¿Cómo causa la Luna las mareas?
Por gravitación.
Empezaré con una visión demasiado simplista de las mareas. Supongamos que la Luna estuviera en una órbita geosincrónica y que la Tierra estuviera completamente cubierta de agua. En ese caso, los océanos de la Tierra se ajustarían para formar una marea de equilibrio, propuesta por primera vez por Newton, en la que la superficie de los océanos forma una superficie equipotencial. La marea de equilibrio se representa a continuación.
![One of very many images that depict two tidal bulges, one on the side of the Earth nearest to the Moon and the other on the side furthest from the Moon.]()
Fuente de la imagen: <a href="http://oceanservice.noaa.gov/facts/tidefrequency.html" rel="nofollow noreferrer">http://oceanservice.noaa.gov/facts/tidefrequency.html</a>
He elegido esta imagen porque, a diferencia de la mayoría, no invoca la fuerza centrífuga para explicar el abultamiento frente a la Luna. El abultamiento del lado cercano, si existiera, es el resultado de que la aceleración gravitatoria hacia la Luna en el punto de la Tierra más cercano a la Luna es ligeramente más fuerte que la acción en el conjunto de la Tierra, mientras que el abultamiento del lado lejano es el resultado de que la aceleración gravitatoria allí es ligeramente menor que la acción en el conjunto de la Tierra.
Hay una serie de cosas que impiden que exista esa marea de equilibrio: La Luna no está en una órbita geosincrónica, la Tierra no está completamente cubierta de agua, un mes es mucho más largo que un día, y otros. El la marea de equilibrio, también conocida como las protuberancias de la marea, no existe . Esto significa que los océanos de la Tierra están perpetuamente en un estado de desequilibrio con respecto a las fuerzas que generan las mareas.
Para llegar a una mejor visión de esas fuerzas, miraré las cosas desde la perspectiva de un marco de referencia con su origen en el centro de la Tierra. Desde la perspectiva de este marco, la aceleración gravitatoria en un punto de la superficie de la Tierra hacia la Luna es la diferencia vectorial entre la aceleración gravitatoria en ese punto hacia la Luna y la aceleración gravitatoria de la Tierra en su conjunto hacia la Luna. Esto se representa en la mitad izquierda de la siguiente imagen.
![Two images that depict the gravitational source of the tides. The left image depicts the tidal acceleration due to the Moon at points on a great circle of the Earth with the Moon far to the right (not shown). The tidal acceleration at a point on the surface is the vector difference between the gravitational acceleration at that point toward the Moon and the gravitational acceleration of the Earth toward the Moon. This points outward at the sub-Moon point and its antipode, but inward with half the magnitude where the Moon is on the horizon. The right image portrays the horizontal component of this acceleration.]()
Fuente de la imagen: GH Darwin, "The tides and kindred phenomena in the solar system, 3rd ed.", Houghton, Mifflin (1911), vía HU Sverdrup, MW Johnson y RH Fleming, "The Oceans: Their Physics, Chemistry, and General Biology, Vol. 7". Prentice-Hall (1942) en <a href="http://publishing.cdlib.org/ucpressebooks/view?docId=kt167nb66r;brand=eschol" rel="nofollow noreferrer">http://publishing.cdlib.org/ucpressebooks/view?docId=kt167nb66r;brand=eschol </a>.
Nótese que esta fuerza tiene componentes verticales y horizontales. La componente vertical de esta fuerza tiene un efecto insignificante en los océanos de la Tierra. Sin embargo, la componente horizontal tiene un efecto significativo. Esto es lo que impulsa las mareas en los océanos. La componente horizontal de esta fuerza, la fuerza generadora de mareas, se representa en la mitad derecha de la imagen anterior. (Obsérvese que el Sol produce un efecto similar, que también eleva las mareas, pero en menor medida. Las mareas levantadas por el Sol son un poco menos de la mitad de las levantadas por la Luna).
Aunque esta fuerza generadora de mareas es muy pequeña, menos del 10 -6 newtons por kilogramo de agua, está siempre presente y actúa de forma coordinada en la mitad del globo, y de forma coordinada opuesta en la otra mitad del globo. Los tsunamis (a veces llamados erróneamente maremotos) constituyen un ejemplo extremo de respuesta impulsiva. Dado que la fuerza que genera las mareas está siempre presente, las mareas son una respuesta forzada más que una respuesta de impulso.
La fuerza generadora de mareas en algún punto de la superficie de la Tierra es oscilante en el tiempo, con múltiples componentes de frecuencia. La respuesta de un sistema resonante a una función de forzamiento oscilante es oscilar a la frecuencia de esa función de forzamiento, pero modificada por la frecuencia natural del sistema resonante. Esto da lugar a una teoría dinámica (en contraposición al equilibrio) de las mareas.
Laplace propuso por primera vez su teoría dinámica de las mareas hace 240 años. Las variaciones del forzamiento de las mareas, unidas a la batimetría y al efecto Coriolis, dan lugar a una serie de sistemas de resonancia de las mareas. Las mejoras introducidas en la teoría dinámica de las mareas de Laplace a finales del siglo XIX dieron lugar a una predicción muy acertada de las mareas. Las mareas pueden predecirse localmente con notable éxito gracias a los trabajos de finales del siglo XIX y principios del XX de George Darwin (hijo de Charles Darwin), Ernest William Brown, Arthur Thomas Doodson, A.E.H Love y otros.
Esa teoría, con 100 años de antigüedad, es capaz de predecir las mareas a nivel local observando las mareas en ese punto durante un periodo de tiempo y realizando análisis armónicos. Un punto de vista global estaba fuera del alcance de aquellos científicos de finales del siglo XIX y principios del XX. Gracias a las observaciones globales y a la informática moderna, el punto de vista global está ahora al alcance de la mano.
