Hoy vengo a hablar del espacio otra vez pero, por una vez, no voy a hablar de un fenómeno que pasa a varios años luz de casa: parece que, en general, existe la idea de que los astronautas flotan en el interior de la Estación Espacial Internacional (o ISS, por sus siglas en inglés y porque soy un snob) porque en el espacio no hay gravedad.
Pero hay que tener en cuenta que lo que experimentan los astronautas es una sensación de ingravidez, no ingravidez propiamente dicha. Para entender la diferencia, empecemos hablando de cómo se ponen las cosas en órbita.
Cuando se habla de poner satélites en órbita alrededor de la Tierra, parece que mucha gente piensa que se hace así:
Pero, realidad, la cosa es más bien así:
Mantenerse en órbita alrededor de la Tierra es algo parecido a la película del autobús que explotaba si reducía la velocidad.
Para entrar en una órbita estable alrededor de la Tierra, primero hay que salir de las capas más densas de la atmósfera porque, de lo contrario, simplemente estaremos volando y gastando una cantidad absurda de combustible luchando contra la fricción del aire para no perder velocidad. Cuando un vehículo alcanza una altura de unos 100 kilómetros, la densidad del aire es tan baja que no permite la sustentación que mantiene a las aeronaves en vuelo. Esa es la frontera a la que se considera que empieza el espacio.
Hay que tener en cuenta que, en realidad, la atmósfera se extiende hasta 800 kilómetros por encima de nuestras cabezas. A esa altura hay tan pocas partículas de gas que su presencia es prácticamente inapreciable pero, aún así, el poco aire que hay en esta zona es capaz molestar a los satélites que se mueven a través de ella. De hecho, a unos 400 kilómetros de altura, la ISS tiene que acelerar para contrarrestar la velocidad que pierde con el tiempo por la fricción con el aire, que hace que su órbita pierda 2 kilómetros de altura cada mes.
Pero, bueno, siguiendo con los nuestro, se considera que estamos en el espacio a partir de los 100 kilómetros de altura.
Los satélites con órbitas más bajas dan vueltas alrededor de la Tierra a unos 160 kilómetros de altura, aunque la gran mayoría se encuentran más de 300 kilómetros, precisamente porque el rozamiento con la atmósfera es bastante molesto hasta esa altura. Aquí tenéis una imagen a escala con la que os podéis hacer una idea de lo “cerca” de la superficie que orbitan los satélites:
Las distancias están a escala, pero el tamaño de los satélites no.
Y a continuación os dejo una imagen más completa que incluye los satélites de GPS, a 20.350 km de altura, que dan una vuelta alrededor de la Tierra cada 12 horas, o los geoestacionarios, a 35.786 km, que permanecen siempre por encima del mismo punto de la superficie terrestre porque giran alrededor del planeta a la misma velocidad a la que éste rota.
En mayor resolución, aquí.
Pero, por extraño que parezca, los satélites más cercanos a la Tierra siguen experimentando una fracción considerable de la fuerza gravitatoria que sentimos en la superficie terrestre. De hecho, incluso a 400 kilómetros de altura, la Tierra tira de la ISS (y de sus tripulantes) con el 90% de la fuerza que sentimos en la superficie.
Espera, espera, entonces, ¿por qué los astronautas flotan en la estación espacial si están siendo atraídos hacia abajo?
Buena pregunta, voz cursiva. Dicho de manera simple: mantener vehículos en órbita es la ciencia de caerse sin tocar el suelo.
Mejor me explico antes de seguir por esta línea.
Cuando disparamos una bala horizontalmente, ésta describe una parábola a medida que pierde velocidad y cae al suelo. Cuanto más rápido salga la bala del cañón, más abierta será la parábola que describirá y, por tanto, llegará más lejos antes de tocar el suelo.
También podemos hacer que la bala aterrice a una distancia aún mayor si la disparamos desde un punto más alto. Pero desde la superficie de la Tierra no podemos mandar las balas tan lejos como nos dé la gana porque, mientras disparemos desde en el interior de la atmósfera terrestre, el rozamiento con el aire reducirá la velocidad de las balas y, tarde o temprano, caerán al suelo.
Pero, ¿qué pasaría si la Tierra no tuviera atmósfera y disparáramos una bala sobre su superficie?
Pues, si no hay aire que la frene, la bala podrá llegar tan lejos como queramos, así que los únicos factores que determinarán su trayectoria serán su velocidad, la fuerza gravitatoria del planeta y la altura del disparo. Si, además, tenemos en cuenta que la superficie de la Tierra está curvada y la gravedad tira de la bala con una fuerza perpendicular a la superficie…
¡La bala no tiene por qué chocar contra el suelo si la disparamos con la velocidad y la altura adecuadas!
Exactamente, voz cursiva.
Y esto es lo que ocurre en el espacio cercano: si movemos un objeto hasta una altura suficiente y le imprimimos la velocidad adecuada, es posible conseguir que siga una trayectoria que se curve al mismo ritmo que la curva de la Tierra se aleja de él. O sea, que eso es precisamente lo que se hace para poner los satélites en órbita: conseguir que vayan tan rápido y estén tan altos que nunca caigan al suelo.
Las velocidades que alcanzan los satélites son inimaginables, del orden de kilómetros por segundo. La Estación Espacial Internacional viaja alrededor del planeta a 7.66 kilómetros por segundo (que son unos 27.500 kilómetros por hora) y da una vuelta completa alrededor de la Tierra cada 93 minutos. Cuanto más nos alejamos del planeta, menor es la fuerza gravitatoria que actúa sobre nosotros y no tenemos que ir tan deprisa para “no caer” (o mantenernos en órbita, que es lo mismo).
Toda esta parrafada, dicha de otra manera:
A 400 kilómetros de la superficie terrestre, los 7.66 km/s a los que se desplaza la ISS son los justos y necesarios para que la estación espacial caiga al mismo ritmo al que el suelo se aleja de ella debido a la curvatura del planeta.
Y esto no sólo es cierto para los tripulantes de la ISS: cualquier objeto que orbita alrededor de otro está experimentando, en realidad, una caída infinita (o larguísima, en caso de que al final termine en colisión). De ahí que lo que experimentan los astronautas no sea ingravidez (entendido como la ausencia de una fuerza gravitatoria), sino una especie de caída libre permanente.
Este es el motivo porque el que los astronautas tardan un tiempo en adaptarse a la vida en el espacio: su sistema vestibular (el que regula el equilibrio) necesita acostumbrarse a la sensación de caída libre. Hasta entonces, los astronautas sufren náuseas, vómitos y tienen dolores de cabeza, un proceso de adaptación puede durar desde unas horas hasta 3 días.
Total, que la moraleja de la entrada de hoy es que, en el espacio, los cuerpos celestes siguen tirando de ti con una fuerza mayor cuanto más cerca estés de ellos. Y la única manera de quedar en órbita sin estrellarte contra ellos es moverte muy rápido a su alrededor para que la caída dure el mayor tiempo posible pese al tirón de la gravedad.
Para más información sobre la influencia de la gravedad en los objetos que están en órbita, escribí esta otra entrada en la que hablaba de ascensores espaciales y qué pasaría si tiráramos una cuerda desde un satélite.
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