NASA mide el movimiento del centro de la Tierra y sus implicancias para la navegación

El centro de masa de la Tierra se encuentra en constante movimiento, desplazándose unos milímetros a medida que enormes cantidades de agua, hielo y aire se redistribuyen por el planeta con las estaciones. Este fenómeno fue estudiado por científicos de NASA, quienes desarrollaron una nueva técnica para medir estos pequeños desplazamientos utilizando satélites de medición láser, datos de GPS y mediciones de cómo el agua y el hielo deforman la corteza terrestre.

Este movimiento sutil es fundamental, ya que el centro de masa de la Tierra sirve como un punto de referencia esencial para la navegación satelital y las mediciones de elevación de la superficie. Investigadores del Jet Propulsion Laboratory (JPL) de NASA en California lideraron el desarrollo de este método, cuyos resultados fueron publicados en un estudio en la Geophysical Journal International.

Los resultados del estudio muestran cómo cambios estacionales significativos, como el derretimiento de la nieve y el movimiento del agua oceánica, redistribuyen grandes cantidades de masa en la superficie terrestre. El centro de masa de la Tierra no permanece en un solo lugar fijo, sino que se desplaza debido al peso cambiante de agua, hielo y la atmósfera.

Si la Tierra fuera una esfera sólida perfecta, su centro de masa coincidiría con su centro geométrico. Sin embargo, la realidad es que el planeta responde a la redistribución del peso de estos elementos. Así, el centro de masa de la Tierra puede moverse hasta varios milímetros de su centro geométrico.

Determinar la magnitud exacta de este movimiento ha resultado complicado. Las dos estimaciones internacionales más recientes, producidas en 2017 y 2023, diferían en 7 milímetros, una discrepancia casi equivalente al movimiento que los científicos intentan medir. Para reducir esta incertidumbre, el geocientífico del JPL, Donald Argus, lideró el desarrollo de un enfoque que se basa en el rastreo satelital extremadamente preciso.

La gravedad provoca que los satélites orbiten alrededor del centro de masa de la Tierra. A medida que este centro se desplaza, los científicos pueden detectar cambios minúsculos en las distancias entre los satélites en órbita y las estaciones de seguimiento en la superficie. Este método ha utilizado satélites de metal denso lanzados en 1976 y 1992, específicamente diseñados para este propósito, conocidos como Satélites de Geodinámica por Láser (LAGEOS 1 y 2).

Los nuevos enfoques combinan mediciones láser con el rastreo GPS y la información orbital de varios satélites en órbita baja, lo que les proporciona un rango más amplio de objetos para seguir. También consideran cómo el peso cambiante del agua y el hielo deforma la corteza terrestre, lo que significa que las estaciones de seguimiento se mueven ligeramente a medida que la superficie debajo de ellas cambia.

Argus y su equipo estimaron que el movimiento del centro de masa de la Tierra es aproximadamente la mitad de lo que se pensaba hace ocho años. Esto sugiere que la masa del agua y el aire que se mueve entre los hemisferios es menor de lo que se creía anteriormente. Aunque las distancias involucradas son pequeñas, su importancia se extiende mucho más allá del laboratorio.

El coautor del estudio, Felix Landerer, destacó que, a pesar de que estos movimientos pueden parecer diminutos, nuestro mundo moderno depende de mediciones de posicionamiento extremadamente precisas. Comprender los mecanismos que cambian los sistemas de referencia permitirá construir mejores sistemas que beneficiarán la navegación y el mapeo, desde la logística del transporte global hasta la agricultura de precisión.

Los investigadores siguieron el movimiento estacional del centro de masa de la Tierra, identificando tres fuentes principales: los océanos, la atmósfera y el agua continental, que incluye el hielo terrestre, la nieve, el agua de lagos y ríos, la humedad del suelo y el agua subterránea. Estos efectos varían a lo largo del año a medida que el agua y el aire se acumulan en diferentes partes del mundo.

Por ejemplo, la nieve en América del Norte y Eurasia alcanza su mayor acumulación en marzo, lo que desplaza el centro de masa de la Tierra unos 3 milímetros hacia el Polo Norte. En abril, la cuenca del río Amazonas alcanza su máximo estacional de agua de lluvia, con aproximadamente 2,400 gigatoneladas, lo que tira del centro de masa de la Tierra 2.2 milímetros hacia América del Sur.

Otro aporte significativo ocurre más tarde en el año, cuando el agua del monzón en el sudeste asiático alcanza su pico en noviembre, contribuyendo también al movimiento anual del centro de masa.

El agua oceánica juega un papel importante en este desplazamiento estacional. Desde agosto hasta octubre, el agua de deshielo y la lluvia añaden masa a los océanos, empujando el centro de masa de la Tierra hacia el Océano Pacífico Sur. Debido a la inmensidad del Pacífico, los cambios en su masa pueden superar las ganancias o pérdidas en otras cuencas oceánicas.

Los investigadores también utilizaron un modelo del Centro Europeo para Previsiones Meteorológicas a Medio Plazo para estimar cómo los cambios atmosféricos estacionales alteran el centro de masa de la Tierra. Encontraron que el aire frío y denso del invierno desplaza el equilibrio hacia Arabia, Asia y el norte de África alrededor del 21 de diciembre, mientras que el 21 de junio ocurre un efecto correspondiente sobre América del Sur y África del Sur.

Las estimaciones de masa producidas por este nuevo análisis concuerdan con observaciones de la misión Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On (GRACE-FO), lanzada en 2018, que mide cambios mensuales en el campo gravitacional de la Tierra. La misión GRACE-FO es una colaboración entre NASA y el Centro Alemán de Investigación en Geociencias.

Los científicos ya están preparando la próxima generación de estas mediciones. La misión GRACE-Continuity (GRACE-C) está programada para lanzarse a finales de 2028 y tiene como objetivo continuar el registro de casi 25 años de la serie GRACE, que rastrea cómo se mueve el agua y la masa alrededor de la Tierra.

Temas