pequeña atracción gravitatoria sobre los demás y la gravedad de una montaña tira de los árboles que están al otro lado del valle, por poner un par de ejemplos (aunque en los dos casos se trata de una fuerza tan minúscula que es imperceptible, así que no nos flipemos).
De hecho, incluso diferentes partes de una misma masa se influyen entre ellas con su gravedad. Por tanto, igual que la gravedad de nuestro páncreas atrae ligeramente nuestro bazo y viceversa, diferentes regiones del interior de nuestro propio planeta tiran de nosotros con una fuerza distinta en función de la masa que contenga cada una y la distancia a la que se encuentre (como explicaba, más o menos, en esta otra entrada).
Y esa es la clave para entender por qué la gravedad de la superficie varía de un lugar a otro.
Si la Tierra no rotase, fuera perfectamente esférica y los materiales que componen sus diferentes capas fueran uniformes y estuvieran repartidos de manera simétrica por todo su volumen, entonces todos los puntos del planeta ejercerían exactamente la misma atracción gravitatoria sobre los demás y el campo gravitatorio de la Tierra sería uniforme por toda la superficie. Pero, para variar, nuestro mundo no es tan simple.
Lo primero que hay que tener en cuenta es que la densidad del material que hay bajo la superficie (y, por tanto, la cantidad de masa que tira de nosotros en cada lugar) cambia a lo largo del volumen del planeta. Por ejemplo, como la corteza oceánica es más densa que la continental, la gente que vive en las regiones de la superficie en las que la corteza oceánica ha sido sepultada bajo el suelo por la actividad tectónica podría experimentar una gravedad un poco más intensa, ya que tendrían una mayor cantidad de masa bajo sus pies.
Pero existen otras irregularidades en la densidad del manto de la Tierra que también producen el mismo efecto. Por ejemplo, a veces el calor del núcleo terrestre calienta la base del manto lo suficiente como para que el material que está en contacto con él empiece a «ascender» hacia la superficie. Estas gigantescas masas de material caliente son menos densas que la roca más fría que las rodea y, por tanto, su influencia gravitatoria sobre los puntos de la superficie que tienen encima es menor.
Regiones del manto terrestre que densidad una densidad distinta (color más oscuro = densidad mayor). (Fuente)
Por otro lado, como hemos visto, la gravedad también depende de la distancia que separa dos objetos.
La Tierra no es una esfera perfecta y, de hecho, el diámetro polar de nuestro planeta es 42 kilómetros menor que el diámetro ecuatorial, lo que significa que la superficie de los polos está 21 kilómetros más cerca del centro del planeta que la del ecuador. Por tanto, como la superficie de las regiones polares está más cerca del núcleo terrestre, la gravedad en estos lugares tiende a ser mayor.
Además, como la Tierra está rotando, las regiones ecuatoriales experimentan una aceleración centrífuga en dirección contraria a la gravedad (o centrípeta, si nos ponemos tiquismiquis) que puede hacer que la intensidad gravitatoria en su superficie sea hasta un 0,3% menor que la de los polos.
No sé yo, eh. Estaba mirando el mapa de la primera imagen que has colgado y sí que parece que la gravedad es mayor en el polo norte, pero en el polo sur no tiene nada de especial. Además, no parece que la gravedad sea más baja en toda la región ecuatorial… ¿Seguro que no me estás tomando el pelo?
Buen apunte, voz cursiva. Hay que tener en cuenta que la interacción entre estos tres factores puede variar mucho de un lugar a otro. Por ejemplo, aunque una zona polar esté más cerca del núcleo, es posible que contenga material poco denso bajo la superficie y eso esté contrarrestando el aumento de gravedad provocado por la reducción de la distancia, por ejemplo.
Total, que, en resumen, la gravedad que experimentamos sobre un punto concreto de la superficie de nuestro planeta depende de una combinación de tres factores: nuestra distancia al centro de la Tierra, la densidad del material que tenemos bajo nuestros pies y la fuerza centrífuga que experimenta ese lugar concreto debido a la rotación del planeta (que es mayor en el ecuador y menor cerca de los polos).
Y hasta aquí la fugaz entrada de hoy. Últimamente estoy intentando escribir artículos más cortos porque estoy ocupado con otras historias y creo que así podré actualizar el blog con más frecuencia. Como lectores, ¿qué os parece la idea? ¿Preferís entradas más largas, pero infrecuentes, o más cortas y que cuelgue cosas más a menudo? Muchas gracias 🙂