La Luna con sus cambiantes aspectos definitivamente captura la atención de los que tenemos la fortuna de poder mirar hacia el espacio. Los diferentes aspectos de la Luna se llaman fases y ocurren porque el satélite se mueve alrededor de La Tierra. Y es mejor que lo siga haciendo, porque de otro modo nos caería encima. La velocidad media que le permite combatir incesantemente a la gravedad terráquea, es de 3.636 kilóme­tros por hora, es decir unos 1.000 metros por segundo. Su órbita se completa en un tiempo de 27,3 días, describiendo una elipse donde su distancia a la Tierra varía en el rango 356.000 – 407.000 kilómetros.

Debido a esta distancia variable, su diámetro aparente también varía y por ello ocurren a veces eclipses anulares, cuando su disco no alcanza a cubrir totalmente al disco solar. En ocasiones la luna llena parece más grande, porque efectivamente está más próxima. Pero estas diferencias reales ocurren entre lunación y lunación. Dentro de una misma noche, la Luna conserva más o menos el mismo diámetro aparente. Cuando el satélite emerge por encima de los Andes suele asombrarnos con su diámetro, que luego parece encoger a medida que asciende hacia el meridiano. Pero esta reducción es una ilusión óptica, al quedar nuestra visión sin un objeto de comparación. Esta ilusión ocurre también con las constelaciones, cuyas estrellas parecen estar más separadas cuando se encuentran más próximas al horizonte. El lector puede eclipsar la luna con una moneda eligiendo una distancia exacta para que coincidan los diámetros (1) y comprobará que tal distancia no varía durante el ascenso del astro por el cielo.

Las fases lunares siguen esta secuencia: cuando la Luna se ubica entre la Tierra y el Sol, su cara no iluminada está dirigida hacia nuestro globo y no la vemos en el cielo: es la fase de luna nueva o Novilunio. Luego aparece una delgada hoz hacia occi­dente, poco después de la puesta del sol: comienza la fase creciente. El delgado cuchillo celeste crece hasta convertirse en una brillante luna llena o Plenilunio. En este momento los astros adoptan la configuración Sol-Tierra-Luna. La Tierra queda al medio y por ello vemos a La Luna y al Sol ocupando posiciones diametralmente opuestas en el cielo (180 grados). Cuando el Sol se pone por occidente, la Luna asoma por oriente y viceversa. La Luna entra luego en fase menguante, para sumergirse otra vez en el área del cielo dominada por el brillo solar.

Cualquiera de las fases se repite en 29,5 días, tiempo 2,2 días más largo que los 27,3 días que dura la órbita lunar. La razón de esta sorprendente diferencia, es que las fases de la Luna dependen no sólo de su trasla­ción alrededor de La Tierra, sino también de la traslación de la Tierra alrededor del Sol. Como la Luna está obligada a acompañar a La Tierra (en realidad constituyen ambas un sistema planetario) en su viaje anual alrededor del Sol, nos presenta también un cambio de fase como producto de este paseo. Para que se produzca la fase de plenilunio, el Sol la Tierra y la Luna tienen que estar en línea. En 27 días, la Tierra se adelanta en su órbita lo bastante como para que la Luna tenga que viajar otros 2,2 días más para alcanzar nuevamente la línea Tierra-Sol y exhibir así otra fase de luna llena a los habitantes de la Tierra. Si no ha enten­dido nada no sienta ni la más mínima vergüenza, pues el movimiento de los astros suele resultar complicado de imaginar. Digamos de paso que al período de 27,3 días que tarda la Luna en recorrer su órbita se le llama revolución sideral (con respecto a las estrellas), mientras que al tiempo de 29,5 días que separa una fase lunar de otra igual, se le conoce como revolución sinódica.

Nuestro satélite aparece cada noche un poco más tarde y corrido hacia el este con respecto a las constelaciones. Este fenómeno es constante y es la prueba visible de la órbita lunar alrededor de la Tierra. A la relativamente modesta velocidad promedio de 1.000 metros por segundo, el disco lunar se desplaza lo suficiente para aparecer cada noche unos 50 minutos más tarde que la noche anterior. En su recorrido sideral hacia el oriente va eclipsando estrellas, planetas y hasta al mismo Sol, en una secuencia que los astrónomos son capaces de predecir con asombrosa exactitud. (El recorrido hacia el este queda superpuesto al movimiento diurnal hacia occidente. En definitiva el disco avanza hacia el oeste, pero más lento que las estrellas).
La faz de la Luna también es iluminada desde la Tierra. Luego de brotar del globo solar, la luz del astro rey viaja durante 8 minutos hasta dar contra nuestro planeta. Nubes y mares, desiertos, selvas y glaciares, devuelven al espacio en conjunto un 36% (2) de la luz recibida. En Tierra llena, esta luz encuen­tra en su camino al cuerpo del satélite, que recíprocamente se nos presenta en fase de luna nueva. Cuando recién comienza la fase de luna cre­ciente o cuando ya termina la fase menguante, la retina puede percibir este último reflejo, que se llama luz cenicienta. Encima de la delgada hoz es visible difusamente el resto del disco lunar, fantasmal aspecto conocido como “la luna vieja en brazos de la nueva”.

La Luna todavía interviene en las actividades humanas. La fecha en que debe celebrarse la Semana Santa está regulada por el astro lunar. La fecha de Pascua de Resurrección no puede ser fija, pues debe caer en un domingo. Si los años tuviesen un número exacto de semanas, la fecha de Pascua hubiera podido quedar fija. Pero el año común dura 52 semanas y un día y por lo tanto el año siguiente comien­za corrido en un día de la semana. Por ejemplo, 1999 comenzó un viernes y 2000 comenzará un sábado. Peor aún, los años bisiestos tienen 52 semanas y 2 días, de manera que el día de inicio del año siguiente a un bisiesto se corre 2 días. El año 2000 será bisiesto. Por ello, 2001 comenzará no un domingo, sino un lunes.

La Iglesia Católica resolvió la cuestión de la fecha de Pascua de Resurrección en el Concilio de Nicea, celebrado el año 325 después de J.C. Se dispuso que la fecha del Domingo Santo (Easter Day en inglés), corresponde al Primer domingo que cae después de la luna llena que ocurra durante o inmediatamente después del 21 de marzo. (Equinoccio vernal eclesiástico, fijo el 21 de marzo, que difiere del equinoccio vernal astronómico). El 21 de marzo la Luna puede estar en cualquier fase. Si justo hay luna llena la noche del 21, esa será la primera del otoño eclesiástico. Si el 21 cae justo un sábado, entonces el día siguiente, domingo 22, cumple con todas las condiciones y por lo tanto será Domingo Santo. Esta es la Semana Santa más temprana que puede ocurrir y la última vez que sucedió fue en 1818. La Semana Santa más tardía ocurrirá en las siguientes condiciones: si la luna llena cae el 20 de marzo, esa será la última del verano eclesiástico. La primera luna llena eclesiástica del otoño ocurrirá 29 días más tarde, es decir la noche del 18 de abril. De acuerdo a la regla eclesiástica, el domingo siguiente al 18 de abril deberá ser pues el Domingo Santo. Si el 18 de abril resulta ser justo día domingo, enton­ces la Pascua de Resurrección caerá el domingo 25, que cumple con la condición de ser el primer domingo que ocurre después de la primera luna llena del otoño. Esta es la Semana Santa más adentrada en el año que podría ocurrir y la última vez que sucedió fue en 1943.

En el presente año de 1999, marzo contiene 2 lunas llenas. Estos meses son casos raros y a la segunda luna se le conoce como Luna Azul. La luna azul de marzo ocurrirá el miércoles 31 y será también la primera del otoño. Por ello, el primer domingo más próximo, domingo 4 de abril, será Domingo Santo. Como podemos ver, dentro de la Semana Santa siempre hay luna llena en algún momento comprendido entre el domingo previo al Domingo Santo y el Sábado Santo inclusive. Para todos los humanos efectos prácticos, la luna llena no dura sólo un riguroso instante astronómico, sino que se nos presenta bastante gorda durante dos o tres días consecutivos. Por eso, la Semana Santa cuenta siempre con la presencia de una hermosa Luna Santa.

por Juan Antonio Bley.
Este artículo fue publicado en abril de 1999, en la serie de Astronomía “Conozca el Cielo”, de la Revista Conozca Más.

El Sol flota a 150 millones de kilómetros de la Tierra. Para captar esta distancia en su debida escala, imaginemos al Sol como una esfera de 1 metro de diámetro. Para guardar las dimensiones correctas, la Tierra sería una bolita de 9 milímetros situada a una cuadra. Es una distancia que sorprende a mucha gente. Pero aún desde tan lejos, el Sol descarga una tremenda cantidad de energía sobre la cara iluminada de nuestro globo. Cada metro cuadrado enfrentado perpendicularmente a los rayos solares recibe una radiación de 0,7 kilowatts, cuya potencia podría mantener encendidas 7 ampolletas de 100 watts cada una. Esto explica el agradable entibiamiento de una habitación santiaguina orientada hacia el inclinado Sol del invierno. O la fantástica evaporación en los mares tropicales. La ciudad de Antofagasta recibe el total de dicha radiación alrededor del 21 de diciembre, época en que los rayos del sol caen al mediodía perpendicularmente sobre el terreno. Y esto es a nivel del mar, después de que los rayos solares se han fatigado atravesando toda la atmósfera. En Chuquicamata, que yace a una altitud de 2.850 metros, la radiación sube a casi 1 kilowatt por metro cuadrado. En el límite superior de la atmósfera, a unos 1.000 kilómetros de altitud, se recibe una radiación cercana a 1,3 kilowatts, que se llama La Constante Solar.

Como vemos, la Tierra recibe por el hemisferio diurno una cantidad enorme de energía solar, casi la única responsable de todo el flujo energético en la superficie del planeta. Desde el crecimiento de una planta hasta el desarrollo de un tornado, todo es a causa del Sol. El petróleo contiene energía solar producida hace millones de años y envasada convenientemente dentro de la Tierra para el consumo de que hoy gozamos. Pero es fácil comprobar como desciende la temperatura al ponerse el Sol bajo el horizonte. En los desiertos la noche se pone gélida rápidamente. Si el Sol se extinguiera, pronto cesaría todo intercambio calórico en la biosfera. El calor interno procedente desde el radiactivo interior del globo no sería capaz de contrarrestar al intenso frío del espacio, cuya temperatura general es de 180 grados centígrados bajo cero. Los vientos cesarían, las plantas dejarían de crecer, los mares se helarían. Cortado el suministro de energía solar, en pocos meses toda forma de vida moriría. Sería la noche más absoluta y oscura.

Que el cielo nocturno sea oscuro parece un hecho trivial. Pero la noche no tendría porqué ser oscura. En realidad tendría que ser brillante. Más brillante que nuestros actuales días. De acuerdo a los cálculos cosmológicos, el cielo debería ser 50.000 veces más brillante que el sol, de manera que el supremo astro sería totalmente invisible en el cielo diurno, perdido en la inmensidad del brillo sideral. En la Tierra debería reinar una temperatura de 5.000 o 6.000 grados y ningún ser vivo poblaría su calcinada superficie. Estas increíbles afirmaciones son el resultado del más puro análisis científico, como tantos otros asombrosos ejemplos deductivos que la ciencia astronómica ha regalado a la humanidad a lo largo de la historia. Trataré de relatar como es que se arribó a conclusiones tan interesantes.

La invención del telescopio permitió descubrir que las lechosas nebulosidades de la vía láctea eran estrellas y más estrellas. A medida que se perfeccionaba el telescopio, el límite del universo se alejaba más y más, como el arco iris. Los espejos de los grandes reflectores condensaron las imágenes de lejanas galaxias, descubriéndose que también estaban compuestas por miríadas de estrellas. Los astrónomos comprendieron que nuestra propia vía láctea era también una galaxia. Todo el cosmos estaba repleto de estrellas, pero extrañamente la noche era oscura. Es posible que mucho antes del telescopio, espíritus geniales hayan vislumbrado ya la inconsistencia entre un universo presuntamente infinito repleto de estrellas y la oscuridad del espacio. Se sabe que el gran Kepler analizó el problema. Edmund Halley, el predictor del más famoso de los cometas, se refirió por escrito al asunto. Pero la historia de la ciencia registra que el campeón del problema de las oscuridades intergalácticas fue Heinrich Wilhem Olbers, nacido en 1758 en Arbergen, Alemania, la nación imperial que en medio del bélico ambiente del teatro europeo donde brillaba Bonaparte, regaló a la humanidad enormes genios de la filosofía, la ciencia, las letras, la música y las demás artes. En aquella dorada época de los imperios brillaron los germánicos espíritus de Kant, Goethe, Kirchhoff, Beethoven, Gauss y aún del ficticio profesor Otto Liddenbrock, aquel iracundo y excelso explorador de las entrañas terrestres creado por el gran Verne.

Olbers quedó huérfano de padre a los 14 años de edad. Desde aquel instante comenzó a dedicarse con ardor al estudio de la Astronomía. Sin embargo, con soberbia mentalidad práctica, el joven eligió la carrera de Medicina para ganarse el sustento y en 1777 entró a estudiar para médico a la Universidad de Gotinga, al mismo tiempo que estudiaba por su cuenta la ciencia sideral. Pero Olbers no era un simple aficionado que dejaría a la astronomía como un hobby lateral. Al tiempo que estudiaba Medicina, aprendía también el cálculo infinitesimal. Mientras atendía a sus enfermos como médico general en Bremen, calculaba órbitas cometarias. Desarrolló un método nuevo para el cálculo de órbitas, que hizo época en la historia de la astronomía. Alcanzó la gloria eterna con el descubrimiento en 1802 y 1807 de los asteroides Pallas y Vesta, dos de los cuatro mayores asteroides conocidos. Descubrió su cometa propio en 1815, un cometa periódico que vuelve cada 70 años y que por cierto se llama cometa de Olbers. Mientras que de Medicina escribió casi nada, de Astronomía publicaba sistemáticamente en el Anuario de Bode. Finalmente, abandonó la práctica médica en 1822 y en 1826 publicó en dicho anuario una elegante memoria llamada «De La Translucidez De Los Espacios Celestes», donde presentó el antiguo problema en la forma de una paradoja, que desde aquel entonces se conoce como la paradoja de Olbers. El doctor, que murió en Brema, Alemania, en 1840, se distinguía por su claridad y elegancia literaria, pero como no disponemos de la traducción de la obra original, presentaré libremente la famosa paradoja de la manera más ilustrativa que se pueda:

El universo puede ser concebido como una esfera de radio infinito, compuesta de innumerables capas concéntricas comparables a las capas de una cebolla. Sólo para ilustrar el punto, podemos figurarnos que cada capa tiene un grosor de 1 millón de años luz. Si suponemos a la Tierra ubicada al centro de la cebolla cósmica, recibirá la luz acumulada de las galaxias contenidas en cada una de estas capas. Ahora bien, la luz de las galaxias más lejanas se debilitará por la distancia, pero esta debilidad será compensada por el mayor número de galaxias que pueblan las capas más remotas, puesto que éstas son de mayor volumen, tal como las capas superiores de un lago contienen más agua que las capas del fondo. Se demuestra matemáticamente que el empobrecimiento de la luz por efecto de la distancia, es exactamente compensado por el mayor número de galaxias contenidas en aquellas capas más distantes, resultando en resumen que cada capa haría llegar a la Tierra la misma cantidad de energía.

Puesto que hemos admitido que las capas son infinitas, no queda más que aceptar que el cielo debería estar inundado por una infinita cantidad de luz y calor. Pero en cambio, la noche es oscura. Esta es la paradoja de Olbers, cuya resolución ha resistido varios intentos que en su día parecieron sólidos.

La oscuridad del cielo nocturno, siendo paradojal, es una de las muchas condiciones ambientales que han determinado el progreso de la vida terrestre. Nuestros organismos se han adaptado a un mundo en que las variables de temperatura, luminosidad, gravedad, presión, radioactividad, magnetismo, vulcanismo, tectonismo, nivel del mar, velocidad de los vientos, meteoritos por milenio, etcétera, se mueven dentro de rangos relativamente estrechos. Las reglas del juego son estables. Figúrese el lector que de pronto los vientos alisios comenzaran a soplar a 1.200 Kph, en lugar de la moderada velocidad de 25 a 30 Kph con que suelen empujar a los veleros hacia el oeste. O que la Tierra temblara cada 30 minutos con un terremoto grado 12. O que la paradoja de Olbers no existiera y el cielo fuera en toda su extensión tan brillante como el disco solar. Ciertamente, la vida no sería posible tal como la conocemos. Hoy, luego de un tiempo estimado en 15 mil millones de años de inexorable evolución, vivimos en un universo bastante estable, donde el homo sapiens es el producto más perfeccionado y reciente del progreso evolutivo, aunque tal vez no el último.

La paradoja de Olbers permite que el espacio sideral sea frío y oscuro, en lugar de un horno reverberante donde el desarrollo de las especies hubiera sido imposible. ¿Por qué el cielo nocturno es oscuro y no brillante como el día? El primer intento de resolución de la paradoja se debe al mismo Olbers, postulando que la materia oscura del universo atraparía la luz de las estrellas más lejanas, haciendo así al cielo oscuro. El material absorbente bien puede ser polvo cósmico o gas sideral. Y aunque efectivamente flotan considerables masas de tales elementos opacos en los espacios interestelares, la hipótesis no resistió demasiado, por una razón muy sencilla: la materia oscura no podría absorber por mucho tiempo la energía estelar sin saturarse para luego calentarse y brillar, emitiendo por fin el mismo flujo de calor y luz recibido. Sería como tratar de resistir el calor de un incendio con una plancha de acero. Pronto el metal se pondría al rojo vivo, emitiendo por un lado el mismo calor que recibe por el otro. Por lo tanto, esta primera hipótesis fue descartada y la noche siguió siendo inexplicablemente oscura.

A continuación se intentó dar solución al enigma mediante el argumento de que las estrellas y galaxias más próximas a la Tierra deberían bloquear con sus cuerpos la luz procedente de aquellas que pueblan la profundidad del universo. Este es un razonamiento muy lógico y en verdad así ocurre. Pero no es suficiente para resolver la rebelde paradoja: a pesar del bloqueo, el cielo debería ser en toda su extensión tan luminoso como la superficie del sol, debido a que las estrellas y galaxias disponibles para hacer de pantalla también son infinitas, y aparecerían en último término pegadas unas a otras, aportando luz para llenar cada punto de la esfera celeste. En consecuencia, esta idea también fue descartada y la noche siguió siendo inexplicablemente oscura.

La paradoja no volvió a ser amenazada durante un largo tiempo, hasta los trabajos que realizó el astrónomo norteamericano Edwin Hubble durante los años 20 del siglo XX. Hubble fue un personaje interesante y atractivo, que estudió derecho en Oxford, Inglaterra y luego, obedeciendo a su corazón tal como hiciera mucho antes el Dr. Olbers, estudió astronomía obteniendo su doctorado en la Universidad de Chicago en 1917. Para no dejar ninguna duda respecto de su condición de personaje interesante, Hubble era aficionado al boxeo. Su elección de carrera fue un gran acierto no sólo personal, sino también para la ciencia universal. Estudió las estrellas de remotas galaxias con el gran reflector de Monte Wilson, situado en Pasadena, California, e inaugurado en 1917, el mismo año del doctorado de Hubble. A la sazón el telescopio era el mayor del mundo, dotado con un espejo de 254 centímetros de diámetro. Con la inmensa capacidad recolectora que posee el espejo (hasta hoy perfectamente operativo), se puede condensar suficiente luz de una galaxia lejana como para obtener de ella un espectro aceptable. Los espectros (una especie de arco iris hipertecnificado de la fuente luminosa), contienen una sorprendente cantidad de información de los cuerpos celestes. Gracias al análisis espectral, se pudo determinar la composición química de las estrellas. La técnica obtuvo sus primeros éxitos luego de los descubrimientos del alemán Kirchoff en 1859, apenas 34 años después de que el filósofo francés Augusto Comte, el padre de la sociología, afirmara en su libro Filosofía Positiva que el hombre jamás podría resolver el misterio de la composición de las estrellas.

Pero además de la química del cuerpo emisor de la luz, el genial análisis espectral puede entregar casi toda la información que caracteriza a una estrella. Entre muchos otros datos, el espectro permite medir el movimiento radial del astro. Esto es posible gracias al famoso fenómeno llamado «corrimiento de las rayas del espectro» debido al efecto Doppler-Fizeau. Si las líneas espectrales del cuerpo celeste se corren hacia el extremo rojo del espectro, significa que las ondas originales se están alargando y que la galaxia se aleja de la Tierra. Por el contrario, un corrimiento de las rayas hacia el extremo violeta significa que las ondas emitidas se acortan y el cuerpo celeste se aproxima. A mayor desplazamiento de las rayas, mayor velocidad radial del cuerpo y Hubble descubrió además que la velocidad estaba directamente relacionada con la distancia. Mientras más lejos se encuentra una galaxia de la Tierra, más rápido se aleja. Y esto condujo al fantástico descubrimiento de que el universo se expande, como un anillo de humo que sale de una pipa. Cada partícula de humo se aleja de cualquiera de las demás partículas del anillo y eso exactamente es lo que están haciendo las galaxias. La noticia de que el universo se expandía causó un enorme impacto. Hubble alcanzó la gloria eterna junto a su fiel ayudante Milton Humason, quien se quemó las pestañas noche tras noche fotografiando galaxias, tomando espectros y comprobando cada una de las predicciones que hacía Hubble.

La expansión del universo iluminó instantáneamente las mentes de aquellos que seguían preocupados de la paradoja de Olbers: la respuesta por fin parecía haber llegado. Puesto que el universo se expande, la luz de las galaxias más remotas debía alargarse y debilitarse. La paradoja parecía haber recibido una solución definitiva. Sin embargo, hay un problema: resulta que así como la luz visible de las galaxias se corre hacia el rojo y hacia el infrarrojo debido a la velocidad de recesión del cuerpo emisor, así también la luz invisible (ultravioleta) se corre hacia el sector de luz visible del espectro, compensando el efecto. En otras palabras, la luz visible que se escapa hacia el infrarrojo, es repuesta desde el lado del ultravioleta. A pesar del fenómeno expansivo, la noche debería ser brillante como el sol. Pero la noche continúa siendo inexplicablemente oscura.

A la fecha, la mejor respuesta para la paradoja de Olbers parece estar en una combinación de dos factores fundamentales: primero, las estrellas no viven eternamente y segundo, el enorme tamaño del universo. La paradoja de Olbers asume que la luz de todas las galaxias alcanza simultáneamente a la Tierra, a menos que sea bloqueada por otra galaxia o estrella ubicada en la línea visual de la Tierra, que para el caso es lo mismo. Pero resulta que jamás nos alcanzará simultáneamente la luz de todas las estrellas que pueblan el espacio, porque el universo es demasiado grande. Una estrella puede vivir cuando mucho 4 o 5 mil millones de años. Supongamos que una estrella nace en una galaxia situada hoy a 5 mil millones de años luz de la Tierra. Para cuando su luz alcance a nuestro planeta, otra estrella más vieja ya habrá perecido, descontando así la luz de la estrella nueva.

Bueno, el tema es verdaderamente fascinante y pertenece ciertamente a los profundos dominios de la cosmología, la rama astronómica que investiga los orígenes y la evolución del universo. Cuando el gran telescopio de Monte Paranal quede integrado por sus cuatro espejos adaptativos, la capacidad detectora de la astronomía habrá dado un salto significante. Como ha ocurrido tantas veces en la historia de la ciencia, es posible que las actuales hipótesis sean sustituidas por otras.

©1999, Juan Antonio Bley

Este artículo fue publicado en mayo y junio de 1999, en la serie de Astronomía Conozca el Cielo, de la Revista Conozca Más (Chile).