Puntos de Lagrange: una lección de gravedad y un camino hacia la exploración espacial

Hace años, estacioné mi auto y entré a una tienda del vecindario, solo para descubrir que mi auto se había ido cuesta abajo. Afortunadamente, la pendiente no era demasiado pronunciada y el coche fue detenido junto a un bordillo empinado a unos 40 pies de distancia. Ignoré a los transeúntes que pasaban con el ceño fruncido, salté al vehículo y me fui, avergonzado por haber mostrado tan poco dominio de la gravedad.

Resulta que comprender la gravedad también es fundamental para saber dónde estacionar objetos como telescopios, satélites y estaciones espaciales. El sistema Tierra-Sol tiene cinco ubicaciones especiales llamadas puntos de Lagrange, que llevan el nombre del matemático italo-francés Joseph-Louis Lagrange, quien investigó la compleja relación entre tres objetos separados. En los puntos de Lagrange, la atracción gravitacional de la Tierra y el Sol es igual a la fuerza centrípeta que permite a la Tierra girar alrededor del Sol. Por lo tanto, un objeto estacionado en uno de los puntos de Lagrange tiende a permanecer en esta posición mientras la Tierra gira alrededor del Sol.

Los puntos de Lagrange L1, L2 y L3 están alineados con la Tierra y el Sol, mientras que L4 y L5 forman cada uno un triángulo equilátero con la Tierra y el Sol. Debido a que la gravedad y la fuerza centrípeta dependen de la masa, los puntos de Lagrange en estas posiciones del triángulo son especialmente estables cuando la relación entre la masa mayor y la masa menor excede 24,96. Afortunadamente, el Sol es aproximadamente 333.000 veces más pesado que la Tierra, por lo que L4 y L5 están en posición fija, lo que los convierte en buenos candidatos para una futura estación espacial o lugares de extracción de asteroides. Actualmente, en estos puntos estables se han acumulado algunas rocas espaciales y polvo, como el polvo que se acumula en la esquina de una habitación.

A medida que la Tierra orbita alrededor del Sol, los puntos lineales de Lagrange (L1, L2 y L3) experimentan aproximadamente 23 días en los que pueden alejarse lentamente de su posición con el tiempo. Este período de ligera inestabilidad significa que los telescopios espaciales en estas posiciones deben usar algún propulsor para mantenerse alineados. Uno de esos telescopios es el Telescopio Espacial James Webb (JWST), que alcanzó la posición L2 a aproximadamente un millón de millas de la Tierra en enero. Al estar casi 2.700 veces más lejos de la Tierra que el Telescopio Espacial Hubble, sería inutilizable, incluso si todavía tuviéramos un transbordador espacial en funcionamiento. Sin embargo, el equipo espera que su ubicación distante proporcione observaciones del espacio profundo y del pasado lejano del universo.

El sistema Tierra-Sol no es el único lugar donde se encuentran los puntos de Lagrange. De hecho, existen cinco puntos de Lagrange entre dos cuerpos masivos cualesquiera. Por ejemplo, en los puntos L4 y L5 entre Júpiter y el Sol se han recogido una gran cantidad de asteroides, trozos de roca y hielo, cometas y planetas enanos. Además, el punto L2 en el sistema Tierra-Luna sirvió como ubicación para los satélites de comunicaciones que cubren la cara oculta de la Luna, y L4 y L5 entre la Tierra y la Luna serían especialmente estables para las estaciones espaciales permanentes.

Los investigadores también sugirieron colocar escudos en la posición L1 directamente entre los dos cuerpos planetarios para diversas aplicaciones. Por ejemplo, los científicos de la NASA han propuesto colocar un escudo magnético en el punto L1 Marte-Sol para hacer que Marte sea más susceptible a la exploración y asentamiento humanos. Esta tecnología puede crear un campo magnético artificial que puede restaurar el escudo magnético protector del planeta rojo y proteger a los habitantes de Marte del destructivo viento solar.

Además de su papel en misiones espaciales, los escudos puntuales de Lagrange han sido explorados por su potencial para combatir el cambio climático. Una idea es colocar pequeños escudos en el punto L1 del sistema Tierra-Sol para bloquear parte de la luz solar que llega a la Tierra, reduciendo así (teóricamente) el calentamiento global. Una propuesta similar es colocar una lente especial en L1 para dispersar los rayos del Sol y reducir la cantidad de luz que llega a la Tierra. Estas medidas extremas serían costosas y difíciles de optimizar para garantizar que la Tierra siga recibiendo suficiente luz solar, pero el cambio climático es un problema desesperado.

Estas aplicaciones de los puntos de Lagrange pueden parecer ciencia ficción, pero muchos avances interesantes comienzan de esa manera. Por ahora, podemos sentarnos y disfrutar de las fascinantes imágenes del JWST en el punto L2 Lagrange y recordar la importancia de la gravedad cuando estacionamos nuestros autos.

La publicación Puntos de Lagrange: una lección sobre la gravedad y un camino hacia la exploración espacial apareció por primera vez en Illinois Science Council.

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