Una variación de apenas unos milímetros puede alterar un punto de referencia esencial para los satélites que orbitan el planeta. El desplazamiento estacional del agua, el hielo y el aire mueve el centro de masa de la Tierra respecto de su centro geométrico, según una investigación liderada por científicos del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en California.
El fenómeno no modifica la forma visible del planeta ni supone un cambio brusco en su rotación. Aun así, importa para los sistemas que requieren una localización precisa desde el espacio, como la navegación por satélite, la elaboración de mapas y las mediciones de altitud. El estudio, publicado en la revista Geophysical Journal International, plantea además que el movimiento anual es menor de lo calculado en estimaciones anteriores.
La Tierra no es una esfera rígida y homogénea. La acumulación de nieve, las lluvias, el desplazamiento de agua entre continentes y océanos, la pérdida de hielo y los cambios en la atmósfera redistribuyen grandes cantidades de masa a lo largo del año.
Esa redistribución provoca que el geocentro, el punto que representa el centro de masa del planeta, se desplace respecto del centro geométrico. En términos sencillos, el centro geométrico sería el punto medio de una esfera perfecta; el centro de masa, en cambio, depende de dónde se concentra el peso de todo lo que compone la Tierra.
Los movimientos llegan a varios milímetros, una distancia reducida para la vida cotidiana, pero relevante para instrumentos que calculan posiciones desde miles de kilómetros de altura. La NASA indicó que dos estimaciones internacionales realizadas en 2017 y 2023 diferían en siete milímetros, una brecha casi equivalente a la magnitud del fenómeno que buscaban medir.
Por ese motivo, el equipo encabezado por el geocientífico Donald Argus, del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (JPL), desarrolló un método destinado a reducir la incertidumbre.
“Ahora calculamos que el desplazamiento anual del centro de masa de la Tierra es cerca de la mitad de lo que creíamos hace ocho años”, afirmó Argus. El investigador añadió que los resultados sugieren que el volumen de agua y aire que se traslada entre hemisferios es menor de lo supuesto hasta ahora.
La nieve del hemisferio norte desplaza el geocentro hacia el Polo Norte
La investigación agrupó las causas de la oscilación anual en tres grandes categorías: océanos, atmósfera y agua continental. Esta última incluye los glaciares, la nieve, los ríos, los lagos, la humedad del suelo y las reservas de agua subterránea.
Uno de los cambios más claros ocurre en marzo. Durante ese mes, la acumulación de nieve en América del Norte y Eurasia alcanza su nivel máximo. Esa carga adicional de agua congelada mueve el centro de masa terrestre unos tres milímetros hacia el Polo Norte.
El patrón cambia semanas después. En abril, la cantidad de agua asociada a las precipitaciones en la cuenca del Amazonas llega a un máximo estimado de 2.400 gigatoneladas. Una gigatonelada equivale a mil millones de toneladas. Ese aumento de masa desplaza el geocentro alrededor de 2,2 milímetros hacia América del Sur.
Las lluvias monzónicas del sudeste asiático también forman parte de la oscilación. En noviembre, el agua vinculada al monzón alcanza unas 600 gigatoneladas en la región y aporta un componente adicional al ciclo anual.
El estudio no plantea que el planeta cambie de posición en el espacio. Lo que varía es la ubicación interna de su punto de equilibrio, como consecuencia de la distribución desigual de masas sobre la superficie y debajo de ella.
El océano Pacífico tiene un peso particular en esta dinámica debido a su extensión. Entre agosto y octubre, el agua procedente del deshielo y de las lluvias hace que el nivel del mar aumente en distintas áreas oceánicas, con un efecto que lleva el centro de masa de la Tierra hacia el Pacífico Sur.
Los autores observaron que las variaciones de masa en ese océano superan los cambios registrados en otras cuencas. Los mares Mediterráneo, Rojo, del Norte, Báltico y de Barents también influyen, aunque con una contribución menor.
El aire frío del invierno también altera el equilibrio del planeta
La atmósfera participa en el desplazamiento del centro de masa. El aire frío es más denso que el cálido, por lo cual concentra más masa en las regiones donde se acumula durante el invierno.
Con un modelo elaborado por el Centro Europeo de Previsiones Meteorológicas a Medio Plazo, los investigadores estimaron el efecto de esas variaciones. Los cálculos indican que el aire invernal, frío y denso, contribuye a desplazar el equilibrio sobre Arabia, Asia y el norte de África cerca del 21 de diciembre. Un patrón comparable ocurre alrededor del 21 de junio sobre América del Sur y Sudáfrica.
Felix Landerer, coautor del trabajo e investigador del JPL, sostuvo que la escala reducida de estos movimientos no disminuye su importancia para las tecnologías actuales. “Aunque estos movimientos puedan parecer insignificantes, nuestro mundo moderno depende de mediciones de posicionamiento extremadamente precisas”, señaló.
Landerer explicó que una mejor comprensión de los procesos que alteran los sistemas de referencia puede mejorar la cartografía y la navegación. Entre las aplicaciones mencionó la logística marítima global y la agricultura de precisión.
Satélites láser y GPS permitieron mejorar la medición
Para calcular el geocentro, los científicos combinaron distintos sistemas de observación. Una de las herramientas centrales fueron los satélites LAGEOS 1 y LAGEOS 2, lanzados en 1976 y 1992. Ambos poseen reflectores que permiten medir con láser su distancia respecto de estaciones terrestres distribuidas en más de 20 países.
Los satélites orbitan alrededor del centro de masa de la Tierra debido a la gravedad. Por eso, una modificación pequeña en la distancia que los separa de una estación terrestre puede revelar un cambio en la ubicación del geocentro.
El nuevo método incorporó datos de GPS y observaciones orbitales de varios satélites de órbita baja. También incluyó un aspecto que podía distorsionar los cálculos: el peso del agua y del hielo deforma la corteza terrestre y desplaza levemente las estaciones de medición.
La investigación comparó sus resultados con las observaciones de la misión Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On (GRACE-FO), integrada por dos satélites gemelos lanzados en 2018. La misión detecta variaciones mensuales en la gravedad terrestre, que reflejan sobre todo el movimiento de grandes masas de agua.
El trabajo apunta a perfeccionar los sistemas de referencia usados para medir un planeta cuya masa nunca permanece exactamente en el mismo lugar.
