10.3: Explorando los Rayos del Cráter en Detalle

Muchos estudiantes están fascinados por los rayos del cráter. Una vez que has visto uno de ellos en la superficie de la Luna, simplemente no puedes evitar buscarlos como trébol entre trébol. Los sistemas de rayos ocurren en casi todos los cráteres de la Luna sin aire, pero son prácticamente desconocidos en la Tierra — ¿por qué crees que es así?

La respuesta tiene que ver con nuestra espesa atmósfera —y la completa falta de aire de la Luna—. En la Tierra, si un asteroide es lo suficientemente grande como para golpear la superficie y hacer un cráter, la explosión se verá más bien como una nube de hongo de una explosión de prueba nuclear. El calor extremo crea una columna ascendente de aire caliente que lleva la roca pulverizada en lo alto de la estratosfera. Si miras el penacho ascendente de una gran erupción volcánica en una foto o un video, tendrás una idea de la cantidad de energía que tal impacto puede liberar.

Las cosas son completamente diferentes en la Luna; sin aire, no importa cuánto calor genere el impacto, no habrá penacho de polvo y humo porque no hay aire para elevarlo y llevarlo en alto. El polvo de roca pulverizada rocía más como el agua de una manguera, volando en perfectas curvas parabólicas sin viento para perturbar o distorsionar su camino. Modelar un solo impacto en la Tierra en tu salón de clases requiere un poco de ingenio, ¡pero podemos hacerlo fácilmente!

Estándares Académicos

Prácticas de Ciencia e Ingeniería

• Desarrollo y uso de modelos.
• Planeación y realización de investigaciones.
• El uso de las matemáticas.

Conceptos transversales

• Causa y efecto.
• Escala, proporción y cantidad.
• Sistemas y modelos de sistemas.
• Flujos de energía, ciclos y conservación.

Estándares científicos de próxima generación

• Sistemas espaciales (K-5, 6-8, 9-12).
• Procesos de conformación de la Tierra (K-5, 6-8, 9-12).
• Historia de la Tierra (K-5, 6-8, 9-12).
• El sistema Tierra-Luna (6-8, 9-12).

Para el Educador

Datos que necesitas saber

1. Los rayos están hechos de material pulverizado expulsado del cráter durante un impacto. La razón por la que vemos rayas de material es porque las irregularidades en la llanta bloquean y canalizan alternativamente el flujo de material que fluye hacia afuera.
2. El material de rayos suele ser tan fino como la arena, o incluso la harina en la vida real.
3. La atmósfera de la Tierra detiene la formación de rayos. El polvo se suspende en el aire como una nube de polvo que se aleja en el viento. En la Luna sin aire, o Marte casi sin aire, los rayos son distintos y fáciles de ver.
4. Destacan los rayos porque el material finamente pulverizado es brillante y más reflectante que el suelo más oscuro sobre el que yace.
5. Los rayos en la Luna son más fáciles de ver en los días justo antes y después de la luna llena.

Docencia y Pedagogía

Los rayos en la Luna están hechos de roca muy finamente pulverizada que es tan fina como la harina. Los bordes dentados a lo largo del borde irregular del cráter canalizan el poder explosivo del impacto y ayudan a crear las serpentinas de roca en polvo que llamamos rayos de cráter.

Uno de los sistemas de cráteres y rayos más famosos de la Luna es el de Crater Tycho. Tycho tiene casi 90 millas de ancho y 4 millas de profundidad — es un gemelo virtual del impacto que destruyó a los dinosaurios aquí en la Tierra hace 65 millones de años, algunos científicos incluso plantean la hipótesis de que el Cráter Tycho en la Luna y el Cráter Chixulub en la Tierra fueron hechos de dos piezas de un solo asteroide que se rompió y cayó en el sistema solar interno aproximadamente al mismo tiempo.

Los rayos del cráter Tycho recorren más de mil millas a través de la superficie de la Luna y son fáciles de ver con cualquier pequeño telescopio en una noche de luna llena. ¡Es probable que los rayos de tu cráter hayan salido mucho más lejos de lo que tus alumnos esperaban que hicieran! De hecho, si eras escéptico sobre por qué te pedí que dejaras una extensión de papel artesanal de 5 pies de ancho, ¡probablemente ya no lo estés!

Los rayos y el volumen del cráter son una buena medida de la energía de impacto. Requiere energía para excavar un cráter y levantar toda la roca y el suelo que solía estar donde está ahora el cráter. El famoso cráter Meteor en Arizona tiene un volumen aproximadamente 400 veces mayor que un estadio de fútbol, y este enorme cráter fue excavado en solo unos segundos.

Los rayos también son una medida de la energía de impacto. Al igual que excavar un cráter, se necesita energía para pulverizar primero la roca, y luego levantarla y tirarla a grandes distancias. Los rayos de grandes cráteres como Tycho rara vez tienen más de una pulgada de espesor, pero se extienden a grandes distancias. ¡Estos rayos representan miles, incluso millones de toneladas de roca que fue aplastada a polvo y luego arrojada a distancias tremendas! ¿Cuánto más grande era tu manta eyecta que tu cráter real? ¿Cuál era la relación de tamaño entre el cráter y tus sistemas de rayos? ¡Todas estas cosas representan la energía de impacto del aplastamiento de asteroides que creó tu cráter!

Resultados de los estudiantes

¿Qué descubrirá el alumno?

1. ¡Puedes aprender mucho al mirar una roca! Tendemos a pensar en las rocas como cosas duras, prácticamente indestructibles, pero a escala planetaria, la roca es lo suficientemente blanda como para registrar las cicatrices e impactos que han formado todos los planetas de nuestro sistema solar, incluyendo la Tierra y la Luna.
2. La Tierra es bastante diferente a la Luna, geológicamente activa con sismos y volcanes, recorrida por el viento y la lluvia, estas cosas tienden a borrar el registro de impactos tempranos que formaron nuestra Tierra hace miles de millones de años. La Luna con su ambiente sin aire, sin agua prácticamente no tiene erosión. El interior de la Luna también está casi completamente solidificado, cualquier material fundido que quede está tan profundamente enterrado que nunca podrá volver a afectar la superficie lunar con erupciones volcánicas o terremotos —decimos que la Luna está geológicamente muerta y casi completamente inmutable.
3. Es esta misma falta de actividad geológica y ambiental lo que hace que la superficie lunar sea un registro tan perfecto de eventos tanto antiguos como modernos. Para el científico, las formas del paisaje lunar así como los tipos y la edad de las rocas allí cuentan una historia que se remonta a más de cuatro mil millones de años hasta una época en la que la Luna se formó recientemente y aún se fundió por dentro.

¿Qué aprenderás de la ciencia?

1. A menudo se escucha a la gente desafiar a los científicos, diciendo: '¿Cómo lo sabes?' o '¿Qué pruebas tienes?' Pero en el caso de la Luna y su historia antigua y violenta, la evidencia está justo frente a nosotros. Lo vemos cada vez que miramos al hombre de la Luna.
2. Esta idea de cómo el científico mira las cosas comunes que nos rodean y ve más de lo que hacen sus vecinos es bastante valiosa. Es triste, pero cierto, que los adultos en la vida de un niño suelen cerrar la miríada de preguntas que tiene un niño cuando ve algo nuevo. Cuando enseñamos a niños pequeños sobre ciencia, necesitamos darles un mensaje diferente; debemos recordarles que sigan haciendo esas preguntas, y que aprecien y persigan las más difíciles. ¡Puede ser el comienzo de toda una vida de aventura!

Realización de la Actividad

Materiales

1. Harina y pintura en aerosol negra (Ver Actividad #22.)
2. Dos piezas de papel artesanal negro o azul oscuro de 5 pies de largo x 30 pulgadas de ancho (cualquier color funcionará aquí siempre que esté lo más oscuro posible).
3. Un molde para pasteles con forma de resorte de 10 pulgadas - $10 (¡Puedes obtener pintura en esto, así que no traigas uno agradable de casa!)

Construyendo el modelo de rayos cráter

1. Pega tus dos pedazos de papel negro para manualidades hasta el piso; esto debería darte un área cuadrada agradable de 5 pies para trabajar.
2. Ponga su anillo de molde de forma de resorte en el papel (¡no coloque la parte inferior!) y llenarlo cuidadosamente con harina hasta la parte superior. Usa una regla para eliminar el exceso y barrer cuidadosamente con un pincel suave. Trate de no dejar ninguna harina perdida en el papel negro.
3. Levante el anillo recto hacia arriba. La harina se hundirá un poco alrededor de los bordes y te dejará un bonito montículo a unos 2-½ de profundidad en el centro. Rocíe pintura negra sobre el montículo de harina manteniendo la lata al menos a 18 pulgadas de distancia de la superficie. Si prefieres no trabajar con pintura en el aula, prueba a poner un poco de colorante alimentario negro o azul oscuro en un tazón con aproximadamente 2-3 tazas de harina. Sigue revolviendo la harina con un batidor y poco a poco agrega colorante alimentario hasta que la harina tenga un color oscuro y uniforme. Luego puedes poner la harina oscura en un tamiz y tamizar una capa superficial oscura sobre tu montón de harina blanca. El color es solo para contraste, y esto funciona casi tan bien como la pintura.

Explorando el modelo de rayos cráter

1. Ya estás listo para dejar caer un peso en la pila de harina. Si tienes acceso a algunos pesos en forma de disco comunes a los laboratorios de ciencias, estos funcionan maravillosamente. Si no, una gran bola de arcilla de mármol o ligeramente aplanada de 2 pulgadas funcionarán bien. Deja caer el peso de aproximadamente 2 pies hacia arriba; si estás usando pesos de disco o bolas de arcilla aplanadas, ¡asegúrate de dejarlas caer para que caigan planas contra la superficie!
2. El impacto en tu pila de harina no solo hará un cráter satisfactorio, sino un sistema muy dramático de rayos que se extienden sobre tu superficie de papel negro. ¡A menudo es recomendable fotografiar el cráter y sus rayos con la cámara de tu smartphone antes de que los niños comiencen a medir y explorar!
3. Mida el diámetro del cráter desde un borde de la llanta hasta el otro y registre esto.
4. Mida la manta de eyección de un borde a otro y graba esto. La manta de eyección es el círculo más o menos continuo de material que se arroja fuera del cráter en el momento del impacto.
5. Mida los rayos que se extienden desde el cráter desde el borde del cráter hasta la punta donde desaparece el rayo. Mida suficientes de ellos para que puedas obtener un buen promedio. Si hay suficientes rayos, cada niño puede medir uno o dos. Registre los rayos más cortos y largos, y calcule la longitud promedio de los rayos para su cráter.

Preguntas de Discusión

1. ¿Qué te mostró esta actividad sobre los cráteres que la última actividad no hizo?
   • Respuesta: ¡Los rayos son increíbles! Los rayos del cráter se extienden por grandes distancias, mucho más lejos de lo que la mayoría de la gente
2. ¿Qué te muestra esta actividad sobre la energía de los impactos de asteroides?
   • Respuesta: Cuando recordamos que los rayos del cráter están hechos de piedra en polvo, comenzamos a darnos cuenta de cuánta energía debe tomar; primero para pulverizar piedra sólida en polvo, y luego hacer estallar este polvo cientos de millas a través de la superficie lunar.
3. ¿Por qué los cráteres hechos en la Tierra no tienen rayos?
   • Respuesta: La piedra en polvo se llevaría como humo o polvo sobre el viento en lugar de caer en líneas limpias.
   • Respuesta: La piedra en polvo sería arrastrada por la lluvia y el viento en un tiempo relativamente corto. ¡Cualquier rayo creado en la Tierra no existiría solo unos años después de que se creara el cráter de impacto!

Materiales Suplementarios

Profundizando

No siempre hemos hablado de “cráteres de impacto” en la superficie lunar. Cuando era joven, nos enseñaron que casi todos los cráteres de la Luna eran de naturaleza volcánica, y que la idea de algo lo suficientemente grande como para golpear la Tierra o la Luna y hacer un cráter grande era una idea ridícula.

El descubrimiento de la verdadera naturaleza de los cráteres de impacto está atado con dos hombres y un cráter de impacto gigante en el norte de Arizona. Daniel Barringer compró lo que se conoció como Cráter Barringer en 1903, con la esperanza de minar el sitio por toneladas de hierro meteórico que asumió que debía ser enterrado allí. Barringer publicó muchos artículos en revistas científicas afirmando que demostraban que el cráter fue hecho por un meteorito gigante golpeando la Tierra. Aunque la comunidad científica nunca aceptó el trabajo de Barringer como concluyente, la familia Barringer afirma con constancia que descubrió la naturaleza meteórica de los cráteres de impacto antes que nadie.

Gene Shoemaker llegó por primera vez al cráter Barringer a fines de la década de 1950 y continuó estudiando el sitio hasta principios de la década de 1960. El análisis de Shoemaker del cuarzo conmocionado demostró que el cráter tenía que ser de origen meteórico. Zapatero estaba previsto que fuera un Astronauta Apolo, pero una dolencia cardíaca le impidió volar. Nunca menos, su trabajo en los cráteres de impacto fue verificado por los astronautas del Apolo, y hoy todos sabemos que casi todos los cráteres de la Luna fueron causados por el impacto de asteroides desde el espacio, ¡no explosiones volcánicas!

Ser astrónomo y científico

Combinamos las secciones de astrónomo y científico para esta actividad porque están muy estrechamente entrelazadas. Si tienes telescopio, tanto mejor, pero si no lo haces entonces te servirá una fotografía de alta calidad de la Luna Llena.

1. En o alrededor de la luna llena, toma tu telescopio una hora más o menos después del atardecer cuando la Luna esté muy por encima del horizonte. Al ver la Luna a 80-100x, busca cráteres con sistemas de rayos brillantes.
2. Haga que sus alumnos dibujen un cráter y un sistema de rayos con la mayor precisión posible, prestando atención al diámetro del cráter y la longitud del rayo. Si puedes determinar la extensión de la manta eyecta, ¡agrega eso a tu boceto!
3. Después de dibujar, mida el tamaño del cráter y compárelo con la longitud de los rayos y la extensión de la manta eyecta.
4. Calcular la relación del tamaño del cráter en comparación con la eyecta, y con los rayos. Compara estas proporciones entre los estudiantes — ¿puedes encontrar una relación consistente entre el tamaño del cráter y la longitud del rayo?

Seguimiento

Una visita de clase al cráter Barringer (también conocido como Meteor Crater) en Arizona podría no ser posible para tu clase; sin embargo, hay muchos videos que te llevarán allí sin salir de la comodidad de tu propio salón escolar. Al igual que con todos los videos en la web, asegúrate de previsualizarlos para asegurar que el contenido sea apropiado para la edad de tus alumnos.