Los movimientos de la Tierra y de la Luna tienen su origen, por un lado en la atracción gravitacional de cada una ejerce sobre la otra y por la otra en la atracción que a su vez el Sol ejerce sobre todos los cuerpos del Sistema Solar.
Tanto la Tierra como la Luna tienen movimientos de rotación alrededor de su propio eje y de traslación, siendo estos los más importantes. Pero también experimentan otros movimientos secundarios de balanceos y oscilaciones, debido a que no son objetos puntuales, sino que tienen dimensiones apreciables y además no son perfectamente esféricos.
Tierra y Luna son consideradas como un sistema aislado de objetos de tamaño mensurable, girando en torno a su centro de masas, ubicado sobre la línea que une los respectivos centros.
Este punto está más cerca de la Tierra que de la Luna, por tener la primera mayor masa. Se encuentra a aproximadamente 4641 km del centro de la Tierra y se denomina baricentro.
Leyes
Los movimientos de la Luna se rigen por las leyes de Cassini, enunciadas en 1693 por Giovanni Cassini (1625-1712):
- La Luna tiene rotación síncrona con la Tierra, ya que tiene igual período de rotación y traslación, de esta forma siempre muestra la misma cara a los observadores terrestres.
- La inclinación del plano ecuatorial lunar y la eclíptica es constante.
- El eje de rotación lunar, la normal a la eclíptica -el plano orbital terrestre- y la normal al plano orbital de la Luna son coplanares.
Rotación y traslación de la Luna
La luna efectúa un movimiento de rotación alrededor de su propio eje en 27.32 días, aproximadamente. Este período de rotación se denomina mes sidéreo. Según la primera ley de Cassini, este también es el tiempo que tarda la Luna en orbitar a la Tierra.
La rotación síncrona es la responsable de que los observadores terrestres siempre vean la misma cara de la Luna.
Por su parte, el mes sinódico es el tiempo que transcurre entre dos fases lunares idénticas y sucesivas.
El mes sinódico dura 29.53 días y se debe a que la Tierra no está quieta mientras la Luna orbita a su alrededor. Para que las posiciones relativas Tierra-Sol-Luna sean las mismas nuevamente, la Tierra debe avanzar 27º en su movimiento de traslación alrededor del Sol.
La Luna también se traslada alrededor de la Tierra siguiendo una órbita elíptica con una excentricidad muy pequeña. La excentricidad de una elipse es una medida de su achatamiento. Este valor tan pequeño significa que la trayectoria de la Luna es casi circular, misma que recorre a razón de 1 km/s.
Las órbitas de la tierra y de la Luna se intersectan en los puntos llamados nodos, que hacen posibles los eclipses, dado que vistos desde la Tierra los tamaños aparentes del Sol y de la Luna son muy semejantes.
Otros movimientos de la Luna
Debido a la órbita elíptica que sigue la Luna alrededor de la Tierra y a que su eje de rotación está inclinado 6.60 º respecto a la perpendicular del plano orbital, existen unos movimientos llamados libraciones. Gracias a ellos podemos ver un pequeño porcentaje de la cara oculta de la Luna, aproximadamente un 9 %.
Las libraciones más notables se producen en longitud y en latitud. Las libraciones en longitud se deben a que, siendo la órbita elíptica, la velocidad de traslación es mayor en el perigeo -más cerca de la Tierra- que en el apogeo -más alejada de la Tierra-.
De esta forma, se hace visible una pequeña porción de la superficie cercana al meridiano del borde, la que está apenas hacia el este de dicho meridiano cuando la Luna esté entre perigeo y apogeo.
Igualmente la porción de superficie que está un poco hacia el oeste, se hace visible cuando la Luna está entre el apogeo y el perigeo.
Por su parte, la libración en latitud surge a causa de la inclinación del eje de rotación. Así, algunas partes de la Luna que están un poco al norte o un poco al sur, se ven desde la Tierra, según el momento. El período de esta libración es de un mes draconítico, que dura 27 días y 5 horas aproximadamente.
La siguiente animación muestra vistas simuladas de la Luna durante un mes:
Rotación de la Tierra
La Tierra ejecuta una rotación alrededor del eje terrestre en sentido oeste – este, cuyo período es de 1 día o con más precisión 23 horas, 56 minutos y 3.5 segundos.
La velocidad de rotación de la Tierra es de 1600 km/h en el ecuador, y disminuye hasta anularse justo en los polos, por donde pasa el eje de rotación, el cual está inclinado 23.44º respecto al plano orbital de la Tierra, conocido como la eclíptica.
Este movimiento es el responsable de la aparición del día y la noche, que rige la vida de las personas. Durante aproximadamente 12 horas (varía según la latitud y la estación), un hemisferio terrestre recibe luz del Sol y tiene una mayor temperatura, mientras el otro se encuentra a oscuras y la temperatura desciende.
La rotación terrestre se debe a la manera en que la Tierra se formó. La nube de materia que dio origen al sistema solar tuvo que girar para compactar la materia. Pero el giro tiene asociado un momento angular, que en ausencia de torques externos, se conserva.
El Sol, los planetas y demás miembros del sistema solar, considerados como un sistema aislado, poseen ese momento angular, distribuido entre sus miembros.
Por eso cada planeta tiene su propio movimiento de rotación de oeste a este, salvo Venus y Urano, que lo hacen al contrario, tal vez a causa de una colisión con otro cuerpo de gran tamaño.
Traslación de la Tierra
La Tierra también realiza un movimiento de revolución alrededor del Sol, cuyo período es de poco más de 1 año. El origen de este movimiento está en la atracción gravitatoria que el Sol ejerce.
En este movimiento la Tierra describe una órbita elíptica, siempre acorde con las leyes de Kepler del movimiento planetario. Para un observador ubicado en el polo Norte, este movimiento se realiza en sentido contrario a las agujas del reloj.
Al igual que sucede con la Luna, la excentricidad de la elipse que describe la Tierra es bastante pequeña. Entonces la órbita de la Tierra se aproxima a una circunferencia de radio 150 x 106 Km. Este valor se usa en astronomía para definir una unidad de distancia llamada Unidad Astronómica o UA, muy utilizada para expresar distancias dentro del Sistema Solar.
La longitud total de esta elipse es de 930 millones de kilómetros, los cuales la Tierra recorre con velocidad de 30 km/s.
El eje de rotación de la Tierra está inclinado 23.44º respecto a la normal a la eclíptica. Por ello a medida que nuestro planeta recorre su órbita alrededor del Sol, uno de sus hemisferios queda más expuesto a los rayos solares, produciéndose el verano, mientras que en el otro la exposición es menor y surge el invierno.
Otros movimientos de la Tierra
La Tierra no es una esfera perfecta, sino un elipsoide achatado en los polos. Por ello el abultamiento ecuatorial causa un lento movimiento de balanceo sobre la Tierra llamado precesión.
En este movimiento, el eje terrestre realiza una rotación alrededor del polo de la eclíptica, trazando un cono imaginario, como se observa en la figura siguiente:
La Tierra tarda 25.767 años en trazar este cono. Superpuesto a la precesión, está otro movimiento de vaivén del eje, llamado nutación, ocasionado por la atracción gravitatoria de la Luna sobre el abultamiento ecuatorial y que tiene un período de 18.6 años.