por Michael J. I. Brown , La Conversación
Eche un vistazo a la luna y no es difícil imaginarla como un planeta. Una bola de roca de 3.476 kilómetros de diámetro, con llanuras de basalto y cadenas montañosas, cuya atracción gravitacional produce mareas aquí en la Tierra.
A pesar de su vasta masa y atracción gravitacional, la luna hace un excelente trabajo al no caer a la Tierra. ¿Por qué? Porque la luna está en órbita.
Los conceptos de gravedad y órbitas han sido desarrollados durante siglos por figuras legendarias de la ciencia, incluidos Galileo Galilei, Johannes Kepler, Isaac Newton y Albert Einstein.
Los satélites en órbita se utilizan habitualmente para la comunicación, la obtención de imágenes y la navegación, pero muchas personas no entienden cómo estos satélites permanecen en el espacio.
Ir de lado
Un error común sobre los viajes espaciales y la ingravidez es que son el resultado de una ausencia de gravedad. Mientras que la atracción gravitacional de la Tierra disminuye a medida que uno se adentra en el espacio, nunca desaparece por completo. Suelta una bola a 100.000 km sobre la Tierra y cae gradualmente.
¿Cómo los satélites y las lunas dejar de estrellarse? Yendo de lado.
Newton puede que no haya sido divertido en las fiestas, pero podría crear un experimento mental genial. Para ilustrar el movimiento de los satélites, creó el Cañón de Newton.
Cuando disparas un cañón horizontalmente en la Tierra, la bola de cañón va una cierta distancia mientras cae al suelo. Dispara la bola de cañón más rápido fuera del cañón y viajará más lejos alrededor de la Tierra antes de estrellarse.
¿Y si pudieras disparar la bala de cañón a una velocidad increíble de 8 kilómetros por segundo? La bola de cañón seguiría la curvatura de la Tierra, siendo arrastrada hacia la Tierra por la gravedad, pero nunca alcanzaría el suelo.
Al menos lo haría en el experimento mental de Newton, sin resistencia al aire y con un cañón mágicamente poderoso.
Subir
El cañón de Newton sigue siendo un experimento mental, pero en el siglo XX finalmente se hizo posible viajar a velocidades de 8 kilómetros por segundo. No con cañones, sino con cohetes.
Además de ser más cómodo que un cañón, un cohete puede viajar más allá de los 100 kilómetros de altitud y luego acelerar a 8 kilómetros por segundo en el vacío del espacio. A esa velocidad se tarda tan solo 90 minutos en circunnavegar el globo terráqueo.
Una vez en órbita, los motores de los cohetes se pueden apagar y una nave espacial puede girar alrededor de la Tierra. Es un mito de ciencia ficción que las naves espaciales se desplacen de órbita cuando sus motores están apagados.
La atmósfera de la Tierra a altitudes entre 100 y 1.000 kilómetros es excepcionalmente delgada, por lo que una nave espacial tarda de días a años en ser arrastrada de regreso a la Tierra.
Si estás dentro de una nave espacial, muy por encima del mundo, la gravedad te tirará a ti y a tu nave espacial, y sin embargo, serías ingrávido.
La ingravidez ocurre cuando la gravedad te empuja libremente, sin resistencia (desde la superficie o el aire). La ingravidez se puede sentir incluso sin recorrer 8 kilómetros por segundo, en la parte superior de un salto o al comienzo de una inmersión.
Ir más alto
¿Qué pasa si enciendes los cohetes, acelerando a una velocidad de 10 kilómetros por segundo? En lugar de seguir la curvatura de la Tierra, su nave espacial seguirá un camino que la alejará de la Tierra.
A medida que su nave espacial se aleja de la Tierra, comenzará a ralentizarse, tanto vertical como horizontalmente (debido a la conservación del momento angular). Eventualmente alcanzará una altitud máxima (apogeo) y caerá hacia la Tierra, acelerando a medida que lo hace.
El proceso ahora se invierte, con la nave espacial tomando velocidad hasta que alcanza una altitud mínima (perigeo). El proceso se repite, con la nave espacial trazando una elipse alrededor de la Tierra.
¿Qué pasa si disparas los cohetes de nuevo, acelerando a una velocidad de 11 kilómetros por segundo? Ahora las cosas se ponen interesantes.
Su nave espacial se alejará de la Tierra y será ralentizada por la gravedad, pero la atracción gravitacional de la Tierra cae tan rápidamente que nunca lo detendrá por completo. Su nave espacial dejará la vecindad de la Tierra, para vagar a través de nuestro sistema solar.
Permanecer inmóvil
Mientras algunos satélites giran alrededor del mundo en 90 minutos, otros no parecen moverse en absoluto. El clima y los satélites de televisión parecen flotar sobre el ecuador.
Estos satélites están en órbitas geoestacionarias. A medida que uno orbita más lejos de la Tierra, la velocidad requerida para permanecer en órbita disminuye y el tiempo requerido para completar una órbita aumenta.
A casi 36.000 km de altitud, una órbita tarda un día completo en rodear la Tierra. A medida que la Tierra gira sobre su eje una vez al día, estos satélites aparecen fijos en su lugar desde nuestra perspectiva (giratoria) ligada a la Tierra.
Ir aún más lejos de la Tierra y las órbitas tardan aún más. La luna es un satélite natural a 384.000 km de la Tierra y tarda poco más de 27 días en completar una sola órbita. A pesar de que la luna viaja un kilómetro cada segundo hacia el este, en la Tierra giratoria la luna sale por el este y se pone por el oeste.
Pasando por
En realidad podemos ver satélites que pasan por encima de la cabeza antes del amanecer y después del anochecer, ya que reflejan la luz del sol hacia nosotros.
Algunos satélites siguen la rotación de la Tierra y se mueven de oeste a este. Otros tienen órbitas que los llevan sobre los polos, y viajan de norte a sur o de sur a norte.
Elija la noche correcta y verá la enorme pero ingrávida Estación Espacial Internacional mientras recorre el mundo.
En silencio, los satélites pasan por encima, tardando unos minutos en viajar de horizonte a horizonte. Para nosotros, su paso parece bastante sereno, a pesar de que viajan muchos kilómetros por segundo a altitudes de cientos de kilómetros.