Distancia lunar (astronomía) - Lunar distance (astronomy)

Distancia lunar
Apogeo del perigeo lunar.png
Una distancia lunar 384 399  km , es la distancia promedio de la Luna a la Tierra. La distancia real varía a lo largo de su órbita . La imagen compara el tamaño aparente de la Luna cuando está más cerca y más lejos de la Tierra.
Información general
Unidad de sistema astronomía
Unidad de distancia
Símbolo LD o 
Conversiones
1 LD en ... ... es igual a ...
   Unidad base SI    384 399 × 10 3  m
   Sistema métrico    384 399  km
   Unidades inglesas    238 854  millas
   Unidad astronómica    0,002 569  au

La distancia instantánea Tierra-Luna , o distancia a la Luna , es la distancia desde el centro de la Tierra al centro de la Luna . La distancia lunar ( LD o ), o distancia característica Tierra-Luna , es una unidad de medida en astronomía . Más técnicamente, es el eje semi-mayor de la órbita lunar geocéntrica . La distancia lunar es de aproximadamente 400.000 km , lo que equivale a un cuarto de millón de millas o 1,28 segundos luz . Esto es aproximadamente treinta veces el diámetro de la Tierra .

El semieje mayor tiene un valor de 384,399 km (238,854 mi) La distancia promedio en el tiempo entre los centros de la Tierra y la Luna es de 385,000.6 km (239,228.3 mi). La distancia real varía en el curso de la órbita de la Luna , desde 356,500 km (221,500 mi) en el perigeo hasta 406,700 km (252,700 mi) en el apogeo , lo que resulta en un rango diferencial de 50,200 km (31,200 mi).

La distancia lunar se usa comúnmente para expresar la distancia a los encuentros de objetos cercanos a la Tierra . El eje semi-mayor lunar es un dato astronómico importante; la precisión de pocos milímetros de las medidas de rango determina el eje semi-mayor a unos pocos decímetros; que tiene implicaciones para las pruebas de teorías gravitacionales tales como la relatividad general , y para refinar otros valores astronómicos, tales como la masa de la Tierra , radio de la Tierra , y la rotación de la Tierra. La medición también es útil en la caracterización de la radio lunar , la masa del Sol y la distancia al sol .

Las mediciones de precisión milimétrica de la distancia lunar se realizan midiendo el tiempo que tarda la luz en viajar entre las estaciones de la Tierra y los retrorreflectores colocados en la Luna. La Luna se aleja en espiral de la Tierra a una velocidad promedio de 3,8 cm (1,5 pulgadas) por año, según lo detectado por el Experimento de alcance del láser lunar .

Valor

Distancia entre la Tierra y la Luna : tamaños y distancia a escala.
Foto de la Tierra y la Luna , tomada por la sonda OSIRIS-REx
Distancia lunar expresada en unidades seleccionadas
Unidad Valor medio Incertidumbre Árbitro
metro 3.843 99 × 10 8 1,1 mm
kilómetro 384,399 1,1 mm
milla 238,854 0.043 pulg
Radio de la tierra 60,32
AU 1/388,6 = 0,002 57 ​​
segundo luz 1.282 37,5 × 10 −12
  • Una AU es 389 distancias lunares.
  • Un año luz son 24,611,700 distancias lunares.
  • La órbita geoestacionaria de la Tierra está a 42.164 km (26.199 millas) del centro de la Tierra, o1/9.117 LD = 0,109 68 LD

Variación

La distancia lunar instantánea cambia constantemente. De hecho, la distancia real entre la Luna y la Tierra puede cambiar tan rápido como75 metros por segundo , o más de 1.000 km (620 millas) en tan solo 6 horas, debido a su órbita no circular Hay otros efectos que también influyen en la distancia lunar. En esta sección se describen algunos factores.

Distancias mínima, media y máxima de la Luna a la Tierra con su diámetro angular visto desde la superficie de la Tierra, a escala

Perturbaciones y excentricidad

La distancia a la Luna se puede medir con una precisión de 2 mm durante un período de muestreo de 1 hora, lo que da como resultado una incertidumbre general de un decímetro para el semieje mayor. Sin embargo, debido a su órbita elíptica con excentricidad variable, la distancia instantánea varía con la periodicidad mensual. Además, la distancia se ve perturbada por los efectos gravitacionales de varios cuerpos astronómicos, más significativamente el Sol y menos Venus y Júpiter. Otras fuerzas responsables de pequeñas perturbaciones son: atracción gravitacional hacia otros planetas del Sistema Solar y asteroides; fuerzas de marea; y efectos relativistas. El efecto de la presión de radiación del Sol contribuye con una cantidad de ±3.6 mm a la distancia lunar.

Aunque la incertidumbre instantánea es de unos pocos milímetros, la distancia lunar medida puede cambiar en más de 21.000 km (13.000 millas) del valor medio a lo largo de un mes típico. Estas perturbaciones se comprenden bien y la distancia lunar se puede modelar con precisión durante miles de años.

La distancia de la Luna a la Tierra y las fases de la Luna en 2014.
Fases de la Luna: 0 (1) - luna nueva , 0.25 - primer cuarto, 0.5 - luna llena , 0.75 - último cuarto.
Variación de la distancia entre los centros de la Luna y la Tierra durante 700 días.

Disipación de las mareas

A través de la acción de las fuerzas de las mareas , el momento angular de la rotación de la Tierra se transfiere lentamente a la órbita de la Luna. El resultado es que la velocidad de giro de la Tierra está disminuyendo imperceptiblemente (a una velocidad de2,4 milisegundos / siglo ), y la órbita lunar se expande gradualmente. La tasa actual de recesión es3.830 ± 0.008 cm por año . Sin embargo, se cree que esta tasa ha aumentado recientemente, como una tasa de3.8 cm / año implicaría que la Luna tiene sólo 1.500 millones de años, mientras que el consenso científico asume una edad de unos 4.000 millones de años. También se cree que esta tasa de recesión anormalmente alta puede seguir acelerándose.

Se predice que la distancia lunar seguirá aumentando hasta que (en teoría) la Tierra y la Luna se bloqueen por mareas , al igual que Plutón y Caronte. Esto ocurriría cuando la duración del período orbital lunar sea igual al período de rotación de la Tierra, que se estima en 47 de nuestros días actuales. Los dos cuerpos estarían entonces en equilibrio y no se intercambiaría más energía rotacional. Sin embargo, los modelos predicen que se necesitarían 50 mil millones de años para lograr esta configuración, que es significativamente más larga que la vida útil esperada del Sistema Solar .

Historia orbital

Las mediciones con láser muestran que la distancia lunar promedio está aumentando, lo que implica que la Luna estaba más cerca en el pasado y que los días de la Tierra eran más cortos. Los estudios fósiles de conchas de moluscos de la era Campaniana (hace 80 millones de años) muestran que hubo 372 días (de 23 h 33 min) por año durante ese tiempo, lo que implica que la distancia lunar fue de aproximadamente 60,05  R (383.000 km o 238.000 mi). Existe evidencia geológica de que la distancia lunar promedio fue de aproximadamente 52  R (332,000 km o 205,000 mi) durante la Era Precámbrica ; 2500 millones de años AP .

La hipótesis del impacto gigante , una teoría ampliamente aceptada, establece que la Luna se creó como resultado de un impacto catastrófico entre la Tierra y otro planeta, lo que resultó en una reacumulación de fragmentos a una distancia inicial de 3.8  R (24,000 km o 15,000 mi) En esta teoría, se supone que el impacto inicial ocurrió hace 4.500 millones de años.

Historia de la medición

Hasta finales de la década de 1950, todas las mediciones de la distancia lunar se basaban en mediciones angulares ópticas : la primera medición precisa la realizó Hiparco en el siglo II a. C. La era espacial marcó un punto de inflexión cuando la precisión de este valor mejoró mucho. Durante las décadas de 1950 y 1960, se realizaron experimentos con radares, láseres y naves espaciales, que se llevaron a cabo con el beneficio del procesamiento y modelado por computadora.

Esta sección está destinada a ilustrar algunos de los métodos históricamente significativos o interesantes de determinar la distancia lunar, y no pretende ser una lista exhaustiva o completa.

Paralaje

El método más antiguo para determinar la distancia lunar implicaba medir el ángulo entre la Luna y un punto de referencia elegido desde múltiples ubicaciones, simultáneamente. La sincronización se puede coordinar realizando mediciones en un momento predeterminado o durante un evento que sea observable para todas las partes. Antes de los cronómetros mecánicos precisos, el evento de sincronización era típicamente un eclipse lunar , o el momento en que la Luna cruzaba el meridiano (si los observadores compartían la misma longitud). Esta técnica de medición se conoce como paralaje lunar .

Para una mayor precisión, se deben realizar ciertos ajustes, como ajustar el ángulo medido para tener en cuenta la refracción y la distorsión de la luz que pasa a través de la atmósfera.

Eclipse lunar

Los primeros intentos de medir la distancia a la Luna aprovecharon las observaciones de un eclipse lunar combinadas con el conocimiento del radio de la Tierra y la comprensión de que el Sol está mucho más lejos que la Luna. Al observar la geometría de un eclipse lunar, la distancia lunar se puede calcular usando trigonometría .

Los primeros relatos de intentos de medir la distancia lunar utilizando esta técnica fueron por el astrónomo y matemático griego Aristarco de Samos en el siglo IV a. C. y más tarde por Hiparco , cuyos cálculos produjeron un resultado de 59-67  R (376 000 – 427 000  km o233 000 -265 000  millas ). Este método encontrados más tarde su camino en la obra de Ptolomeo , que produjo un resultado de 64+16  R (409 000  km o253 000  millas ) en su punto más lejano.

Cruce de meridianos

Una expedición del astrónomo francés ACD Crommelin observó los tránsitos del meridiano lunar en la misma noche desde dos lugares diferentes. Mediciones cuidadosas de 1905 a 1910 midieron el ángulo de elevación en el momento en que un cráter lunar específico ( Mösting A ) cruzó el meridiano local, desde las estaciones de Greenwich y el Cabo de Buena Esperanza , que comparten casi la misma longitud. calculado con una incertidumbre de30 km , y este siguió siendo el valor definitivo de la distancia lunar durante el próximo medio siglo.

Ocultaciones

Al registrar el instante en que la Luna oculta una estrella de fondo (o de manera similar, midiendo el ángulo entre la Luna y una estrella de fondo en un momento predeterminado) se puede determinar la distancia lunar, siempre que las mediciones se tomen desde múltiples ubicaciones de lugares conocidos. separación.

Los astrónomos O'Keefe y Anderson calcularon la distancia lunar observando cuatro ocultaciones de nueve ubicaciones en 1952. Calcularon un eje semi-mayor de384 407 0,6 ± 4,7 kilometros (238,859.8 ± 2,9 mi). Este valor fue refinado en 1962 por Irene Fischer , quien incorporó datos geodésicos actualizados para producir un valor de384 403 0,7 ± 2 kilometros (238,857.4 ± 1 mi).

Radar

En 1957 se llevó a cabo un experimento en el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. Que utilizó el eco de las señales de radar para determinar la distancia Tierra-Luna. Pulsos de radar duraderosSe transmitieron 2 μs desde un plato de radio de 50 pies (15 m) de diámetro. Después de que las ondas de radio resonaron en la superficie de la Luna, se detectó la señal de retorno y se midió el tiempo de retardo. A partir de esa medida, se podría calcular la distancia. En la práctica, sin embargo, la relación señal / ruido era tan baja que no se podía producir una medición precisa de forma fiable.

El experimento se repitió en 1958 en el Royal Radar Establishment , en Inglaterra. Pulsos de radar duraderosSe transmitieron 5 μs con una potencia máxima de 2 megavatios, a una tasa de repetición de 260 pulsos por segundo. Después de que las ondas de radio resonaron en la superficie de la Luna, se detectó la señal de retorno y se midió el tiempo de retardo. Se agregaron varias señales para obtener una señal confiable superponiendo las trazas del osciloscopio sobre una película fotográfica. A partir de las mediciones, la distancia se calculó con una incertidumbre de 1,25 km (0,777 mi).

Estos experimentos iniciales estaban destinados a ser experimentos de prueba de concepto y solo duraron un día. Los experimentos de seguimiento que duraron un mes produjeron un eje semi-mayor de384 402 ± 1,2 kilometros (238.856 ± 0,75 mi), que fue la medición más precisa de la distancia lunar en el momento.

Alcance láser

Experimento de alcance láser lunar de la misión Apolo 11

En 1962, un equipo del Instituto de Tecnología de Massachusetts y un equipo soviético del Observatorio Astrofísico de Crimea realizaron un experimento que midió el tiempo de ida y vuelta del vuelo de los pulsos láser reflejados directamente desde la superficie de la Luna .

Durante las misiones Apolo en 1969, los astronautas colocaron retrorreflectores en la superficie de la Luna con el propósito de refinar la exactitud y precisión de esta técnica. Las mediciones están en curso e involucran múltiples instalaciones láser. La precisión instantánea de los experimentos de rango láser lunar puede lograr una resolución de pocos milímetros y es el método más confiable para determinar la distancia lunar hasta la fecha. Se determina que el semieje mayor es 384,399.0 km.

Astrónomos aficionados y científicos ciudadanos

Debido a la accesibilidad moderna de dispositivos de cronometraje precisos, cámaras digitales de alta resolución, receptores GPS , computadoras potentes y comunicación casi instantánea, los astrónomos aficionados pueden realizar mediciones de alta precisión de la distancia lunar.

El 23 de mayo de 2007 se tomaron fotografías digitales de la Luna durante una casi ocultación de Regulus desde dos lugares, en Grecia e Inglaterra. Midiendo el paralaje entre la Luna y la estrella de fondo elegida, se calculó la distancia lunar.

Durante el eclipse lunar del 15 de abril de 2014 se llevó a cabo un proyecto más ambicioso llamado "Campaña Aristarco". Durante este evento, se invitó a los participantes a grabar una serie de cinco fotografías digitales desde la salida de la luna hasta la culminación (el punto de mayor altitud).

El método aprovechó el hecho de que la Luna está más cerca de un observador cuando está en su punto más alto en el cielo, en comparación con cuando está en el horizonte. Aunque parece que la Luna es más grande cuando está cerca del horizonte, ocurre lo contrario. Este fenómeno se conoce como ilusión lunar . La razón de la diferencia de distancia es que la distancia desde el centro de la Luna al centro de la Tierra es casi constante durante toda la noche, pero un observador en la superficie de la Tierra está en realidad a 1 radio de la Tierra desde el centro de la Tierra. Este desplazamiento los acerca más a la Luna cuando está sobre su cabeza.

Las cámaras modernas han alcanzado ahora un nivel de resolución capaz de capturar la Luna con suficiente precisión para percibir y, lo que es más importante, para medir esta pequeña variación en el tamaño aparente. Los resultados de este experimento se calcularon como LD =60,51+3,91
−4,19
 R . El valor aceptado para esa noche fue 60,61  R , lo que implicó una precisión del 3%. El beneficio de este método es que el único equipo de medición que se necesita es una cámara digital moderna (equipada con un reloj preciso y un receptor GPS).

Otros métodos experimentales para medir la distancia lunar que pueden realizar los astrónomos aficionados incluyen:

  • Tomar fotografías de la Luna antes de que entre en la penumbra y después de que se eclipsa por completo.
  • Medir, con la mayor precisión posible, el tiempo de los contactos del eclipse.
  • Tomar buenas fotografías del eclipse parcial cuando la forma y el tamaño de la sombra de la Tierra son claramente visibles.
  • Tomando una fotografía de la Luna incluyendo, en el mismo campo de visión, Spica y Marte - desde varios lugares.

Ver también

Referencias

enlaces externos