Los puntos del espacio donde 'aparcar' satélites y telescopios

Pensemos ahora en la atracción gravitacional de dos cuerpos más que la atracción digamos lúdica de dos pelotas. En algún lugar, o en varios, la atracción gravitacional debe equilibrarse, y serían el mejor lugar para 'aparcar' no a un perro, pero sí a aparatos para estudiar el universo, o para transmitir comunicaciones. El telescopio James Webb, por ejemplo, está diseñado para ubicarse en uno de esos puntos (el L2) del sistema de la Tierra y el Sol.

Digamos que hay dos objetos en órbita uno alrededor del otro, como la Luna y la Tierra o la Tierra y el Sol. En primer lugar, debemos recordar que la Luna no tiene su órbita alrededor del centro de la Tierra, como el sentido común podría hacernos creer. Si la Tierra y la Luna tuvieran la misma masa y tamaño, ambos girarían alrededor de un centro común de gravedad que se encontraría a medio camino entre el centro de los dos (la gravedad siempre se considera en el centro de cada cuerpo). Si uno de esos dos se fuera haciendo más y más masivo, el centro común de gravedad se iría desplazando hacia el objeto más masivo y alejando del otro. Como la Tierra es mucho más masiva que la Luna, el centro común de gravedad de ambos cuerpos se encuentra más cerca del centro de la Tierra, de hecho está dentro de nuestro planeta, a unos 1.700 kilómetros debajo de la superficie, y se va moviendo conforme la Luna gira alrededor del planeta. Lo que, de paso, explica las mareas.

El matemático alemán Leonhard Euler fue el primero en calcular, mientras exploraba el difícil problema de la interacción gravitacional entre tres cuerpos, que debía haber tres puntos de equilibrio gravitacional entre dos cuerpos. Los tres puntos formarían una línea recta. El primero estaría entre los dos, más cerca del de menor masa (sería el punto donde dejamos a nuestro perro con las dos pelotas). Otro estaría detrás del cuerpo más pequeño, relativamente cerca de este, y el tercero estaría relativamente más lejos detrás del cuerpo mayor, en los lugares donde la gravedad de ambos sería equivalente.

Este desarrollo fue retomado por el francés Joseph-Louis Lagrange, quien determinó que había otros dos puntos de equilibrio, que se encontraban en los vértices de un triángulo equilátero cuyos lados miden la distancia entre el centro de los dos cuerpos originales.

Con el tiempo, a estos cinco puntos de equilibrio gravitacional se les conoció como 'Puntos de Lagrange' y 'Puntos de Euler', numerados como L1, L2 y L3 los descubiertos por Euler, y L4 y L5 los determinados por Lagrange y se empezaron a conocer sus características… y su posible uso en tareas de exploración espacial.

La idea que tenemos de la gravedad está determinada por el efecto que tiene sobre nosotros. Por ejemplo, es la gravedad la que hace que tengamos peso al estar atraídos hacia el centro de la Tierra constantemente en relación con cuanto nos rodea. Si vemos a alguien que no cae hacia el suelo, digamos, de su nave espacial, pensamos que está en 'gravedad cero'. Y los medios de comunicación nos hablan constantemente de «huir de la influencia de la gravedad», de satélites y naves que dejan atrás la gravedad de la Tierra, etc. Y todo eso está mal.

De las tres interacciones fundamentales que conocemos en el universo, la electrodébil -que incluye al electromagnetismo-, la nuclear fuerte y la gravedad, esta última es la más débil, y al mismo tiempo la que tiene mayor alcance en el espacio. De hecho, su alcance es infinito y por ello puede mantener la coherencia en enormes agrupaciones de objetos, como una galaxia, cuya forma, movimiento y orden se mantienen gracias a la atracción gravitacional de todos los cuerpos que la conforman.

Los astronautas en la Estación Espacial Internacional, así, están tan sujetos a la gravedad terrestre como nosotros en la Tierra, pero están en caída libre… Lo mismo que nos ocurriría si nos cayéramos con un ascensor. Percibiríamos que 'flotamos' respecto del ascensor porque es nuestro marco de referencia, pero seguiríamos siendo sujetos de la influencia de la gravedad, algo que daría como resultado una tragedia si nuestra caída continuara sin freno.

Así, para mantener su órbita, todos los satélites y naves que están girando alrededor de nuestro planeta requieren constantemente de correcciones. Sin ellas, la órbita decaería inevitablemente, en una espiral cada vez más apretada hasta reingresar en nuestra atmósfera.

Si bien entonces los puntos de Lagrange no son lugares 'sin' gravedad, sino lugares donde la atracción de dos cuerpos se equilibra y ninguno de ellos nos atrae con más fuerza, pronto los soñadores del espacio se dieron cuenta de que se podrían situar objetos como satélites o telescopios, en los puntos de Lagrange entre la Tierra y la Luna o entre cualesquiera otros dos cuerpos en órbita uno alrededor del otro, manteniéndolos 'aparcados' con un gasto muy pequeño de combustible -y por tanto mayor duración de la misión- que en otras órbitas.

Los objetos que se aparcan en puntos de Lagrange no están exactamente en estos, sino en una órbita de poca circunferencia alrededor de ellos, llamada 'órbita de halo'. Ha habido 17 misiones que han utilizado puntos de Lagrange, sobre todo entre la Tierra y el Sol, para estudiar cometas, el espacio interplanetario, el clima, el viento solar, observar el universo y otras misiones científicas. China ha usado el punto L2 de la Tierra y la Luna para comunicarse con la base de control y la misión Chang'e 4 en el lado lejano de la Luna. Como decíamos, el telescopio James Webb está diseñado para ubicarse en el punto L2 del sistema de la Tierra y el Sol para observar el universo con más detalle que nunca durante un lapso entre 5 y 10 años, en función de su uso de combustible y otros factores de desgaste.