Mareado por las mareas. El caso Galileo (IX)

 

Tras el éxito que tuvo su obra Il Saggiatore, alabada por el mismísimo Papa, el prestigio de Galileo como científico y escritor subió como la espuma. Muchos le consideraban uno de los sabios más importantes de la época, y no sin razón. Y es que, cosas de la vida, en los años que siguieron al proceso de 1616, Galileo abandonó la física del Cielo y se concentró en la física de la Tierra y aumentó bastante su producción científica. Fue en esos años cuando desarrolló gran parte de la mecánica y de las leyes que rigen el movimiento de los cuerpos, que nos permiten hablar de él como uno de los principales precursores de Newton.

Pero no obstante, el toscano siguió durante todos esos años buscando la demostración científica que le permitiera sostener con contundencia la teoría heliocéntrica de Copérnico. Y, como él mismo cuenta, durante un viaje por río encontró de casualidad lo que podría ser la prueba definitiva. 

Galileo se encontraba en una barcaza que transportaba, entre otras cosas, algunos bidones de agua potable. Observó entonces que el movimiento del barco hacía oscilar el agua de los depósitos, llegando en ocasiones a desbordarse. Pensó que, si el agua de los bidones oscilaba porque el bote se movía, de la misma forma el agua del mar debería oscilar si aquello que la transporta –nuestro planeta–  también se mueve... Cayó así en la cuenta de que el conocido fenómeno de las mareas podría ser la prueba que buscaba para demostrar el movimiento de la Tierra. 

Otro dato importante es que, en septiembre de 1621, había fallecido el Cardenal Belarmino. Como recordarás, fue este prelado quien había prohibido a Galileo defender el movimiento de la Tierra a menos que tuviera una prueba seria. Por otra parte, en 1623, había sido elegido Papa Maffeo Barberini, quien era gran amigo y admirador de Galileo. De hecho, siendo ya Urbano VIII, le había recibido en al menos seis ocasiones. 

Así pues, con una nueva prueba en su favor y seguro de la benevolencia del nuevo Papa, Galileo decidió volver a "lanzarse al ruedo" con el tema del heliocentrismo, a pesar de la advertencia que se le habían hecho en 1616. Defendió sus ideas en varias de sus discusiones académicas y, lo que es más importante, se decidió a escribir aquella que, para bien o para mal, sería su obra más famosa: el Diálogo sobre los dos máximos sistemas del mundo. 

Más adelante volveremos sobre el Diálogo, que tantos quebraderos de cabeza trajo a la Inquisición y, sobre todo, al propio Galileo. Pero ahora quería centrarme en el tema de las mareas, pues pienso que es algo fundamental para entender lo que pasó con ese libro. De hecho, no deja de ser interesante que, inicialmente, el título de esa obra fue Dialogo sobre la bajamar y el flujo de los mares, aunque luego lo cambió el mismo autor siguiendo el consejo de sus amigos. Además, sabemos que en sus cartas Galileo se refiriera de forma habitual a su libro como el Dialogo sobre las mareas, lo cual nos muestra la importancia que atribuía a su argumento. 

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Galileo pensaba que el movimiento de la Tierra en torno a su eje (rotación), al combinarse con su movimiento entorno al Sol (traslación) hacía que en la superficie de nuestro Planeta se produjeran una serie de aceleraciones y desaceleraciones. Como puedes ver en el dibujo, en la parte de la derecha de la Tierra, los dos movimientos se suman, mientras que a la izquierda se restan. Muy probablemente te habrás dado cuenta de en el lado derecho es de noche, mientras que en el izquierdo es de día. Podemos así decir que, en términos absolutos, la superficie de la Tierra se mueve más rápido de noche que de día... 

Esta diferencia de velocidad entre el día y la noche es muy leve y no podemos detectarla. Sin embargo, si que es suficientemente fuerte como para provocar que las aguas del mar oscilen, originándose de esta forma las mareas. Al menos, eso pensaba Galileo...

Bueno: pues llegados a este punto, es el momento de hacernos una pregunta. ¿Cómo es que una persona tan inteligente como Galileo no se dio cuenta de los errores encerrados en esa explicación? Quiero decir: es cierto que existe esa diferencia de velocidades entre el día y la noche, pero es algo que tiene un efecto insignificante. Además si esta teoría fuera cierta, la marea alta tendría lugar siempre por la noche y a la misma hora –cosa evidentemente falsa– y, por si fuera poco, habría solo una marea al día y no dos, como de hecho hay... 

Por otra parte, basta con observar un poco para darse cuenta de que las mareas están claramente relacionadas con la posición de la Luna. Tal vez no lo sepas, pero la marea alta –las dos mareas altas que hay al día– están siempre alineadas con nuestro satélite, independientemente de la hora y de la estación del año, es decir, independientemente de la posición del Sol.  

Como decía, es un misterio porqué Galileo no dio importancia a las contradicciones y errores de su explicación de las mareas. Aunque puede decirse en su defensa que el científico toscano solo conocía el mar Mediterráneo el cual, al ser un mar cerrado, tiene unas mareas muy lights... 

Bastantes de los científicos de aquella época, Kepler entre ellos, consideraban que, de alguna forma, la Luna atraía las aguas, haciendo que subiera en nivel del mar digiriéndose siempre hacia nuestro satélite. Sabemos que Galileo conocía esta explicación –de hecho habla de ella en sus escritos–, pero no la aceptaba. En primer lugar porque, como ya vimos, no le hacía ninguna gracia la idea de fuerzas atractivas, pues lo consideraba demasiado aristotélico. Y en segundo lugar porque, como el mismo Galileo señalaba, para producir las dos pleamares, aquella fuerza lunar debería ser atractiva por un lado de la Tierra y repulsiva por el otro...

Podemos decir que, al razonar sobre las mareas, Galileo –al igual que otros científicos de esa época–, no tuvieron en cuenta dos cosas. La primera es algo que nosotros sabemos muy bien gracias a Newton: que la fuerza de la gravedad depende de la distancia y, por eso, las aguas que están del lado de la Luna son atraídas con más fuerza que el resto. Y lo segundo que no tuvieron en cuenta, te parecerá una obviedad, pero tiene su importancia. Y es que si bien es cierto que la Luna atrae hacia sí las aguas de la Tierra, también es cierto que la Luna atrae la tierra firme... 

Porque, recapacitemos un poco. No hemos de perder de vista que lo que estamos intentando estudiar aquí, las mareas, son un fenómeno relativo. Quiero decir: no estamos estudiando el movimiento del agua así en general, si no que estamos intentando conocer el movimiento del agua respecto a la tierra firme... Y es que, como veremos enseguida, las mareas de producen porque la Luna tira del agua de una forma distinta a como tira de la tierra firme...

Ya hemos señalado que la fuerza atractiva de la Luna depende de la distancia y, por eso, es más fuerte sobre las aguas de un lado que la Tierra que sobre las que están al otro lado. Pero cuando estudiamos una fuerza que se aplica sobre un cuerpo sólido, como es la tierra firme, el efecto de esa fuerza es igual en todas las partes del sólido. Me explico: cuando varias personas empujan un coche, por ejemplo, se mueve todo el coche a la vez. Da lo mismo desde donde empuje o cuantas personas empujen. Si una persona forzuda empuja el coche desde atrás y otra más débil tira con una cuerda desde delante, el coche no se mueve por un lado más rápido que por el otro... Se mueve todo entero y con una fuerza que es igual a la suma de todos los que empujan. 

Cuando estudiamos el efecto de la atracción de la Luna sobre la parte sólida de la Tierra, hemos pues de tener en cuenta que este efecto es el mismo en todos los puntos de la Tierra sólida, ya sea la cima del Everest, el fondo marítimo o el semáforo de mi pueblo... La Luna atrae a la parte sólida de la Tierra como a una única unidad. Pero eso, claro, no pasa con el agua... Si, en lugar de un coche, hubiera varias personas empujando una bolsa de agua, por ejemplo, la bolsa no se movería en bloque: se deformaría... ¿Ves por donde voy?

En la imagen de arriba he dibujado –con gran esfuerzo, dicho sea de paso– una serie de flechas azules que representan la atracción de la Luna sobre las aguas de la superficie en cuatro puntos de la Tierra. Como ves, la fuerza es máxima en el punto A (porque está más cerca de la Luna), algo menor en los puntos B y C, y más pequeña todavía en el punto D. Supongo que te habrás fijado que en los puntos B y C, la fuerza, al estar dirigida hacia la Luna, no es paralela a la línea Tierra-Luna, si no que está un poco inclinada. Dato que tendrá una enorme importancia, como veremos enseguida.

La flecha verde del dibujo, en cambio, es la fuerza con que la Luna atrae a la parte sólida de la Tierra que, como hemos visto, es la misma en todas partes... No quiero enrollarme, pero esa fuerza es igual a la suma de todas las fuerzas que actúan sobre cada uno de los átomos de nuestro planeta. Y esa suma resulta ser exactamente igual a la fuerza con que la Luna "tira" del centro de la Tierra. Ahora bien: como el centro de la Tierra está a mitad de camino entre los punto A y D, la intensidad de la atracción de la Luna sobre la tierra firme estará a mitad de camino entre la fuerza en el punto A y la fuerza en el punto D. 

Vale. Ahora viene lo bueno. Como hemos dicho hace un rato, lo que queremos calcular es cómo se mueve el agua respecto a la tierra firme. Por eso, para estudiar ese movimiento, lo que tenemos que hacer es tomar la fuerza de la atracción lunar sobre el agua y restarle la atracción sobre la tierra firme. Osea: en cada uno de los puntos que queremos estudiar, tenemos que restar la flecha verde de la flecha azul... 

Supongo que sabes bien cómo se restan dos fuerzas. Como una fuerza tiene tanto dirección como intensidad, para restar dos fuerzas hay que hacerlo de forma vectorial. En el dibujito de aquí abajo, si a la flecha azul le restamos la flecha verde, el resultado es la flecha roja...

Muy bien: pues si cogemos el dibujo de arriba y en cada punto (A, B, C y D) restamos las dos fuerzas que están en juego, nos encontramos con una cosa bastante interesante.

Como puedes ver, en el punto A, la fuerza resultante hace que el agua "suba" respecto al tierra firme o, mejor dicho, que se aleje del centro de la Tierra en dirección a la Luna. En los puntos B y C, hace que el agua se dirija hacia el centro de la tierra. Y en el punto D, fíjate lo que son las cosas, hace que el agua se aleje de la Luna y, por lo tanto, que se separe también del centro de la Tierra... Así, en los puntos A y D hay marea alta –el agua "sube" respecto a la tierra firme– y en los puntos B y C, hay marea baja.

Un detalle para tu perplejidad científica: si te fijas, estrictamente hablando, en el punto D, el más lejano a la Luna, no es que el agua suba: en realidad lo que pasa es ¡que la tierra firme baja..! ¿Qué cuerpo te deja?

Por supuesto, esto que hemos visto para cuatro puntos, habrá que hacerlo con todos los lugares de la tierra, con lo que nos quedaría una cosa más o menos así:

E voilà: como acabamos de ver, la combinación de las fuerzas que la Luna ejerce sobre el agua y sobre la parte sólida de la Tierra provoca dos mareas altas y dos mareas bajas. Por supuesto, como a todo esto nuestro amado planeta va girando en torno a su eje, mientras que la elevación del agua permanece siempre alineada con la Luna, las dos olas de marea alta van recorriendo todo el globo terráqueo conforme pasa el día. Aunque, bueno: en realidad sería la superficie terrestre la que atraviesa las mareas; ya me entiendes... Y en consecuencia, todos los días y en todas las costas del mundo, observamos dos mareas altas y dos mareas bajas diarias. Mareas que, por depender de la posición de la Luna –no de la posición del Sol–, no son siempre a la misma hora.

Bueno, ni que decir tiene que en todo esto que acabo de explicar no he tenido en cuenta el efecto gravitacional del Sol. Y es que, de la misma forma que la Luna provoca una elevación del agua, el Sol hace lo mismo. Sin embargo, al estar el Sol muchísimo más lejos que la Luna, esa influencia es mucho menor. En realidad, ese efecto de nuestra estrella sólo se nota los días en los que el Sol y la Luna están alineados con la Tierra, es decir, los días en los que hay Luna llena o Luna nueva. En esas ocasiones, las dos mareas, la lunar y la terrestre, coinciden y se producen lo que se llaman las mareas vivas, en las que el agua sube –y baja– más de lo normal.

Existen muchos otros factores que influyen sobre las mareas, como la geografía del fondo marino y de las costas. Pero digamos que todas esas cosas solo aumentan o disminuyen el efecto de la causa principal de las mareas, que es, como digo, la Luna. Por eso en algunos sitios la marea es más fuerte que en otros, pero siempre depende de la posición de la Luna.

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En fin: sea como fuere, el caso es que Galileo estaba muy orgulloso de su teoría sobre que las mareas eran producidas por el movimiento de Tierra entorno al Sol, y pensaba que, al fin, había encontrado la prueba científica que necesitaba para demostrar su teoría... Así que, a pesar de sus ya 68 añitos, vuelve a la palestra científica con la publicación de su famoso Diálogo sobre los dos máximos sistemas del mundo. Y, una vez más, se metió en un buen lío...

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