Espejos en la Luna
Escrito por Kanijo
Cada noche despejada, cuando la Luna está alta en el cielo, un grupo de astrónomos en Nuevo México apuntan a nuestro vecino celestial y lanzan repetidos pulsos de luz desde un poderoso láser. Su objetivo son los reflectores del tamaño de una maleta situados en la superficie de la Luna por las misiones Apolo 11, 14 y 15, así como por dos aterrizadores rusos.
De los aproximadamente 300 mil billones (1015) de fotones que se envían a la Luna, la quinta parte regresan. El resto se pierden en nuestra atmósfera, o no encuentran los reflectores lunares.
A partir de esta pequeña captura, el equipo puede evaluar el movimiento de la Luna con una precisión de un milímetro o dos –una medida tan precisa que puede potencialmente mostrar grietas en la teoría de la relatividad general de Einstein. Si lo logra, este experimento de medida láser lunar se convertirá en el más grande legado científico de Apolo.
La medida láser lunar tiene una larga historia. “Ni siquiera había nacido cuando se dejaron en la luna los primeros reflectores”, dice Tom Murphy de 39 años de la Universidad de California en San Diego, quien dirige el experimento en el Observatorio de Apache Point en Sunspot, Nuevo México.
A mediados de la década de 1960, cuando se pidió a la NASA sugerencias para experimentos que pudieran llevarse a cabo en la Luna, se propuso la medida láser pero nadie sabía realmente qué hacer con ella. Hubo una sugerencia para buscar cambios graduales en la constante gravitatoria de Newton, pero esto habría significado ejecutar el experimento durante 20 años – algo que nadie estaba preparado para acometer. Entonces un joven investigador llamado Ken Nordtvedt tuvo una idea.
A través de una endemoniada matemática, demostró que, con apenas unos pocos años de toma de datos, la medición láser lunar podía usarse como para probar una piedra angular de la relatividad general conocida como principio de equivalencia. Empieza con la idea de que un cuerpo tiene dos tipos de masas. La primera, conocida como masa gravitatoria, es la masa que produce y siente el tirón de la gravedad. La segunda es la conocida como masa inercial, la cual describe cómo de difícil es mover un objeto fuera de su estado actual de movimiento – o la falta del mismo. El principio de equivalencia afirma que las dos son exactamente iguales.
El principio de equivalencia se mantiene en la relatividad general, pero a mediados de la década de 1960, una teoría rival desarrollada por los físicos estadounidenses Carl Brans y Robert Dicke ganaba terreno. Proponiendo una quinta fuerza de la naturaleza, la Teoría de Brans-Dicke de la gravitación rompía en principio de equivalencia y predecía una perturbación de 13 metros en la órbita de la Luna. Nordtvedt demostró que analizan las señales de luz reflejadas desde la Luna se podría demostrar la existencia de tal perturbación.
Dicke fue miembro del comité asesor científico de Apolo. Escuchó a los astronautas quejarse de que muchos de los experimentos propuestos eran demasiado complejos para llevarlos a cabo mientras vestían los trajes espaciales. Por tanto sugirió que simplemente colocasen algunos espejos, colocándolos en ángulo respecto a la Tierra y dejasen a los astrónomos hacer el resto.
La Teoría de Brans-Dicke se convirtió en una primera víctima del éxito de la medición láser. Las medidas fueron lo bastante precisas para demostrar que la masa gravitatoria e inercial son equivalentes, con una precisión de una parte en 1013. Esto restringe severamente cómo de fuerte podía ser una quinta fuerza de la naturaleza. Aún así, nuevas aproximaciones teóricas a la gravedad tales como la Teoría de Cuerdas, las teorías antigravitatorias tales como la quintaesencia, parecen implicar que el principio de equivalencia debe romperse.
“Ya estamos en el régimen donde podrían esperarse las violaciones. Cualquier paso hacia una mayor precisión es teóricamente relevante”, dice Murphy.
Precisión milimétrica
Para tal fin, las mejoras en tierra de la tecnología han permitido al equipo llegar a una precisión de pocos centímetros a apenas unos milímetros. El problema es que el análisis no va al mismo ritmo que la calidad de las medidas.
A la escala milimétrica, hay un número de nuevos efectos con los que lidiar, tales como la presión de radiación solar, la cual empuja a toda la órbita de la Luna de su ruta calculada aproximadamente en 4 milímetros. Todo esto debe incluirse en el análisis. Sobre todo esto, la relatividad general ha tenido que pasar a través del equivalente matemático de un peine de dientes finos para determinar si hay sutilezas que han sido pasadas por alto hasta el momento, aunque son relevantes a la escala milimétrica.
“Lo importante es que estamos recopilando datos. Esto es una garantía para nosotros”, dice Murphy. “El análisis seguirá una vez que estemos satisfechos con nuestro nuevo modelo lunar”.
Sobre la propuesta observación de 20 años de la constante gravitatoria de Newton, que parecía tan imposible en la década de 1960, el equipo de Murphy ha precisado cambios en la constante en menos de una parte en 1012 por año. Esto ha proporcionado otra potente restricción a las nuevas teorías físicas y cosmológicas.
“Es sorprendente pensar que este ha sido un éxito técnico tan brillante y que podemos seguir llevando la tecnología a una mayor precisión”, dice Nordtvedt, ahora profesor emérito en la Universidad Estatal de Montana en Bozeman. “No habría contado con una observación de 40 años. Es un bonus extraordinario”.
