La gravedad es probablemente la fuerza más intrigante y especial; una fuerza gentil pero implacable. Esta somete a dos cuerpos a una atracción mutua, ya sea esta a corta distancia o a través de la inmensidad del cosmos.
Gentil pero implacable
Puede ser que que aquí en la tierra no estemos conscientes de la gravedad todo el tiempo, mas ciertamente notamos sus efectos, cuando vemos un objeto que cae, o debido al peso que sentimos como resultado de la misma gravedad de la Tierra actuando en nuestra masa corporal.
Como todos sabemos, los satélites artificiales y otros cuerpos como la Estación Espacial Internacional orbitan alrededor de la Tierra, y mantienen trayectorias semi-estables a medida que viajan alrededor de la Tierra, sin embargo, estos satélites siguen requiriendo correcciones de trayectoria considerando que poco a poco, por esta fuerza de gravedad, la Tierra tira de estos objetos hacia la superficie del planeta, y este efecto debe ser contrarrestado continuamente mediante el uso de propelente para corregir sus órbitas.
Pero la opción de la órbita terrestre no es la única que tenemos. Hay lugares similares para ubicar cuerpos en el espacio (en su mayoría satélites o sondas espaciales), ubicados en lugares a más distancia de la Tierra. Estos se denominan puntos de Lagrange.
Lagrange y el problema de los tres cuerpos.
Joseph-Louis Lagrange fue un matemático y astrónomo italiano que vivió durante la “Era de la ilustración” del siglo dieciocho, reemplazando a Euler como el director de Matemáticas en la Academia de Ciencias de Prusia en Berlín.
Entre sus múltiples y relevantes contribuciones científicas publicó un artículo en 1772 sobre el problema de los tres cuerpos, como parte de sus estudios astronómicos; estudiando este problema enfocado principalmente en la interacción Tierra, Sol y Luna, creando una nueva rama de la mecánica Newtoniana denominada, por supuesto, mecánica de Lagrange, donde el explica el mecanismos del problema de los mencionados tres cuerpos mentales y el caso especial de los entonces llamados puntos Lagrangianos .
Este problema fue formulado a partir de la mecánica clásica, con la intención de predecir el movimiento de tres cuerpos diferentes usando las leyes de gravedad de Newton; conociendo solo sus condiciones iniciales (posición, masa y velocidad).
Los puntos de Lagrange.
Los mencionados puntos de Lagrange son puntos donde la fuerza gravitacional combinada (el jale o empuje), causada por dos cuerpos más grandes sobre un tercer cuerpo más pequeño, contrarresta la fuerza centrífuga y gravitacional de este, dejándolo en un estado de equilibrio, el equivalente espacial de “estar estacionado”. Debido a este hecho, estos también se llaman puntos de libración.
Existen un total de cinco puntos de Lagrange; tres de ellos en una línea que conecta los dos cuerpos más grandes. Por ejemplo, si consideramos las masas de Sol y la Tierra, el primer punto de Lagrange “L1” está ubicado entre la Tierra y el Sol, el segundo, “L2”, está en el lado opuesto tanto de la Tierra como del Sol, y el tercero, “L3” en una región lateral similarmente lejana pero en el lado opuesto, lejos del Sol y de la Tierra. Dos puntos de Lagrange adicionales, “L4” y “L5”, se encuentran en el ápice de triángulos equiláteros formados con un lado formado por la distancia entre el Sol y la Tierra.
Puntos de Lagrange
La importancia de estos puntos es que, dado su efecto gravitacional, permite una ubicación estable para las sondas espaciales que requieren “mantener su distancia” de la Tierra.
No todos estos puntos son iguales, los tres puntos iniciales, L1, L2 y L3, no son perfectamente estables, y los objetos ubicados en estos necesitan realizar correcciones de órbita para mantenerse en posición; los cuerpos en estos puntos se comportan como si estuvieran en la cima de una montaña, donde potencialmente pueden deslizarse a través de la ladera de esta en cualquier dirección. Por otro lado, los puntos L4 y L5 tienen un comportamiento opuesto, siendo muy estables; al igual que los objetos dentro de un tazón o recipiente, que tienden a permanecer en el fondo del mismo; los cuerpos en L4 y L5 tienden a regresar al centro de estos puntos de gravedad si comienzan a distanciarse; por esta razón, estos puntos tienden a acumular polvo y asteroides; a estos se les llaman troyanos, en honor a tres asteroides mayores (Agamemnon, Achilles y Hector, personajes de la historia de Troya), ubicado en estos puntos de Lagrange entre Júpiter y el sol.
Los puntos de Lagrange en la exploración espacial
Debido a sus características particulares, los puntos de Lagrange se usan en misiones especiales de exploración espacial, cuando es ineficiente tener estas sondas orbitando la Tierra o es el mismo calor o radiación de la Tierra lo que dificulta realizar las mediciones y observaciones deseadas.
Algunos ejemplos son:
- El WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), que hasta 2010 permaneció en el punto L2 entre el Sol y la Tierra, y luego se movió a una órbita solar fuera de L2 y que hizo la medición más detallada de las diferencias de temperatura del fondo de microondas cósmico (CMB). básicamente tomando una instantánea de las condiciones al comienzo del universo (Big Bang).
- La sonda SOHO (Observatorio Solar y Heliosférico), que está estudiando el Sol, actualmente mantiene una órbita semi-fija en L1 entre el Sol y la Tierra, haciendo un movimiento elíptico alrededor de este punto para tener la oportunidad de transmitir sus datos de forma regular.
- Y probablemente uno de los usos más interesantes que se le darán a estos puntos será para la ubicación del telescopio espacial James Webb, que se considera el reemplazo científico del telescopio espacial Hubble, que se ubicará en el punto L2 entre el Sol y la Tierra, para aislarlo lo más posible de la radiación de estos cuerpos, ya que este telescopio operará alrededor del ancho de banda de la luz infrarroja; misión programada para ser lanzada el próximo año, habilitando una nueva era de investigaciones astronómicas y cosmológicas.
Telecopio espacial James Webb – wikipedia.org
Por mucho tiempo los puntos de Lagrange fueron solo una mera curiosidad física y astronómica hasta la llegada de la era espacial y hoy en día son un destino regular para las sondas espaciales, aprovechando la menor necesidad de ajustes de órbita y por lo tanto haciendo más eficiente y extendiendo la vida operacional de las sondas espaciales actuales. Los puntos de Lagrange son verdaderamente un puerto para anclar nuestras misiones de exploración espacial.
Saludos, Alex – ScienceKindle.
