- La marea alta en la Tierra suele describirse como dos protuberancias en direcciones opuestas del planeta
- Este fenómeno se explica por la atracción gravitatoria de la Luna y la fuerza centrífuga
- Una protuberancia se produce por la atracción de la Luna, y la del lado opuesto por la fuerza centrífuga
- Estas dos protuberancias son una causa principal del fenómeno de las mareas (pleamar y bajamar) en el océano
- En la práctica, los patrones de pleamar y bajamar se ven afectados por factores complejos como la topografía y la profundidad del mar
Does Earth have two high-tide bulges on opposite sides?
Resumen de la pregunta
- Se plantea si en la Tierra se forman dos protuberancias de marea alta sobre la superficie del mar
- Una aparece en la dirección en la que la Luna atrae a la Tierra, y la otra en el lado opuesto
- Se solicita una explicación física de este fenómeno
Principio básico de las mareas
- La atracción gravitatoria de la Luna tira de parte del agua de los océanos hacia ella, y al mismo tiempo se produce pleamar en el lado opuesto
- En el lado más cercano a la Luna, el agua del mar se eleva en forma de protuberancia de marea alta por la gravedad lunar
- En el lado opuesto, actúa la fuerza centrífuga alrededor del centro de masa común formado por la Tierra y la Luna, lo que genera otra protuberancia de marea alta
Explicación matemática y física
- Este fenómeno se explica considerando la gravedad, la fuerza centrífuga y el movimiento del sistema Tierra-Luna
- En la realidad, hay diferencias respecto al modelo teórico de dos protuberancias perfectas debido a factores complejos como la profundidad del mar, la topografía del fondo marino y la rotación terrestre
Aplicación en el mundo real
- La explicación anterior es un modelo teórico simplificado
- Los patrones reales de las mareas en la Tierra presentan comportamientos diversos por factores oceanográficos y ambientales complejos
- Aun así, en lo fundamental sí existen dos protuberancias de marea alta
Conclusión
- En la superficie del mar terrestre se forman casi al mismo tiempo dos principales protuberancias de marea alta en direcciones opuestas debido a la atracción gravitatoria de la Luna y la fuerza centrífuga
- Aunque el fenómeno real está influido por la topografía marina, el viento y otros factores, las dos protuberancias de marea alta constituyen una estructura básica explicable desde la física
1 comentarios
Opiniones de Hacker News
Se enfatiza que el problema de predecir las mareas fue un tema muy importante, al que dedicaron atención grandes figuras de la física y las matemáticas. Es fácil imaginar lo crucial que debió de ser la predicción de mareas incluso en el desembarco del Día D. En la década de 1860, Lord Kelvin diseñó una computadora analógica de propósito especial basada en series de Fourier y análisis armónico, una máquina accionada por engranajes y levas, que resulta ser un artefacto históricamente fascinante. Véase Tide-predicting machine en Wikipedia. También se menciona como un caso temprano de escribir con mayúscula la palabra "Machine" en el término Machine Learning. La máquina incorporaba observaciones recientes de mareas para reflejarlas en sus predicciones. Se destaca que las ondas sinusoidales cumplen una función de aproximación universal para distintas funciones, y que eso no es un privilegio exclusivo de las redes neuronales profundas. También se presenta a George Darwin, hijo de Charles Darwin, como una figura que contribuyó enormemente al diseño y mejora de esta máquina. Véase George Darwin en Wikipedia. Además, se indica que otras figuras célebres como Thomas Young y Sir George Airy también participaron en la predicción de mareas
Se menciona el caso de la batalla de Clontarf (Irlanda), el 23 de abril de 1014. Ese día, a las 5:30 a. m., la marea alta favorecía al bando vikingo, pero como la batalla duró todo el día, a las 5:55 p. m. volvió a haber marea alta, cortando la ruta de escape de los vikingos, y muchos fueron arrastrados por la marea. Se comparte que estos horarios de marea fueron calculados por Samuel Haughton en 1860. También se señala el episodio de BBC In Our Time sobre este tema: enlace
Preguntan si alguien ha visto el modelo físico de la bahía de San Francisco (SF bay). Recomiendan este video de YouTube
Recomiendan un video de Veritasium sobre este tema, publicado hace 2 años: video de YouTube
Sobre el Día D, preguntan si la expresión "es fácil imaginar lo importante que debió de ser la predicción de mareas" tiene una connotación positiva o negativa. Señalan que los antiguos ya predecían las mareas y plantean la opinión provocadora de que la narrativa moderna podría ser una forma de "hubris". Al usar Hacker News, uno termina aprendiendo que "downvote = te sientes mal y ya no quieres responder preguntas". Critican la idea de que la agregación democrática de noticias sea un concepto verdadero
En términos físicos, se resume que la marea es simplemente un movimiento complejo del agua <i>excitado</i> por la trayectoria de la Luna. No es una onda simple. La propia Tierra también tiene dos abultamientos, pero el agua de la superficie muestra un movimiento mucho más complejo
Se comparte una anécdota de un profesor de astronomía en posgrado que decía que "las mareas hacen naufragar la carrera de muchos investigadores jóvenes brillantes". Se enfatiza lo difícil que es la matemática de las mareas. Incluso en sistemas homogéneos y con acoplamiento por marea, es decir, fijados por marea, donde siempre se muestra la misma cara, la complejidad aumenta muy rápido. También se añade que las mareas son muy importantes. Cuando dos cuerpos pasan muy cerca, el efecto de marea puede ser tan grande que incluso puede destruir a uno de ellos. Comparten el enlace a Tidal disruption event en Wikipedia
En la astrofísica reciente se está volviendo a debatir si los planetas con acoplamiento por marea todavía pueden conservar atmósfera y ser habitables para la vida. La tendencia en los estudios de modelado atmosférico ha pasado de "imposible" a "quizás posible"
También presentan enlaces a conceptos relacionados: Roche limit en Wikipedia, Roche lobe en Wikipedia. Dado que hoy se considera que la mayoría de los elementos pesados se formaron en supernovas de transferencia de masa de tipo 1a, plantean la idea de que los planetas rocosos e incluso la existencia humana dependen, en última instancia, de los fenómenos de marea
Mencionan que en algunos cuentos cortos de ciencia ficción de Larry Niven también aparece el motivo de la destrucción, o casi destrucción, de cuerpos celestes por mecanismos de marea
Alguien comenta que tomó un curso de oceanografía física a nivel de posgrado, pero nunca le enseñaron la historia del abultamiento de marea y hasta ahora seguía creyendo en ese modelo. Recuerda que el curso se centraba más en las corrientes que en las mareas, así que no profundizaron mucho en ellas. Le pareció muy útil la explicación que encontró en este artículo
Comparten la impresión de que esta explicación es sorprendentemente excelente y que, en particular, el mapa de calor de elevación ayudó a entender intuitivamente lo que ocurre. Además, plantean esta duda: ¿por qué en la enseñanza siempre muestran gráficos del abultamiento de marea, sobre todo el del lado opuesto? El "abultamiento lejano" fue lo más difícil de entender intuitivamente y, considerando la complejidad del sistema, señalan que debería ser un concepto casi sin sentido. Proponen que, al aprender por primera vez, sería más preciso mostrar un modelo con "abultamiento solo del lado de la Luna". Claro, eso también se alejaría de la realidad, pero al menos quizá sería un primer modelo más útil y más cercano a lo real
Se opina que sin el abultamiento del lado opuesto no se puede explicar una marea cada 12 horas. Con un solo abultamiento solo se podría explicar una marea cada 24 horas. Como el modelo de dos abultamientos sí coincide con la periodicidad observada, eso probablemente sea todo lo que la mayoría de la gente quiere saber. La persona añade que tampoco entiende por qué esto se enseña en clases de oceanografía a nivel de posgrado
Se explica que se trata de un modelo ideal. Solo es exacto cuando toda la Tierra está cubierta por un único océano profundo. Se enfatiza que, desde el punto de vista pedagógico, estos modelos simples ayudan a establecer un marco antes de aprender las correcciones de la realidad. Sería parecido a describir la trayectoria de una bala de cañón como una parábola
Tras comentar que la animación es realmente excelente, alguien incluso encontró directamente a quien la hizo: página del laboratorio de Svetlana Erofeeva, y también comparte el sitio oficial de TPXO, que ofrece animaciones similares
Analizan que el abultamiento de marea no actúa como desplazamiento, sino como función de forzamiento. Les genera dudas decir que Newton confundió fuerza y desplazamiento. Se preguntan qué se están perdiendo
Se relata una experiencia de hace 6 meses, al pasar una semana en la playa durante la luna llena y notar que el agua llegaba hasta los tobillos aproximadamente cada 12 horas. También leyeron una publicación en StackExchange, pero les pareció demasiado obsesionada con el análisis. Igual que los planos sin fricción, las masas puntuales y otros modelos idealizados de la física escolar, piensan que si uno lo complica demasiado, nunca podría construir cohetes de verdad. Entonces preguntan: ¿con qué supuestos simplificadores se puede analizar? Si la Tierra fuera una esfera rígida y lisa con una capa delgada de agua, ¿qué fenómeno ocurriría? El baricentro Tierra-Luna está aproximadamente a 3/4 del radio terrestre desde el centro de la Tierra, y ambos orbitan alrededor de ese punto. Preguntan si el hecho de que en muchos lugares haya mareas con periodos superiores a 12 horas puede explicarse con ese modelo
En realidad no son exactamente 12 horas al día. El horario de las mareas se retrasa unos 30 minutos cada día, aunque no siempre exactamente 30, y también hay regiones donde el ciclo no es semidiurno. El hecho de que el agua no pueda atravesar los continentes también influye mucho. En el modelo ideal, suponiendo que la Tierra no tuviera continentes, sí coincide con lo esperado, pero en la realidad, incluso una masa terrestre pequeña como Nueva Zelanda hace que los patrones de marea cambien por completo a pocos kilómetros de distancia, y también hay ejemplos reales como Panamá, donde el Pacífico y el Caribe difieren mucho. A esto se suma la gravedad del Sol. En zonas por encima de los 50 grados, en invierno no se producen mareas muy bajas durante el día, y en verano ocurre lo contrario. El periodo de las corrientes de marea en un punto concreto es predecible, pero el nivel del agua varía muchísimo
Tomando como ejemplo el mapa dado en la respuesta de StackExchange, explican que donde convergen las líneas blancas están los puntos sin cambio de nivel de marea, el azul indica baja amplitud de marea, el rojo alta amplitud, y las líneas blancas son líneas cotidales que marcan regiones donde la pleamar máxima ocurre al mismo tiempo. En conjunto, los cambios de marea están profundamente afectados por los continentes y por la estructura del fondo marino, lo que da lugar a un comportamiento muy complejo. Aun así, comparado con el modelo simple, la realidad es muchísimo más compleja
Señalan que, si se consulta la respuesta aceptada en StackExchange, el modelo simple quizá todavía no sea suficiente. Aunque la Tierra fuera una esfera ideal, de forma realista el océano tendría que ser lo bastante profundo como para poder moverse al ritmo de la rotación terrestre, de unos 22 km/h
Observan que el fenómeno de las mareas alrededor de Nueva Zelanda en la animación se veía peculiar, como si la subida y bajada del nivel del mar persiguiera la isla en sentido antihorario
Elogian lo detallista de esa observación
Mencionan que la Tierra y los abultamientos de marea no son un fenómeno en 2D, sino en 3D. De ahí surge parte de la confusión conceptual. Y opinan que un tesseract no viene al caso
En resumen: Newton entendió correctamente la dirección de la fuerza, pero el fenómeno real de las mareas no puede explicarse por completo solo con fuerzas. Las razones son 1) el océano no es lo bastante profundo, por lo que la onda de marea viaja lentamente; 2) la solución basada en ecuaciones diferenciales, es decir, las condiciones de contorno reales de la Tierra, como los continentes, vuelve la realidad mucho más compleja que
F=ma. Recomiendan leer también la segunda respuesta de StackExchange