Astronomía

¿Se aproximó la Luna alguna vez a una órbita geosincrónica sobre la Tierra primitiva?

¿Se aproximó la Luna alguna vez a una órbita geosincrónica sobre la Tierra primitiva?


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Las simulaciones sugieren que la Luna temprana se formó a unos 20.000 a 30.000 km de la Tierra, que es menos que la órbita geosincrónica actual de 42.164 km. La Luna está ahora a 384.000 km de la Tierra. ¿Significa eso que la luna se aproximó a una órbita geosincrónica durante un tiempo en su viaje hacia su órbita actual? Reconozco que debido a la inclinación de la Tierra de 6,7 grados, la Luna no orbita alrededor del ecuador de la Tierra y, por lo tanto, no era posible una órbita geoestacionaria.

Si la Tierra primitiva fuera un mundo acuático cubierto casi por completo de agua en el momento de su formación, ¿qué pasaría cuando la Luna se acercara a la órbita geosincrónica y aplicara su fuerza gravitacional mucho más amplificada sobre la Tierra? ¿Habría protuberancias de agua en ambos extremos exponiendo la tierra en las regiones polares o el agua eventualmente se abrirá paso hacia el lado de la Luna, posiblemente exponiendo o formando una protuberancia de tierra en el extremo opuesto de la Tierra?


Quizás. El período de una órbita de 20.000 km es de aproximadamente 7 h 50 m. Wikipedia dice:

[La Tierra] habría experimentado un día unas cinco horas después del impacto, y el ecuador de la Tierra y la órbita de la Luna se habrían vuelto coplanares.

En la era actual, el plano orbital de la Luna está inclinado 5.145 ° con respecto a la eclíptica (el plano orbital de la Tierra); la oblicuidad de la eclíptica (relativa al plano ecuatorial de la Tierra) es de aproximadamente 23,4 °. Sin embargo, como dice Wikipedia:

La órbita de la Luna alrededor de la Tierra tiene muchas irregularidades (perturbaciones), cuyo estudio (teoría lunar) tiene una larga historia.


La Tierra posterior al impacto estaba muy caliente y tuvo un océano de magma durante un tiempo. Sin embargo, pronto volvió a tener agua líquida porque la alta presión atmosférica empujó el punto de ebullición del agua hacia arriba.

De Wikipedia:

[Del impacto de Theia] una fracción considerable del material debería haber sido vaporizado por este impacto, creando una atmósfera de vapor de roca alrededor del joven planeta. El vapor de roca se habría condensado en dos mil años, dejando atrás volátiles calientes que probablemente resultaron en una pesada $ mathrm {CO_2} $ atmósfera con hidrógeno y vapor de agua. Los océanos de agua líquida existían a pesar de la temperatura superficial de 230 ° C (446 ° F) porque a una presión atmosférica de más de 27 atmósferas, causada por la fuerte $ mathrm {CO_2} $ atmósfera, el agua todavía es líquida. A medida que continuaba el enfriamiento, la subducción y la disolución en el agua del océano eliminaron la mayor parte $ mathrm {CO_2} $ de la atmósfera, pero los niveles oscilaron enormemente a medida que aparecían nuevos ciclos de superficie y manto.

Es difícil estimar los efectos de la interacción entre la Luna temprana y ese océano primordial.


La recesión de la luna

Uno de los argumentos comunes hechos en apoyo del creacionismo de la Tierra joven es que la edad dinámica del sistema Tierra-Luna (según lo determinado por la física de la interacción de mareas Tierra-Luna) es demasiado joven para soportar una edad de miles de millones de años para el sistema. En este artículo, (a) revisaré la física básica de la gravedad y las mareas, (b) revisaré la historia de los modelos teóricos para las mareas Tierra-Luna, (c) revisaré la evidencia paleontológica relevante para la historia del sistema Tierra-Luna, y (d) demostrar que la combinación de teoría y observación refuta los argumentos creacionistas de la Tierra joven, con referencia a argumentos específicos de la Tierra joven y sus fracasos específicos. Esto está destinado a ser una revisión para lectores no versados ​​en física y matemáticas, por lo que los argumentos se presentan de la manera menos técnica posible. Hay referencias a trabajos más técnicos, para aquellos que estén interesados ​​en dar seguimiento a cualquiera de los argumentos aquí presentados como afirmaciones aceptadas.

Si bien este artículo pretende ser una refutación de otro argumento de la Tierra joven mal concebido, las revisiones introductorias no se refieren en absoluto al creacionismo. Por lo tanto, el artículo debería funcionar tan bien como una introducción a la física de la evolución del sistema Tierra-Luna, incluso para aquellos lectores que no estén interesados ​​en el tema de la creación frente a la evolución.

Introducción a la gravedad

Aunque se sabe que la gravedad existe desde que la gente sabía que podía caer, no fue hasta que llegó Isaac Newton que se presentó una descripción matemática de la gravedad. Fue Newton quien demostró que la fuerza de la gravedad obedecía a una ecuación algebraica simple, que se muestra aquí como ecuación 1.

En la ecuación 1, Fgramo es la fuerza gravitacional entre dos objetos de masa metro1 y metro2 y R es la distancia que separa las dos masas. Esta ecuación es importante porque es la ecuación fundamental para describir la fuerza de gravedad en la física newtoniana. Es, sin embargo, una idealización que asume las masas metro1 y metro2 están masas puntuales, en el sentido de que no tienen tamaño físico. Pero, por supuesto, todas las masas reales no son masas puntuales y, por lo tanto, no exactamente obedecer la ecuación de Newton. Sin embargo, como aproximación, la ecuación funciona muy bien para masas que están separadas por distancias muy grandes en comparación con su tamaño físico. Por ejemplo, al analizar la órbita de la Tierra alrededor del Sol, es necesario incluir el efecto gravitacional de los otros planetas, como se expresa en la ecuación 1, pero no es necesario preocuparse por el hecho de que no son masas puntuales, ya que el efecto diferencial no es mensurable.

Introducción a las mareas

A marea es lo que sucede cuando las masas que vemos en la ecuación 1 son no separados por distancias que son grandes en comparación con su tamaño físico. Una marea es una "gravedad diferencial", el resultado del hecho de que los cuerpos extendidos no tiran por igual de todas las partes entre sí, como implicaría la ecuación 1. En la figura 2, a continuación, vemos cómo opera la fuerza de marea entre la Tierra y la luna, donde las flechas rojas muestran la atracción relativa de la gravedad de la luna en la Tierra.

Como muestra la figura 1, la fuerza no es constante a lo largo de la distancia entre la luna y las distintas partes de la Tierra. La luna, que está bastante más cerca del lado cercano de la Tierra, tira más fuerte de ella (donde las flechas rojas son más largas), mientras que tira más suavemente del lado de la Tierra que está más lejos (donde las flechas rojas son más cortas). En física, llamamos a este tipo de efecto un "gradiente" y representa las diferencias en la fuerza aplicada en diferentes puntos. La fuerza de ese gradiente se representa en la ecuación 2 a continuación.

En la ecuación 2, DF / DR representa un cambio en la fuerza (DF) con respecto a un cambio en la distancia (DR). Esa variación en la fuerza, o gradiente de marea, es lo que produce la distorsión en la forma tanto de la Tierra como de la Luna, mientras que la fuerza que se ve en la ecuación 1 es lo que mantiene a la Tierra y la Luna en órbita una alrededor de la otra. Como implican las flechas rojas en la figura 1, hay un tirón "hacia adentro" de los polos de la Tierra, hacia el ecuador, que tendería a apretar el planeta. Aprieta una pelota de goma de esa manera y podrás ver por ti mismo que la presión hacia adentro provoca un aplastamiento hacia afuera en el "ecuador" de la pelota. Agregue a eso el efecto de que la luna tira con más fuerza en aquellas partes de la Tierra que están más cerca de ella, y el resultado es que la Tierra se aplasta, se abulta hacia la luna y se aleja de la luna. El efecto se ilustra a continuación, en la figura 2.

La ilustración de la figura 2 anterior muestra la tierra sólida ( verde ) y los océanos ( azul ) en forma esquemática. La Tierra "sólida" realmente no es tan sólida, y se dobla bajo el estrés de las mareas de la luna, pero los océanos de agua son claramente mucho menos "sólidos" que el resto de la Tierra, por lo que estarán mucho más deformados por el apretón de la marea de la luna. Por lo tanto, la protuberancia es principalmente océano y solo un poco de tierra. La atmósfera gaseosa también está aplastada por las mareas, pero no figura mucho en el sistema total, y lo ignoraré aquí (un estudio detallado de las mareas no debe ignorar las mareas atmosféricas, solo lo hago aquí porque no figura de manera prominente en este discusión particular).

En un sistema estático como el de la figura 2, la mayoría de las protuberancias oceánicas apuntan directamente a la luna. Pero el sistema real no es estático, la luna gira alrededor de la Tierra, sino que la Tierra gira sobre su eje diario mucho más rápido que eso. Entonces, el giro de la Tierra saca el bulto frente a la luna. El resultado de esto se ilustra a continuación en la figura 3, y ahora estamos listos para comprender los mayores misterios de las mareas y el sistema Tierra-Luna.

Figura 3. Cómo las mareas transfieren impulso a la luna
(Reconocimiento)

La protuberancia del océano es empujada frente a la luna por el giro de la Tierra, ya que el océano está adherido gravitacionalmente a la Tierra, tiene que ir a donde va la Tierra. Pero no puede ir demasiado lejos, porque la luna lo hace retroceder. El resultado, ilustrado en la figura 3, es que la protuberancia del océano está en equilibrio, permaneciendo esencialmente fija con respecto a la Tierra y la luna, mientras que la Tierra sólida gira bajo el océano. El océano está unido gravitacionalmente a la Tierra, pero sigue siendo fluido y no está pegado a la Tierra como lo está una roca o una montaña. Existe una interfaz, a saber, el fondo del océano, donde el agua y la Tierra pueden moverse libremente entre sí. Esa interfaz, como cualquier otra interfaz física real, no es totalmente libre de fricción, y eso también se ilustra en la figura 3 por el pequeño título que dice "Fuerza de fricción". Pero en este caso, la "fricción" incluye todas las formas en que el océano y la Tierra se obstaculizan entre sí. El océano corre hacia los continentes y tiene que lavarse a su alrededor (por lo que la forma en que se distribuyen alrededor de la Tierra marca la diferencia).

Dado que la Tierra está tratando de girar hacia adelante, pero el océano está retenido por la luna, la Tierra termina tratando de moverse a través de los océanos. Así como puedes sentir la resistencia si intentas caminar a través del agua, la Tierra siente la resistencia al tratar de moverse a través del agua de los océanos, y esa resistencia transfiere energía de la Tierra (lo que hace que su velocidad de giro sea más lenta) y los océanos (agitándolos y calentándolos). Pero el sistema Tierra-océano también ejerce una esfuerzo de torsión (una fuerza de "torsión") en la luna, porque la línea a lo largo de la flecha etiquetada como "B" en la figura 3 forma un ángulo con la línea que conecta el centro de la Tierra con el centro de la luna. Como resultado de ese par, la Tierra también transfiere energía (lo que hace que su velocidad de giro disminuya) a través del abultamiento del océano y la gravedad a la luna (lo que hace que se acelere hacia adelante en su órbita y, por lo tanto, se aleje más de la Tierra). .

En este punto, estamos listos para comprender dos observaciones importantes. Primero, las mareas altas y bajas del océano que todos conocemos son causadas por el movimiento de la Tierra a través de las partes altas y bajas del océano, que se ven en la figura 2 o en la figura 3. Ya que estamos en la Tierra, nos parece, desde nuestro marco de referencia, como si el océano se estuviera moviendo, pero como quiera que lo mire, el resultado es el mismo. La Tierra y sus océanos se mueven entre sí, debido a la atracción de la luna, y vemos ese movimiento como lo que llamamos mareas altas y bajas. En segundo lugar, la luna se aleja lentamente de la Tierra. Eso significa que la luna no está donde siempre ha estado con respecto a la Tierra, el sistema Tierra-Luna claramente debe haber evolucionado con el tiempo. ¿Podemos averiguar cómo ha evolucionado el sistema Tierra-Luna? Revisaré la respuesta a esa pregunta en la siguiente sección.

Evolución de las mareas del sistema Tierra-Luna

La descripción que he dado hasta ahora es necesariamente general y omite muchos detalles. Pero hay mucha física y matemática escondida detrás de eso. laico fachada, y debe tratarse con el fin de comprender la naturaleza real de la relación de mareas entre la Tierra y la Luna. No desarrollaré nada de esas matemáticas aquí. En cambio, me concentraré en revisar la historia de los esfuerzos científicos para comprender el sistema de mareas Tierra-Luna. A lo largo del camino, haré referencia a numerosas fuentes originales, libros, artículos de revistas y similares. Esas fuentes proporcionarán al lector todos los detalles matemáticos y / o físicos que uno podría desear ver. Se anima a los lectores deseosos de saber más a consultar esas fuentes.

No fue posible estudiar las mareas en ningún sentido cuantitativo, físico o matemático, hasta que Isaac Newton esencialmente inventó la ciencia de la mecánica, con la publicación de su Philosophiae Naturalis Principia Mathematica en 1687. Desde entonces, varios científicos eminentes han luchado con el problema. de las mareas, incluidos Edmond Halley, Pierre Laplace y William Thomson (Lord Kelvin). Pero fue el célebre matemático y geofísico inglés George Howard Darwin quien realmente atacó el problema de la rotación de la Tierra y el sistema Tierra-Luna con celo analítico (G.H.Darwin 1877, 1879, 1880 con un giro irónico en el tema creación-evolución, era hijo de Charles Darwin, el padre fundador de la evolución biológica). Darwin consideró las mareas oceánicas e hizo algunos avances significativos allí, pero se concentró principalmente en las mareas de cuerpos sólidos en una Tierra homogénea. Hoy sabemos que las mareas oceánicas son mucho más importantes que las mareas de cuerpos sólidos. Thomson fue el primero en mostrar que las mareas transfirieron el momento angular de la Tierra a la luna, y esa transferencia de impulso es lo que hace que la luna se aleje de la Tierra. Pero Darwin fue el primero en plantear el problema en detalle analítico, preparando el escenario para exploraciones a principios del siglo XX.

Durante la mayor parte de las dos primeras décadas del siglo XX, el investigador principal de este problema fue Harold Jeffreys. Jefferies publicó una serie de artículos a principios de la década de 1900 y resumió ampliamente el estado actual de las cosas en la primera edición de su libro histórico The Earth (Jefferys, 1924). En ese libro (capítulo XIV, Tidal Friction, pp 205-237 de la 1ª edición) Jeffreys utiliza una estimación de la fricción de las mareas para derivar una edad máxima para el sistema Tierra-Luna de 4 mil millones de años. Esa edad estimada se mantuvo sin cambios en ediciones posteriores al menos hasta 1952. El principal problema que molestó a Jeffreys, y a los investigadores posteriores, fue su incapacidad para describir completamente las mareas oceánicas analíticamente, o incluso para conocer los valores numéricos de la fricción de las mareas oceánicas. Pero está bastante claro que para entonces, unos 44 años después del trabajo de Darwin, Jeffreys sabía que las mareas oceánicas eran más importantes que las mareas de cuerpos sólidos. La búsqueda de funciones de respuesta a las mareas oceánicas estaba en marcha.

Investigadores posteriores llegaron a la conclusión de que Jeffreys había subestimado bastante severamente el verdadero valor numérico de la disipación de las mareas oceánicas y, por lo tanto, había sobreestimado la edad del sistema Tierra-Luna. Aunque no ofrecen una edad, Munk & amp McDonald (1960) dijeron que Jeffreys tenía la disipación oceánica equivocada por un factor de 100. Pronto se hizo evidente que el péndulo había oscilado en la otra dirección y que había un problema fundamental. Slichter (1963) volvió a analizar el par de torsión Tierra-Luna ideando una nueva forma de utilizar todo el elipsoide de la Tierra en lugar de tratarlo como una serie de aproximaciones. Decidió que, dependiendo de los detalles del modelo, la luna habría comenzado muy cerca de la Tierra en cualquier lugar desde hace 1.400 millones a 2.300 millones de años, en lugar de hace 4.500 millones de años. Slichter comentó que si "por alguna razón desconocida" el par de marea fuera mucho menor en el pasado que en el presente (donde "presente" significa aproximadamente los últimos 100 millones de años), esto resolvería el problema. Pero no pudo proporcionar la razón, y concluyó su artículo diciendo que la escala de tiempo del sistema Tierra-Luna "todavía presenta un problema importante". A esto lo llamo "el dilema de Slichter".

A pesar del esfuerzo realizado en el problema a lo largo de los años, todavía no se había presentado un método matemático verdaderamente completo para manejar la disipación de las mareas. Peter Goldreich redefinió ese problema. Goldreich (1966) extendió el ámbito del problema mucho más allá de los límites que había establecido Slichter, ya que Goldreich había incluido mareas solares y torsiones precesionales. Sin embargo, dado que la edad del sistema depende de las cantidades observadas y de factores arbitrarios en el modelo, Goldreich no abordó la cuestión de la edad.

Los años que siguieron vieron el surgimiento de la tectónica de placas y un cambio importante en el pensamiento geofísico debido a ello. La movilidad de los continentes a la deriva es un asunto de gran importancia, porque en ese momento era bien sabido que la disipación de las mareas en mares poco profundos dominaba la interacción entre la Tierra y la Luna. Kurt Lambeck era un jugador importante en el juego de las mareas en ese momento, autor de varios artículos. Su estudio de la rotación variable de la Tierra (Lambeck, 1980) sigue siendo el estudio de este tipo más extenso jamás realizado. Lambeck señaló que después de las luchas de Slichter, Goldreich y otros, los valores observados y modelados para la disipación de las mareas estaban finalmente de acuerdo (Lambeck, 1980, página 286). Sin embargo, esto todavía dejaba un problema de escala de tiempo. Según Lambeck, " . A menos que las estimaciones actuales de las aceleraciones sean muy erróneas, solo un sumidero de energía variable puede resolver el problema de la escala de tiempo y el único sumidero de energía que puede variar significativamente con el tiempo es el océano." (Lambeck, 1980, página 288). En la sección 11.4, "Paleorrotación y órbita lunar", Lambeck señala explícitamente que la evidencia paleontológica muestra una aceleración lunar mucho más lenta en el pasado, y que esto es compatible con los modelos de expansión continental de Pangea (Lambeck, 1980, páginas 388-394). Es importante recordar que en 1980, Lambeck había señalado la solución esencial al dilema de Slichter: los continentes en movimiento tienen un fuerte efecto en la disipación de las mareas en mares poco profundos, que a su vez dominan la relación de las mareas entre la Tierra y la Luna.

Mientras Lambeck señalaba el camino, Kirk Hansen (1982) tomó el camino correcto. Los modelos de Hansen asumieron una Tierra con un solo continente, colocada en el polo para un conjunto de modelos y en el ecuador para otro (la ubicación se elige para simplificar los cálculos, pero la idea básica de una Tierra de un continente puede no ser toda That bad Piper, 1982 sugiere que nuestra actual Tierra de varios continentes es en realidad anormal, y que un continente es la norma). Su continente no se mueve como lo haría un modelo de placas tectónicas, pero Hansen fue el primero en hacer un modelo totalmente integrado para la disipación de las mareas oceánicas directamente relacionado con la evolución de la órbita lunar. Como dice Hansen, sus resultados están en "marcado contraste" con los modelos anteriores, colocando a la Luna a una distancia bastante cómoda de la Tierra hace 4.500 millones de años.

Hansen ya casi había eliminado el dilema de Slichter con su modelo integrado de continentes y mareas. Kagan & amp Maslova (1994) tratan la disipación de las mareas oceánicas con continentes totalmente móviles y arbitrarios. Al igual que Hansen, sus modelos muestran escalas de tiempo que no son un problema para hacer coincidir la edad radiométrica de la Tierra con la edad dinámica del sistema Tierra-Luna. Kagan & amp Maslova (1994), Kagan (1997) y Ray, Bills & amp Chao (1999) han continuado el estudio con aún más detalle, con placas tectónicas completamente integradas en sus modelos de evolución de las mareas Tierra-Luna. Touma & amp Wisdom (1994) hacen el cálculo en un sistema solar de evolución caótica de múltiples planetas totalmente integrado.

Aunque al lector casual le pueda parecer que el sistema Tierra-Luna es bastante simple (después de todo, es solo la Tierra y la Luna), esto es solo una ilusión. De hecho, es terriblemente complicado, y los físicos han tardado más de 100 años en generar las herramientas matemáticas y los modelos físicos necesarios para comprender el problema. El dilema de Slichter, como lo llamé, era teórico. Carecía de las herramientas matemáticas y el conocimiento de observación para resolver su problema. Pero los que vinieron después hicieron el trabajo. El dilema de Slichter es hoy, esencialmente, un problema resuelto. Una vez que todos los detalles están incluidos en los modelos físicos del sistema Tierra-Luna, podemos ver que no existe un conflicto fundamental entre la física básica y una escala de tiempo evolutiva para el sistema Tierra-Luna.

La evidencia paleontológica

Hasta ahora he aclarado la teoría, la construcción de los métodos matemáticos utilizados para comprender los detalles de la interacción de las mareas entre la Tierra y la Luna. Pero teoría y observación, teoría y evidencia van de la mano en las ciencias empíricas, y esta no es una excepción. Las mareas y la rotación de la Tierra dejan pistas reveladoras sobre el pasado de la Tierra. Entonces, cuando Lambeck (1980) o Stacey (1977) dicen que la disipación de las mareas debe haber sido menor en el pasado, no es una suposición ociosa ni una reacción instintiva. Es una actitud consistente con la evidencia.

La primera observación crítica es ¿Qué tan rápido se aleja la luna de la Tierra ahora? Este movimiento lineal alejándose de la Tierra tenía que estimarse a partir de la aceleración angular observada, o tenía que calcularse a partir de la teoría, prefiriéndose la primera, ya que es una cantidad observada. Stacey utiliza una estimación astronómica de 5,6 cm / año (Stacey, 1977, página 99). Lambeck da 4,5 cm / año (Lambeck, 1980, página 298). Es un número importante porque revela la verdadera fuerza de la disipación de las mareas. Pero hoy el número se puede observar directamente, como resultado de los espejos de tres esquinas que dejaron los astronautas del Apolo. El rango de láser lunar establece la tasa actual de retirada de la luna de la Tierra en 3,82 y másmn0,07 cm / año (Dickey y col., 1994).

Pero, ¿qué pasa con la tasa de retroceso pasada? Los datos paleontológicos revelan directamente la periodicidad de las mareas, a partir de la cual se puede derivar cuál sería la tasa de retroceso para coincidir con la frecuencia. También es un punto no trivial que prueba que la luna estaba físicamente allí. Después de todo, si su teoría implica que la luna estaba no allí en algún momento en el pasado, pero su evidencia de marea observada dice que estaba allí en el pasado, entonces está bastante claro que la teoría, y no la observación, necesita ser ajustada.

Esta evidencia paleontológica viene en forma de ritmitas de marea, también conocido como sedimentos laminados por las mareas. Las ritmitas han sido sometidas a un intenso escrutinio durante la última década y han arrojado buenos resultados. Williams (1990) informa que hace 650 millones de años, la tasa de retroceso lunar fue de 1,95 y más de 0,29 cm / año, y que durante el período de hace 2.500 millones a 650 millones de años, la tasa de recesión media fue de 1,27 cm / año. Williams volvió a analizar el mismo conjunto de datos más tarde (Williams, 1997), mostrando una tasa media de recesión de 2,16 cm / año en el período comprendido entre ahora y hace 650 millones de años. Archer (1996) demuestra que este tipo de datos son fiables. También hay una muy buena revisión de la evidencia paleontológica anterior de Lambeck (1980, capítulo 11, paleorotación)

Como puede ver, la evidencia paleontológica indica que la luna de hoy se está retirando de la Tierra con una rapidez anómala. Esto es exactamente lo que se esperaba de los modelos teóricos a los que ya he hecho referencia. La combinación de resultados consistentes tanto de modelos teóricos como de evidencia paleontológica presenta una imagen bastante sólida de la evolución de las mareas del sistema Tierra-Luna. Bills & amp Ray (1999) dan una buena reseña del estado actual de esta armonía. Sin darse cuenta, también han explicado bien por qué los argumentos creacionistas son inaceptables.

Los argumentos creacionistas

No sé quién mencionó por primera vez la era del sistema Tierra-Luna como un argumento pro-creacionista. Pero el primer ejemplo que conozco es el de Barnes (1982, 1984). Barnes dice: "Se sabe desde hace 25 años que el sistema Tierra-Luna no puede ser tan antiguo.", y asegurándonos que"La mecánica celeste demuestra que la luna no puede tener más de 4.500 millones de años", continúa citando la última oración del artículo de Slichter (1963),"La escala de tiempo del sistema Tierra-Luna todavía presenta un problema importante"(de hecho, Barnes no debería haber escrito la" T "en mayúscula, ya que se trata de un fragmento de oración, no de una oración completa, pero en este caso el descuido es intrascendente). Cabe señalar que Barnes se complace en citar un artículo que ya tiene 19 años tenía 21 años en 1982 y 21 años en 1984, pero a pesar de su experiencia en investigación en física, se niega a molestarse en investigar algo posterior a Slichter. Si lo hubiera hecho, habría encontrado Lambeck (1980), una obra importante que indicaba claramente la naturaleza real de El dilema de Slichter (o incluso el de Stacey, 1977, que ya mostraba el conflicto entre el dilema teórico de Slichter y la evidencia paleontológica disponible en ese momento). Y, por supuesto, el artículo de Kirk Hansen de 1982 es anterior a la reiteración de Barnes en 1984 por dos años, pero se ignora a pesar de siendo reconocido incluso entonces como un gran paso adelante. Barnes muestra el mismo tipo de enfoque descuidado y perezoso de la "investigación" que impregna el creacionismo de la Tierra joven, aunque el suyo es un caso particularmente atroz (como también lo fue para sus argumentos sobre el campo magnético de la Tierra).

DeYoung (1992) ofrece su propio modelo. De hecho, ofrece una ecuación. DeYoung afirma que la tasa de cambio de la distancia lunar en función del tiempo debe ser proporcional a la sexta potencia inversa de la distancia lunar (presumiblemente porque la amplitud de la marea lunar es proporcional al cubo inverso de la distancia, y la aceleración de la marea es proporcional al cuadrado de la amplitud, aunque DeYoung no dice esto). Luego ejecuta algunos números en la ecuación y concluye con notable aplomo que ha demostrado una edad de marea máxima posible para el sistema Tierra-Luna de 1.400 millones de años. El mismo cálculo se puede encontrar en Stacey (1977), con referencia a versiones más precisas. Todos obtienen la misma respuesta que DeYoung, y no hay duda de que lo que DeYoung hizo lo hizo bien. Sin embargo, si resuelve el problema "incorrecto", es posible que no obtenga la respuesta "correcta". Como señaló Stacey (Stacey, 1977, páginas 102-103), tiene más sentido suponer que la disipación de la marea oceánica fue menor en el pasado, lo que tendría el efecto de hacer el cálculo de un mínimo edad, a diferencia de la máximo edad propuesta por DeYoung. Pero, por supuesto, estamos comparando DeYoung (1992) con Stacey (1977), una brecha de 15 años (es bueno ver que DeYoung, como Barnes, está manteniendo el ritmo de la investigación actual). Esa brecha incluye a Lambeck (1980) y Hansen (1982) (donde se demostró que una edad de 4.500 millones de años era compatible). Es cierto que DeYoung (1992) escribió antes de los artículos de 1994 de Kagan & amp Maslova o Touma & amp Wisdom, que son directamente contradictorios con sus resultados. Sin embargo, los resultados de Hansen (1980) también contradicen directamente a DeYoung, pero vienen 12 años antes. Esta observación no inspira confianza en el valor del modelo de una ecuación de DeYoung para la evolución de la órbita lunar. Pero, como aclararon Bills y Ray (1999), la constante de proporcionalidad, que Stacey sugiere no es constante, es de hecho una relación de factores que representan disipación y deformación. Está claro que ninguno de estos puede ser constante, y una vez que se comprende, podemos ver claramente que DeYoung simplemente hizo bien lo incorrecto y curiosamente terminó con una forma correcta de la respuesta incorrecta.

Walter Brown (Brown, 1995) presenta esencialmente el mismo modelo que DeYoung. Solo he visto la nota técnica en línea, pero no el libro impreso. Desafortunadamente, las ecuaciones no aparecen en la página web, a pesar de que se hace referencia a ellas como si estuvieran allí. Sin embargo, Brown ofrece el código fuente Quick-Basic para su programa que calcula la edad mínima del sistema Tierra-Luna. Sus ecuaciones están ahí, y parece estar usando la potencia inversa de 5.5 del radio en lugar de la sexta potencia inversa utilizada por DeYoung (el uso de Brown aquí es consistente con la ecuación dada por Bills & amp Ray, 1999 si uno elige usar la inversa 6 o potencia inversa 5.5 parece una cuestión de dependencia del modelo). De lo contrario, el enfoque de Brown parece ser el mismo que el de DeYoung y está sujeto exactamente a las mismas críticas. Ignora la variabilidad temporal de la disipación y la deformación. Quizás sea graciosamente irónico que tanto DeYoung como Brown fracasen, porque implícitamente están haciendo una suposición uniformista impropia (la constancia de disipación y deformación), que los evolucionistas han aprendido a evitar.

Conclusiones

No sé si hay otras fuentes creacionistas "autorizadas" para el argumento de la "luna veloz". Pero si los hay, es poco probable que sus argumentos presentados difieran mucho de los que se ven aquí. Pasé bastante más tiempo revisando la ciencia real de la interacción de las mareas Tierra-Luna porque una vez que está bien desarrollada, la falla en los argumentos creacionistas se vuelve tan obvia que casi no parece necesario refutarlos. El aspecto más notable de esto, creo, es que alguien como DeYoung, que ciertamente tiene calificaciones legítimas (un doctorado en física de la Universidad Estatal de Iowa), ofrecería un modelo de una ecuación como si fuera realmente definitivo. Ese tipo de cosas funciona como un cálculo de "reverso del sobre", para obtener el orden de magnitud, o una primera aproximación para la respuesta correcta, pero debería haber sido claro para un imparcial observador que nunca podría ser un legítimo realista modelo. También es de considerable interés que tanto DeYoung como Brown publicaron sus refutaciones de la evolución únicamente después ¡la evolución ya había refutado sus refutaciones! Barnes no lo hizo mucho mejor, después de haber pasado por alto a Hansen (1982) durante dos años. Mi propia conclusión es que mis expectativas intuitivas se han cumplido, y la "ciencia" de la creación ha estado a la altura de su reputación de estar pre-falsificada o fácil de falsificar una vez que el argumento es evidente.

En cuanto a verdadero ciencia, recuerde que la ciencia no es una búsqueda estática, y la evolución de las mareas entre la Tierra y la Luna no es un sistema completamente resuelto. Hay mucho que sabemos, y sabemos mucho más de lo que sabíamos hace 20 años. Pero incluso si no lo sabemos todo, todavía hay algunos argumentos que definitivamente podemos descartar. Una edad de 10,000 años (o algo parecido) definitivamente cae en esa categoría, y puede descartarse tanto por la teoría como por la práctica.

Bibliografía y referencias de amplificador

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Secular Effects of Oceanic Tidal Dissipation on the Moon's Orbit and the Earth's Rotation
Reviews of Geophysics and Space Physics 20(3): 457-480, August 1982
(journal title has since then changed to Reviews of Geophysics)

Jeffreys, Harold
La tierra
Cambridge University Press, 1st edition, 1924 (multiple expanded editions since then 4th edition 1959)

Kagan, B.A. & Maslova, N.B.
A stochastic model of the Earth-moon tidal evolution accounting for
cyclic variations of resonant properties of the ocean: An asymptotic solution
Earth, Moon and Planets 66: 173-188, 1994

Kagan, B.A.
Earth-Moon tidal evolution: model results and observational evidence
Progress in Oceanography 40(1-4): 109-124, 1997

Lambeck, Kurt
The Earth's Variable Rotation - Geophysical causes and consequences
Cambridge University Press, 1980

Munk, W.H. & McDonald, G.J.F.
The Rotation of the Earth - A Geophysical Discussion
Cambridge University Press, 1960 (reprinted with corrections 1975)

Ray R.D., Bills B.G., Chao B.F.
Lunar and solar torques on the oceanic tides
Journal of Geophysical Research - Solid Earth 104(B8): 17653-17659, August 10, 1999

Slichter, Louis B.
Secular Effects of Tidal Friction upon the Earth's Rotation
Journal of Geophysical Research 68(14), July 15, 1963
(JGR has since broken into 5 separate journals published by the American Geophysical Union)

Stacey, Frank D.
Physics of the Earth
John Wiley & Sons, 1977 (2nd edition)

Touma, Jihad & Wisdom, Jack
Evolution of the Earth-moon system
Astronomical Journal 108(5): 1943-1961, November 1994

Williams, G.E.
Tidal Rhythmites - Key to the History of the Earth's Rotation and the Moon's Orbit
Journal of the Physics of the Earth 38(6): 475-491, 1990

Williams, G.E.
Precambrian Length of Day and the Validity of Tidal Rhythmite paleotidal Values
Geophysical Research Letters 24(4): 421-424, February 15, 1997

Acknowledgements for Figures Used

I am no graphic artist, and readily admit lifting the diagrams used from the following sources.

Figures 1 & 2 are both borrowed from Lunar Tides, a chapter in the Astronomy 161 web syllabus, from the Department of Physics & Astronomy, at the University of Tennessee, Knoxville. They are used with permission of the Artist, Mike Guidry.

Figure 3 comes from the 1989 edition of "Introduction to the World's Oceans" by Alyn & Allison Duxbury (the book is now in its 6th edition, as of July 1999).


1. Rockets

October 4, 1957 marked the dawn of the Space Age, when the Soviet Union launched Sputnik 1, the first human-made satellite. The Soviets were the first to make powerful launch vehicles by adapting World War II-era long-range missiles, especially the German V-2.

From there, space propulsion and satellite technology moved fast: Luna 1 escaped the Earth’s gravitational field to fly past the Moon on January 4, 1959 Vostok 1 carried the first human, Yuri Gagarin, into space on April 12, 1961 and Telstar, the first commercial satellite, sent TV signals across the Atlantic Ocean on July 10, 1962.

The 1969 lunar landing also harnessed the expertise of German scientists, such as Wernher von Braun, to send massive payloads into space. The F-1 engines in Saturn V, the Apollo program’s launch vehicle, burned a total of 2,800 tons of fuel at a rate of 12.9 tons per second.

Saturn V still stands as the most powerful rocket ever built, but rockets today are far cheaper to launch. For example, whereas Saturn V cost $185 million, which translates into over $1 billion in 2019, today’s Falcon Heavy launch costs only $90 million. Those rockets are how satellites, astronauts and other spacecraft get off the Earth’s surface, to continue bringing back information and insights from other worlds.


A Secret Solar Eclipse from Outer Space

Call it the eclipse nobody saw. NASA’s Solar Dynamics Observatory (SDO) got its own private solar eclipse showing from its geosynchronous orbital perch today. Twice a year during new phase, the moon glides in front of the sun from the observatory’s perspective. Although we can’t be there in person to see it, the remote view isn’t too shabby. The events are called lunar transits rather than eclipses since they’re seen from outer space. Transits typically last about a half hour, but at 2.5 hours, today’s was one of the longest ever recorded. The next one occurs on July 26, 2014.


Today’s lunar transit of the sun followed by a strong solar flare

When an eclipse ends, the fun is usually over, but not this time. Just as the moon slid off the sun’s fiery disk, a strong M6.6 solar flare exploded from within a new, very active sunspot group rounding the eastern limb and blasted a CME (coronal mass ejection) into space. What a show!

Approximate view of the moon transiting the sun from SDO’s viewpoint. To make sure SDO didn’t run down its batteries when the sun was blocked, mission control juiced them up beforehand. Crédito: NASA

SDO circles Earth in a geosynchronous orbit about 22,000 miles high and photographs the sun continuously day and night from a vantage point high above Mexico and the Pacific Ocean. About 1.5 terabytes of solar data or the equivalent of half a million songs from iTunes are downloaded to antennas in White Sands, New Mexico every day.

For comparison, the space station, which orbits much closer to Earth, would make a poor solar observatory, since Earth blocks the sun for half of every 90 minute orbit.

When you look at the still pictures and video, notice how distinct the edge of the moon appears. With virtually no atmosphere, the moon takes a “sharp” bite out of the sun.

SDO orbits about 22,000 miles above Earth, tracing out a figure-8 (called an analemma) above the Pacific and Mexico every 24 hours. Crédito: NASA
Read more: http://www.universetoday.com/#ixzz2ruidvZJ5

SDO amazes with its spectacular pictures of the sun taken in 10 different wavelengths of light every 10 seconds additional instruments study vibrations on the sun’s surface, magnetic fields and how much UV radiation the sun pours into space.

Compared to all the hard science, the twice a year transits are a sweet side benefit much like the cherries topping a sundae.

You can make your own movie of today’s partial eclipse by visiting the SDO website and following these easy steps:

* Click on the Datos tab and select AIA/HMI Browse Data
* Click on the Enter Start Date window, select a start date and time and click Done
* Click on Enter End Date and click Done
* Under Telescopes, pick the color (wavelength) sun you want
* Select View in the display box
* Click Submit at the bottom and watch a video of your selected pictures


Life Without the Moon

© All Rights Reserved. Please do not distribute without written permission from Damn Interesting.

Life is a tenuous thing. Earth is just within Sol’s habitable zone, and constantly pelted with solar radiation and cosmic rays. Rocky scraps of cosmic afterbirth constantly cross Earth’s orbit, threatening to eradicate all terrestrial life. In point of fact, it is almost certain that countless Extinction-Level Events would have sterilized the surface of our plucky planet had it not been for our constant companion and benefactor a body which unwittingly wards away many of the ills that could befall us: the moon.

Luna is unique among the observed celestial bodies there is no other satellite closer in size and composition to its mother-planet (if one discounts the dwarf-planet Pluto), and the Earth/moon system is the only tidally locked pair. Furthermore, it also happens to be the only moon in the solar system which is circling an intelligent civilization⁠&mdash a factor which may not be a mere coincidence.

It was 4.5 billion years ago last week that the young planetesimal Earth was forming from the sun’s accretion disk of dust and boulders. Several other aspiring planets were building up nearby. One particularly promising young protoplanet was making some exemplary progress by loitering in Earth’s Lagrange point, allowing it to share Earth’s orbit by staying at a gravitationally neutral distance. As the mass of both young Earth and her smaller rival, Thiea increased, the gravitationally stable Lagrange point was insufficient to keep the worldlets apart, and the proto-worlds were drawn together. Theia, approximately Mars-sized by now, accelerated toward and slammed into Earth at an oblique angle. The heavy core of the smaller world didn’t have the velocity to escape Earth, but a large swath of the lighter mantle material of both were flung into orbit. Within the year, the moon we know was well-under construction⁠&mdashor so goes the popular theory. No one bothered to record for us the the rate of Earth’s spin before the incident, but like a glancing shot off a billiards ball, the Giant Impact certainly made sure it was spinning afterward.

In that era, the moon was much nearer Earth, and would have looked much larger⁠&mdashseveral times the size of the sun. For a long time the moon retained a molten core and the accompanying magnetic fields which left geological marks on our world. When things were almost settled down, there was an era called Late Planetary Bombardment when both Earth and its companion were pelted by impacts that blew planetary debris around, and left some of Earth’s ancient geology on the moon. Over the eons, erosion has scrubbed away all evidence of that ancient time from the Earth, but some of the chunks that were blasted to the moon were preserved in a frozen, unchanged state. Ultimately these remnants of the Earth’s violent youth would be found by enterprising humans, such as the infamous Genesis rock collected by the Apollo 15 astronauts.

Observations of the solar system show us that the moon’s birth was rather unusual. All of the other worlds either lack satellites or have captured them from other places. Of course the moon isn’t Earth’s only unusual resident its surface crawls with all manner of strange and delicate carbon-based life forms. Adherents of the Rare Earth Theory postulate that a large moon such as ours is not merely a benefit for life, but essentially a requirement.

Although our planetary neighbor Mars also technically lies within Sol’s habitable zone, there is reason to speculate that life never could get a foothold there because of its axial tilt. Mars’ axis can wobble from 10 degrees up to the current 25 degrees, and maybe more. This has sometimes leaned one of the poles so sharply that the ice melted, filling the meager atmosphere with water vapor that froze again on the next season. By introducing such extremes to the weather, the planet would potentially go through phases where sheets of ice were laid on the surface for epochs, then melted away when the axis tilt became more favorable. When the Phoenix Lander lands near a Martian icecap in May, we may get a chance to see evidence of this ice age cycle on the surface. While Earth has had its share of ice-ages, the gravity of the moon has acted as a gyroscope, keeping the Earth’s axis steady at 23.5 degrees and sparing us the wild environmental changes Mars faced. This long-term stability has given life a chance to arise amidst a cycle of regular seasonal changes.

A case can also be made that the tides have been invaluable to the evolution of life on our world. The sun alone would cause some tides to occur, though they would be far less than those the moon creates. The surfing would suck, and for many that wouldn’t be a life worth living. The higher tides afforded us by Luna have made long swaths of coastline into areas of that are regularly shifted between dry and wet. These variable areas may have been a proving ground for early sea life to reach out of the oceans and test the land for its suitability as a habitat. Areas farther from shore are only dry at the peak of low-tide, and the period of exposure to air increases as one nears shore, allowing for a subtle progression toward a waterless environment. Early life could have taken advantage of this gradual change to adapt to the wildly different demands of surviving outside the ocean.

It’s not only water being tugged by the moon’s gravity. Perhaps the moon helps keep Earth’s core and seas warmer than they would otherwise be. Since the moon circles the Earth once a month, and the Earth is spinning a full turn at a much quicker 24 hours, the moon’s gravity is creating drag, hence friction, as it pulls at Earth’s surface. This causes several things to happen: first is a perpetual morphing of the crust⁠&mdashlike the amateurish kneading of bread⁠&mdashthat contributes a clumpy, broken mess that we call plate tectonics.

Even Earth’s rotation is slowed by virtue of the Moon’s pull. Without the moon, the Earth might rotate much faster, causing a more turbulent atmosphere, and thus unending gales of life-hostile, skirt-blowing winds. As Luna’s orbit slowly creeps away from the Earth at 1.5 inches per year, her gravimetric drag will eventually slow the Earth’s rotation to match the pace of the moon’s orbit. One day will be 9,600 hours long, and the moon will only be visible from one hemisphere, fixed in the sky. Of course, by then the sun should be in an expanding red-giant phase, slowly engulfing its planets. The sun’s coronal atmosphere could be creating drag against the moon, slowing it toward an eventual breakup as Earth’s gravity tears it apart. The remnants of Luna will fall back to Mother Earth as meteorites, and while it may be a pretty show, it ought to prove bad for property values, and worse for the surf.

If the unlikely set of circumstances which brought forth our moon are as rare as they seem, perhaps ours is the only such planetary system in the entire, vast galaxy or perhaps in our unfashionable limb of the universe. But every once in a great while, when the time is right, two protoplanets who love each other very much can touch each other in a special way, and make life together. Without that magic, astronomical ritual, we certainly would not be here.


The Decade of Discovery in Astronomy and Astrophysics (1991)

ASTRONOMY AND THE SPACE EXPLORATION INITIATIVE

According to current plans for the manned space program, humanity 's return to the moon is not expected to take place until sometime in the first decade of the 21 st century substantial scientific facilities will not be established until even further in the future. Therefore this chapter does not recommend specific projects. Rather, discussion focuses on the moon as a site for astronomical telescopes and the science that may be best done with lunar telescopes. The committee's principal conclusion is that the moon is potentially an excellent site for some astronomical observations. The committee believes that a lunar astronomy program should complement the earth-orbiting satellite program, that both technology and science should proceed in a step-by-step fashion, and that NASA should devote an appropriate fraction of the funding for its Space Exploration Initiative to scientific endeavors, including astronomy. The committee outlines an evolutionary program that will develop necessary technologies and increase the scientific return from a lunar program.

A number of conferences have been held under NASA's auspices on the topic of lunar observatories (Burns and Mendell, 1988 Mumma and Smith, 1990). The reader is referred to these conference proceedings for many stimulating ideas. In the discussion that follows, the term &ldquotelescopes&rdquo is used in the general sense to include interferometers and astronomical instruments at all wavelengths, and equipment for the detection of cosmic rays.

THE MOON AS AN OBSERVATORY SITE

Physical Characteristics

The moon is a slowly rotating spacecraft, 3,476 km in diameter, that always presents the same face to the earth. The moon lacks a significant atmosphere but has a rocky surface covered with dust. Its surface gravity is about one-sixth that of the earth. Table 6.1 describes a typical infrastructure and compares it to other remote observing sites. Table 6.2 lists some of the advantages and disadvantages of the moon as an observatory.

The moon has most of the advantages of any observatory in space. The absence of a lunar atmosphere and ionosphere permits observations over the entire electromagnetic spectrum with a resolution that is limited only by the characteristic size of the telescope. The lunar environment also lends itself to the construction of large, precise structures. The low lunar gravity and the absence of wind make possible telescope mirrors and support structures lighter than those constructed on the earth. The lunar night provides thermal stability, important for maintaining the precise alignment of a large telescope or the separations and orientations of an array of smaller ones. During the lunar night, telescopes can attain the low temperatures, less than 70 K, needed to improve infrared sensitivity. A major advantage of the moon compared with orbital observatory sites is the large, rigid lunar surface on which could be built arrays of telescopes extending over many kilometers to form interferometers.

The disadvantages of the moon compared with a remote site on the earth or in earth orbit include the limited mass that can be sent to the moon, the stringent requirements imposed on the design of instruments that must survive the rigors of space travel, and the need for assembly and operation of complex equipment with only a few workers. A rocket that can send 1,000 kg to low earth orbit, or 400 kg to high earth orbit, can send only 290 kg to the moon. Although lunar gravity is weaker than the earth's, supporting a few tons of telescope is a difficult task not faced by the designer of an orbiting telescope. Cosmic rays and the solar wind impinge directly on the lunar surface, unmoderated by a magnetosphere. Contamination of optical and mechanical components by lunar dust is a potential problem.

Detailed study will be required to determine whether, for any particular instrument, operation from high earth orbit offers advantages relative to operation on the moon. In the very distant future, mining or manufacturing operations on the moon might create an infrastructure that could make the moon an attractive site for many astronomical facilities.

A Human Presence

The presence of astronauts offers both advantages and disadvantages for astronomy. Astronauts are able to install and repair astronomical facilities, albeit on a restricted work schedule and with dexterity limited by spacesuits. The direct


Life Without the Moon

© All Rights Reserved. Please do not distribute without written permission from Damn Interesting.

Life is a tenuous thing. Earth is just within Sol’s habitable zone, and constantly pelted with solar radiation and cosmic rays. Rocky scraps of cosmic afterbirth constantly cross Earth’s orbit, threatening to eradicate all terrestrial life. In point of fact, it is almost certain that countless Extinction-Level Events would have sterilized the surface of our plucky planet had it not been for our constant companion and benefactor a body which unwittingly wards away many of the ills that could befall us: the moon.

Luna is unique among the observed celestial bodies there is no other satellite closer in size and composition to its mother-planet (if one discounts the dwarf-planet Pluto), and the Earth/moon system is the only tidally locked pair. Furthermore, it also happens to be the only moon in the solar system which is circling an intelligent civilization⁠&mdash a factor which may not be a mere coincidence.

It was 4.5 billion years ago last week that the young planetesimal Earth was forming from the sun’s accretion disk of dust and boulders. Several other aspiring planets were building up nearby. One particularly promising young protoplanet was making some exemplary progress by loitering in Earth’s Lagrange point, allowing it to share Earth’s orbit by staying at a gravitationally neutral distance. As the mass of both young Earth and her smaller rival, Thiea increased, the gravitationally stable Lagrange point was insufficient to keep the worldlets apart, and the proto-worlds were drawn together. Theia, approximately Mars-sized by now, accelerated toward and slammed into Earth at an oblique angle. The heavy core of the smaller world didn’t have the velocity to escape Earth, but a large swath of the lighter mantle material of both were flung into orbit. Within the year, the moon we know was well-under construction⁠&mdashor so goes the popular theory. No one bothered to record for us the the rate of Earth’s spin before the incident, but like a glancing shot off a billiards ball, the Giant Impact certainly made sure it was spinning afterward.

In that era, the moon was much nearer Earth, and would have looked much larger⁠&mdashseveral times the size of the sun. For a long time the moon retained a molten core and the accompanying magnetic fields which left geological marks on our world. When things were almost settled down, there was an era called Late Planetary Bombardment when both Earth and its companion were pelted by impacts that blew planetary debris around, and left some of Earth’s ancient geology on the moon. Over the eons, erosion has scrubbed away all evidence of that ancient time from the Earth, but some of the chunks that were blasted to the moon were preserved in a frozen, unchanged state. Ultimately these remnants of the Earth’s violent youth would be found by enterprising humans, such as the infamous Genesis rock collected by the Apollo 15 astronauts.

Observations of the solar system show us that the moon’s birth was rather unusual. All of the other worlds either lack satellites or have captured them from other places. Of course the moon isn’t Earth’s only unusual resident its surface crawls with all manner of strange and delicate carbon-based life forms. Adherents of the Rare Earth Theory postulate that a large moon such as ours is not merely a benefit for life, but essentially a requirement.

Although our planetary neighbor Mars also technically lies within Sol’s habitable zone, there is reason to speculate that life never could get a foothold there because of its axial tilt. Mars’ axis can wobble from 10 degrees up to the current 25 degrees, and maybe more. This has sometimes leaned one of the poles so sharply that the ice melted, filling the meager atmosphere with water vapor that froze again on the next season. By introducing such extremes to the weather, the planet would potentially go through phases where sheets of ice were laid on the surface for epochs, then melted away when the axis tilt became more favorable. When the Phoenix Lander lands near a Martian icecap in May, we may get a chance to see evidence of this ice age cycle on the surface. While Earth has had its share of ice-ages, the gravity of the moon has acted as a gyroscope, keeping the Earth’s axis steady at 23.5 degrees and sparing us the wild environmental changes Mars faced. This long-term stability has given life a chance to arise amidst a cycle of regular seasonal changes.

A case can also be made that the tides have been invaluable to the evolution of life on our world. The sun alone would cause some tides to occur, though they would be far less than those the moon creates. The surfing would suck, and for many that wouldn’t be a life worth living. The higher tides afforded us by Luna have made long swaths of coastline into areas of that are regularly shifted between dry and wet. These variable areas may have been a proving ground for early sea life to reach out of the oceans and test the land for its suitability as a habitat. Areas farther from shore are only dry at the peak of low-tide, and the period of exposure to air increases as one nears shore, allowing for a subtle progression toward a waterless environment. Early life could have taken advantage of this gradual change to adapt to the wildly different demands of surviving outside the ocean.

It’s not only water being tugged by the moon’s gravity. Perhaps the moon helps keep Earth’s core and seas warmer than they would otherwise be. Since the moon circles the Earth once a month, and the Earth is spinning a full turn at a much quicker 24 hours, the moon’s gravity is creating drag, hence friction, as it pulls at Earth’s surface. This causes several things to happen: first is a perpetual morphing of the crust⁠&mdashlike the amateurish kneading of bread⁠&mdashthat contributes a clumpy, broken mess that we call plate tectonics.

Even Earth’s rotation is slowed by virtue of the Moon’s pull. Without the moon, the Earth might rotate much faster, causing a more turbulent atmosphere, and thus unending gales of life-hostile, skirt-blowing winds. As Luna’s orbit slowly creeps away from the Earth at 1.5 inches per year, her gravimetric drag will eventually slow the Earth’s rotation to match the pace of the moon’s orbit. One day will be 9,600 hours long, and the moon will only be visible from one hemisphere, fixed in the sky. Of course, by then the sun should be in an expanding red-giant phase, slowly engulfing its planets. The sun’s coronal atmosphere could be creating drag against the moon, slowing it toward an eventual breakup as Earth’s gravity tears it apart. The remnants of Luna will fall back to Mother Earth as meteorites, and while it may be a pretty show, it ought to prove bad for property values, and worse for the surf.

If the unlikely set of circumstances which brought forth our moon are as rare as they seem, perhaps ours is the only such planetary system in the entire, vast galaxy or perhaps in our unfashionable limb of the universe. But every once in a great while, when the time is right, two protoplanets who love each other very much can touch each other in a special way, and make life together. Without that magic, astronomical ritual, we certainly would not be here.


Homework Answer Key: Homework 2

[Answer] The simplest way to calculate this answer is to compare a geosynchronous orbit with that of the moon: (P 2 )Luna (a 3 )Luna
------------- = --------
(P 2 )geosyn (a 3 )geosyn

(27.32 days) 2 (384,000 km) 3
------------- = -----
(1 day) 2 (a 3 )geosyn

(a 3 )geosyn = 5.66 x 10 16 / 7.46 x 10 2 km 3 = 7.58 x 10 13 km 3

ageosyn = 4.23 x 10 4 km

[Answer]
From this histogram, we see that at about 3.25 AU there is a dramatic dropoff almost to zero of asteroids with orbits of this size. Thus, almost no asteroids have orbits with orbital periods with the ratio of 2:1 to that of Jupiter's orbital period.

We also see that there is a dramatic dropoff at 2.5 AU, one of the so-called gaps in the asteroid belt. So again, few asteroids have orbits at this position.


Potential Methods:

When it comes to terraforming the Moon, the possibilities and challenges closely resemble those of Mercury. For starters, the Moon has an atmosphere that is so thin that it can only be referred to as an exosphere. What’s more, the volatile elements that are necessary for life are in short supply (i.e. hydrogen, nitrogen, and carbon).

Artist’s concept of a terraformed Moon. Credit: ittiz

These problems could be addressed by capturing comets that contain water ices and volatiles and crashing them into the surface. The comets would sublimate, dispersing these gases and water vapor to create an the atmosphere. These impacts would also liberate water that is contained in the lunar regolith, which could eventually accumulate on the surface to form natural bodies of water.

The transfer of momentum from these comet would also get the Moon rotating more rapidly, speeding up its rotation so that it would no longer be tidally-locked. A Moon that was sped up to rotate once on its axis every 24 hours would have a steady diurnal cycle, which would make colonization and adapting to life on the Moon easier.

There is also the possibility of paraterraforming parts of the Moon in a way that would be similar to terraforming Mercury’s polar region. In the Moon’s case, this would take place in the Shackleton Crater, where scientists have already found evidence of water ice. Using solar mirrors and a dome, this crater could be turned into a micro-climate where plants could be grown and a breathable atmosphere created.


The Moon in Culture and Folklore

The Moon’s prominence in the sky and its regular cycles have captured the interest of people worldwide through all of recorded history. It has been used for very practical purposes such as timekeeping, but it has also been the subject of legends, superstitions, and sayings.

For many thousands of years, people have used the apparent motions of the more obvious heavenly bodies as a basis for timekeeping (often for setting the dates of various religious festivals). The most important such body is obviously the Sun, but most cultures have tried to incorporate the Moon’s cycles into calendar schemes as well. A problem arises, though the 29.53 day lunar phase cycle (essentially the “month”) is not divisible a whole number of times into the solar year (365.256 days). There are 12.37 such lunations in a year, or 12 “months,” with about 11 days left over. One type of solution is a “lunisolar” calendar, in which a sort of “leap month” is inserted every few years to correct the 11-day-per-year discrepancy. This approach is used in the Jewish, Chinese, and Hindu calendars. The Islamic calendar, on the other hand, is purely lunar but is used alongside a solar one. The most widely used modern calendar—the Gregorian—is purely solar, so its months are a bit longer than the lunar cycle, and no effort is made to correlate them with that cycle.

A vast number of superstitions involve the Moon. It has been suspected of causing or curing diseases, aiding or retarding the growth of crops, altering the weather, and bringing either good or bad luck to those who see it. One such belief was that sleeping under moonlight would render one “moonstruck,” or mad. Such a person would then be a “lunatic.”

The idea that the Moon influences human behavior has persisted into modern times. Many people believe that the full Moon is associated with anything from increased crime to increased birthrates. Some early studies appeared to support these ideas, but more-recent large studies have shown little if any correlation between Moon phase and such occurrences. For example, a study of 70 million births in the United States found no statistically significant correlation between the number of babies born and the phase of the Moon, in spite of a widespread belief (even on the part of some health-care professionals) that more babies are born near the full Moon.

Some people believe that the Moon exerts tidal influences on the body that might explain these purported phenomena. It is instructive, however, to compare the tidal influence of the Moon to that of a person standing a dozen feet away. The Moon is about 10 21 times as massive as the person, but it is also about 10 8 times farther away. Since tidal effects vary as the inverse cube of distance, this weakens the effect by a factor of 10 24 . The result is that one person standing across the room from another exerts about 1,000 times as much tidal effect on that person as the Moon does.

Though it now appears that any lunar effects on humans are subtle at best, there are clear effects on many marine organisms. These effects are largely due to the importance of the tides but perhaps also to variations in moonlight. Some nocturnal terrestrial creatures’ behavioral patterns may be Moon-related also, probably owing to the importance of moonlight.


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