Nuestro viaje comienza con el objeto celeste que nos resulta más familiar, una presencia constante en nuestro cielo nocturno que ha cautivado a la humanidad durante milenios: la Luna. Es el único satélite natural de la Tierra, un mundo silencioso y craterizado que se nos aparece como un faro de luz plateada. Con un diámetro de 3.474 kilómetros, es aproximadamente una cuarta parte del tamaño de la Tierra. Para ponerlo en perspectiva, si la Tierra tuviera el tamaño de una moneda de cinco centavos, la Luna sería aproximadamente tan grande como un grano de café. A pesar de su estatura aparentemente pequeña, es la quinta luna más grande del sistema solar y la mayor en relación con su planeta madre.
La masa de la Luna es solo alrededor del 1,2 % de la de la Tierra, y tiene una densidad mucho menor, alrededor del 60 % de la de nuestro planeta. Esta diferencia de masa resulta en una atracción gravitatoria significativamente más débil, solo alrededor de una sexta parte de la de la Tierra. Esta gravedad débil es la razón por la que los astronautas del Apolo podían saltar y brincar por la superficie lunar con tanta aparente facilidad. Una persona que pese 45 kilogramos en la Tierra apenas marcaría 7,5 kilogramos en la báscula lunar. Esta baja gravedad es también la razón principal por la que la Luna no ha podido retener una atmósfera significativa.
La poca atmósfera que posee la Luna es una capa increíblemente delgada de gases conocida como exosfera. Es tan tenue que las moléculas de gas rara vez colisionan entre sí. Esta falta de una manta atmosférica protectora conduce a algunas de las fluctuaciones de temperatura más extremas del sistema solar. Cuando el sol golpea la superficie lunar, las temperaturas en el ecuador pueden ascender a unos abrasadores 127 grados Celsius (260 grados Fahrenheit). Por el contrario, durante la larga noche lunar, las temperaturas se desploman hasta unos gélidos -173 grados Celsius (-280 grados Fahrenheit).
La superficie de la Luna es un relato de dos paisajes distintos: las llanuras oscuras y lisas conocidas como maría (latín para "mares") y las tierras altas brillantes, escarpadas y densamente craterizadas, o terrae. Los maría, que cubren alrededor del 31 % de la cara visible pero solo el 1 % de la cara oculta, son vastas llanuras de lava basáltica. No son mares de agua, como creyeron en su día los primeros astrónomos, sino los restos de antiguas erupciones volcánicas que inundaron enormes cuencas de impacto hace miles de millones de años. Las tierras altas son más antiguas, compuestas por una roca de color más claro llamada anortosita, y llevan las cicatrices de un pasado violento.
Esas cicatrices son, por supuesto, la característica más definitoria de la Luna: sus innumerables cráteres. Sin una atmósfera que queme los proyectiles entrantes ni meteorología que erosione la superficie, la Luna ha conservado un registro prístino de bombardeo que abarca miles de millones de años. Estos cráteres varían en tamaño desde pozos microscópicos hasta vastas cuencas de cientos de kilómetros de diámetro. El mayor es la cuenca del Polo Sur-Aitken en la cara oculta, que es uno de los cráteres de impacto conocidos más grandes de todo el sistema solar, extendiéndose aproximadamente 2.500 kilómetros de diámetro.
La teoría predominante sobre la historia del origen de la Luna es tan dramática como su superficie craterizada. Conocida como la hipótesis del gran impacto, postula que hace unos 4.500 millones de años, un protoplaneta del tamaño de Marte, bautizado póstumamente como Theia, colisionó con una Tierra aún en formación. El impacto cataclísmico habría sido inimaginable, fundiendo ambos cuerpos y eyectando una cantidad colosal de escombros en órbita alrededor de nuestro planeta. Con el tiempo, este anillo de roca fundida y vapor se coalesció, atraído por la gravedad, para formar la Luna.
Diversas líneas de evidencia respaldan este nacimiento violento. Las muestras de roca lunar traídas por las misiones Apolo muestran una notable similitud en su composición isotópica con las rocas terrestres, lo que sugiere un origen común. Sin embargo, la Luna está significativamente empobrecida en hierro y otros elementos volátiles en comparación con la Tierra. El modelo del gran impacto explica esto elegantemente: la colisión habría eyectado principalmente material de los mantos rocosos de la Tierra y Theia, mientras que los densos núcleos de hierro de ambos cuerpos se habrían fusionado.
Este proceso de formación también ayuda a explicar la estructura interna de la Luna. Al igual que la Tierra, es un cuerpo diferenciado con núcleo, manto y corteza. En su centro se encuentra un núcleo pequeño y denso, aproximadamente el 20 % del diámetro total de la Luna. Este núcleo tiene una parte interna sólida, rica en hierro, con un radio de unos 240 kilómetros, y una parte externa fundida que se extiende hasta un radio de aproximadamente 330 kilómetros. Rodeando el núcleo hay una capa límite parcialmente fundida.
Envolviendo el núcleo se encuentra un vasto y grueso manto compuesto principalmente de minerales como olivino y piroxeno, más rico en hierro que el manto terrestre. Se cree que la energía del gran impacto fundió la porción exterior de la Luna recién formada, creando un profundo océano de magma global. A medida que este océano de roca fundida comenzó a enfriarse y cristalizar, los minerales más densos se hundieron para formar el manto, mientras que los más ligeros flotaron hacia la cima, formando la corteza.
La corteza lunar está compuesta principalmente de oxígeno, silicio, magnesio, hierro, calcio y aluminio. Un aspecto fascinante de la corteza es su grosor variable. En la cara visible, el lado que siempre mira a la Tierra, la corteza es significativamente más fina, con un promedio de unos 40 kilómetros de espesor. En la cara oculta, es mucho más gruesa, alcanzando hasta los 60 kilómetros. Se cree que esta asimetría es la razón por la que los vastos flujos de lava que formaron los maría se encuentran predominantemente en la cara visible; simplemente fue más fácil para el magma del manto abrirse paso a través de la corteza más fina.
Uno de los aspectos más curiosos de nuestra relación con la Luna es que solo vemos una de sus caras. Este fenómeno se conoce como rotación síncrona o bloqueo de marea. Significa que la Luna tarda la misma cantidad de tiempo en girar una vez sobre su eje que en completar una órbita alrededor de la Tierra, unos 27,3 días. A lo largo de miles de millones de años, la atracción gravitatoria de la Tierra ha frenado la rotación de la Luna hasta que se asentó en este estado bloqueado, con el mismo hemisferio perpetuamente vuelto hacia nosotros.
Aunque coloquialmente nos referimos a la "cara oscura de la Luna", este término es un equívoco. La cara oculta no está perpetuamente a oscuras; recibe tanta luz solar como la visible. Ambos hemisferios experimentan un día y una noche, cada uno de unas dos semanas terrestres de duración. El término "cara oscura" se refiere simplemente al hecho de que nos fue desconocida durante la mayor parte de la historia humana, un misterio hasta que la sonda soviética Luna 3 la fotografió por primera vez en 1959.
La cara oculta de la Luna presenta una apariencia sorprendentemente distinta de la cara familiar que vemos. Está casi totalmente cubierta por las brillantes y escarpadas tierras altas y está mucho más densamente craterizada. La ausencia casi completa de los grandes y oscuros maría le da un aspecto mucho más maltrecho y antiguo. La corteza más gruesa en la cara oculta es la razón principal de esta diferencia, al haber sido más resistente a la actividad volcánica que alisó muchas de las antiguas cuencas de impacto de la cara visible.
La apariencia siempre cambiante de la Luna en nuestro cielo es resultado de su órbita alrededor de la Tierra. Estos cambios en la iluminación se conocen como fases lunares. A medida que la Luna recorre su ciclo de 29,5 días, el ángulo entre ella, la Tierra y el Sol cambia, y vemos diferentes porciones de su mitad iluminada. Desde la Luna Nueva completamente en sombra, hasta la delgada Creciente, la media iluminada del Cuarto Creciente, la abultada Gibosa y la Luna Llena totalmente iluminada, este ciclo celeste ha servido de calendario a culturas de todo el mundo durante eras.
El preciso baile orbital entre el Sol, la Tierra y la Luna ocasionalmente resulta en los espectaculares eventos celestes de los eclipses. Un eclipse solar ocurre durante la Luna Nueva cuando la Luna pasa directamente entre el Sol y la Tierra, proyectando una sombra sobre nuestro planeta. Un eclipse lunar ocurre durante la Luna Llena cuando la Tierra pasa directamente entre el Sol y la Luna, proyectando su propia sombra sobre la superficie lunar y a menudo tiñendo a la Luna de un tono rojizo.
Durante mucho tiempo, se pensó que la Luna era un mundo totalmente seco y árido. El análisis de las primeras muestras devueltas por las misiones Apolo parecía confirmarlo, mostrando rocas que contenían mucha menos agua que rocas similares en la Tierra. Sin embargo, esta percepción comenzó a cambiar drásticamente en el siglo XXI. El primer descubrimiento definitivo de agua llegó en 2008 de la misión india Chandrayaan-1, que detectó evidencia de moléculas de agua en la superficie lunar.
Misiones posteriores han confirmado la presencia de hielo de agua, particularmente en los cráteres permanentemente sombreados cerca de los polos lunares. En estas regiones gélidas, los fondos de algunos cráteres nunca quedan expuestos a la luz solar directa, permitiendo que las temperaturas desciendan hasta -247 grados Celsius (-413 grados Fahrenheit), más fríos que la superficie de Plutón. Estos "cráteres de eterna oscuridad" actúan como trampas frías, preservando el hielo de agua durante miles de millones de años. Este descubrimiento tiene profundas implicaciones para la futura exploración humana, ya que este hielo podría potencialmente cosecharse y usarse para agua potable, oxígeno respirable e incluso combustible para cohetes.
Aunque el interior de la Luna es mucho más tranquilo que el de la Tierra, no está completamente inactivo. Los sismómetros dejados en la superficie por los astronautas del Apolo detectaron miles de "lunamotos". La mayoría de estos son sismos profundos, que ocurren a unos 1.000 kilómetros bajo la superficie. Se cree que son causados por las tensiones de marea ejercidas por la gravedad de la Tierra a medida que la Luna se mueve en su órbita ligeramente excéntrica. Estos tenues rumores proporcionan valiosas pistas sobre la estructura y composición interna de la Luna.
La influencia de la Luna se extiende mucho más allá de su agarre gravitatorio sobre su propio interior; desempeña un papel crucial para hacer de la Tierra un planeta habitable. Su efecto más notable es sobre nuestros océanos. La atracción gravitatoria de la Luna crea una fuerza de marea que hace que la Tierra y su agua se abomben en el lado más cercano a la Luna y en el lado más alejado de ella. A medida que la Tierra rota, las masas terrestres pasan a través de estos dos abombamientos cada día, resultando en la rítmica subida y bajada de las mareas.
El Sol también ejerce una fuerza de marea, pero al estar mucho más lejos, su efecto es menos de la mitad que el de la Luna. Cuando el Sol y la Luna están alineados, durante la Luna Nueva y la Luna Llena, sus fuerzas gravitatorias se combinan para producir mareas más extremas, las "mareas vivas". Cuando están en ángulo recto entre sí, durante el primer y tercer cuarto, trabajan en contra la una de la otra para producir mareas más débiles, las "mareas muertas".
Quizá aún más importante, la Luna actúa como un ancla estabilizadora para nuestro planeta. La atracción gravitatoria de la Luna ayuda a mantener la inclinación axial de la Tierra estable en sus actuales 23,5 grados. Esta inclinación estable es la que nos da nuestras estaciones predecibles y ha contribuido a un clima a largo plazo relativamente estable. Sin la Luna, los científicos predicen que la inclinación de la Tierra podría tambalearse drásticamente a lo largo de las eras, conduciendo a oscilaciones climáticas catastróficas que habrían dificultado mucho la evolución de la vida compleja.
El tirón gravitatorio de la Luna también tiene un efecto sutil pero profundo en la duración de nuestro día. Al principio de su historia, la Tierra giraba mucho más rápido, con un día que duraba posiblemente solo unas pocas horas. La fricción de marea causada por la atracción de la Luna ha actuado como un freno en la rotación de la Tierra, frenándola gradualmente durante miles de millones de años. Este proceso continúa hoy, alargando nuestro día en unos 1,7 milisegundos cada siglo. A medida que frena el giro de la Tierra, la Luna se aleja lentamente de nosotros, retrocediendo a un ritmo de unos 2,5 centímetros al año.