Eso no estaba en mi libro de la exploración espacial

Por Pedro León

¿Dónde empieza el espacio? ¿Qué combustibles usan los cohetes? ¿Por qué flotan los astronautas en la ISS? ¿Qué es la órbita geoestacionaria y por qué es tan importante? ¿Qué tipos de sondas hay? ¿A qué distancia han llegado las más lejanas? ¿Cuál ha sido la más veloz? ¿Cuántos satélites hay ahora en el espacio? ¿Qué despiste costó 135 millones de dólares? ¿Se bebe alcohol en el espacio? ¿Qué nos espera en el futuro de la exploración espacial?

El espacio está en tu vida aunque tú no lo veas. No es un mundo lejano, reservado a científicos y pilotos de pruebas. El velcro o el microondas, el GPS, los servicios meteorológicos, comunicaciones, TDT, aplicaciones agrícolas… la lista de avances sería interminable. Nos demos cuenta o no, la Astronáutica nos rodea en nuestro día a día y es importante comprenderla y valorarla. Entender sus fundamentos no es una tarea complicada, tan solo es necesario tener la curiosidad de un niño con muchas ganas de aprender y de sorprenderse. Este libro te ayudará a disfrutar con la fascinante historia de la exploración espacial, a descubrir sus mayores logros y a maravillarte con las proezas técnicas y humanas que como especie hemos realizado. Así mismo, verás cómo el humor también forma parte de ella, a pesar de ser un ámbito tan controlado y medido, tan tecnológico y arriesgado, como corresponde en cualquier empresa que emprendamos.

«Un auténtico despegue a los confines de los cuatro pilares de la astronáutica, como jamás los había visto reunidos en un solo libro de exploración espacial. Pedro León comparte con pasión y detalle cómo la humanidad llegó a la órbita». Ana Julia Banda (@anajuliabanlei)

«Una magnífica introducción al mundo de la astronáutica que combina de forma magistral rigurosidad con un estilo didáctico y desenfadado apto para cualquier tipo de público. A través de una serie de capítulos que se pueden leer de forma independiente, Pedro León presenta al lector los episodios más entretenidos y destacados de la historia de la exploración del espacio. Una obra destinada a ser un referente de la divulgación de temas espaciales en español.» Daniel Marín (Naukas)

«Si crees que lo sabes todo sobre la exploración espacial, te vas a sorprender. Y si es la primera vez que lees sobre este tema, te sorprenderás aún más. Con capítulos como ¿Me puede caer un cohete chino en la cabeza? este libro de Pedro Léon te llevará donde nadie ha llegado antes.» Ángel Gómez Roldán (Astronomía Magazine)

• Idioma: Español
• Editorial: Lid Editorial
• Fecha de lanzamiento: 27 ene 2022
• ISBN: 9788417547936

Vista previa del libro

Introducción

¡Hola! Lo primero de todo darte las gracias por tener este libro entre tus manos. Como te habrás dado cuenta, es un libro del espacio. Y el espacio provoca mucha curiosidad en las personas. Si algo he aprendido en todos los años que llevo dedicado a la divulgación espacial, es que la curiosidad por los temas espaciales es enorme. Cuando alguna persona de mi entorno ve en televisión o Internet alguna noticia relacionada con el espacio, le llama poderosamente la atención y le suele provocar asombro. Pero también le surgen muchas dudas pensando que es un mundo extraño, difícil de comprender y pierde parte del interés. Uno de los principales objetivos de este libro es demostrar que el espacio es asequible para todo el mundo y que no tienes que ser un entendido en la materia para comprender las noticias que cada día nos descubren un poco más el sistema solar. Además, tampoco es un mundo lejano para científicos, sino que sus efectos los puedes notar en el día a día que te rodea. El espacio está en tu vida aunque no lo veas.

La astronáutica es un mundo complejo y de alta tecnología forjado sobre la ingeniería, la química, la física, las ciencias de los materiales y las matemáticas. Sin embargo, los conceptos básicos para poder seguir de cerca sus descubrimientos y toda la investigación espacial son algo que están al alcance de cualquier persona que se encuentre interesada en el tema. De hecho, la mayoría de las veces no es necesario entrar en detalles demasiado técnicos o científicos, tan solo hay que tener preparadas dos cosas: la curiosidad y la capacidad de asombrarse cada día. Párate a pensar un momento las cosas que en la actualidad dependen del espacio directamente, sin hablar de los avances científicos y tecnológicos que consiguen. Dando un paseo por la calle ves un montón de antenas parabólicas apuntando al cielo, recibiendo la televisión por satélite. Cuando vas andando o conduciendo miras tu móvil y pones el mapa con GPS que te indica dónde estás o cómo llegar a tu destino. Cuando pones la televisión y aparece la predicción meteorológica, se ha obtenido con satélites. O cuando ves tu deporte o serie favorita, la imagen está llegando a ti por medio de algunos satélites, aunque lo veas por un canal de cable o TDT. Y todas estas cosas sin contar las comunicaciones por teléfono o Internet en zonas rurales, los alimentos que consumes sembrados y cosechados con maquinaria guiada por satélite, los avisos de desastres naturales, los sistemas de información geográfica agrícolas o del catastro, etc. Una enorme lista de servicios que no para de crecer con aplicaciones para los ciudadanos, las empresas y los servicios públicos. Nos demos cuenta o no, la astronáutica nos rodea en nuestro día a día y es importante comprenderla y valorarla.

Este no es un libro técnico para expertos, ni tampoco es un libro de historia de la astronáutica. Es un libro de divulgación espacial para todos los públicos. Si nunca has leído sobre estos temas, el libro te irá guiando paso a paso desde lo más básico, para que comprendas cómo funcionan las cosas allí arriba y te responderá a muchas de las preguntas más habituales. El libro se encuentra dividido en cuatro grandes secciones, dedicadas a las temáticas fundamentales de la astronáutica: cohetes, satélites, vuelos tripulados y sondas espaciales. Empezaremos desde abajo conociendo cómo funciona un cohete, sabremos si contamina mucho, cuánto valen y subiremos al espacio hasta situarnos en órbita. También veremos por qué flotan los astronautas, descubriremos muchas historias curiosas de los satélites, entenderemos los problemas de la basura espacial y sabremos si puede caernos un cohete chino en la cabeza. Más tarde acompañaremos a los astronautas en sus actividades más básicas en el día a día y conoceremos sus historias más sorprendentes y curiosas. Y terminaremos enviando sondas a otros planetas, aterrizando en Marte, conociendo los extraños cargamentos que llevan muchas de ellas y donde termina toda nuestra aventura espacial. O tal vez sea donde empieza. Encontrarás historias curiosas, raras, divertidas, tristes, sorprendentes e inesperadas. Y todas ellas se irán mezclando con los conceptos espaciales más importantes, lo que te ayudará en la tarea de comprender el espacio que nos rodea. Todo eso lo haremos sin necesidad de usar fórmulas, sino con explicaciones (a veces algo simplificadas necesariamente, que me perdonen los más puristas) que puedan ser entendidas por cualquier persona que sienta curiosidad por el espacio, pero que nunca se haya atrevido a leer nada por considerarlo «demasiado complicado». Con este libro descubrirás que entender sus fundamentos es sencillo, y tan solo es necesario tener la curiosidad de un niño con muchas ganas de aprender y de sorprenderse. Y si eres ya una persona aficionada a la astronomía y el espacio, este libro te mostrará muchas historias y anécdotas poco conocidas, nos pararemos en detalles que a veces se pasan de largo, encontrarás tablas y datos que ayudan a comprender mejor muchos temas y descubrirás detalles curiosos de otras historias que ya conoces.

A nivel personal tengo que decir que este libro jamás habría sido posible sin el apoyo, la paciencia y las recomendaciones de Mari Cáceres, mi esposa y amiga, y de mi hijo Pedro, que espero que lo lea en cuanto aprenda a hacerlo. También quiero darle las gracias a mi madre Elisa, a mis hermanas Elisa y Nieves, a mi sobrino Pedro y a mi amigo José F. Durán, por sus comentarios. Y por supuesto no puedo olvidarme de mis amigos sonderos, que me han ayudado con sus ideas y recomendaciones: Jorge Hernández, Aitor Conde, Jacint Roger, Juanjo Gómez, Ángel Canas, José «Speck» Mota, Ramón García, David Mayo, Miguel Ángel Gómez, Sara Gil, Rubén Raya y Nahum Méndez. Y por último, quiero recordar a mi padre, que sé que estaría muy orgulloso de ver cumplido uno de los sueños de su hijo. Siempre te llevo conmigo.

Prepárate, que comienza la cuenta atrás. 10, 9, abróchate los cinturones, 7, cierra la visera de tu casco, 5, agárrate fuerte y sonríe a la cámara, 4, 3, 2, 1... ¡Despegamos!

PARTE UNO

Historias de cohetes

Capítulo 1

Gravity. Historias de la gravedad

La dictadura de la gravedad

Dejemos una cosa clara desde el principio: si nos queremos dedicar a enviar cosas al espacio, la gravedad es un gran fastidio. Que sí, que si no fuera por ella tendríamos algunos pequeños inconvenientes, como que se nos despegarían los pies del suelo y saldríamos volando hacia el espacio, que no tendríamos planetas, ni estrellas, ni galaxias y nada se habría formado en el universo. Pequeños detalles. De hecho, sin gravedad el universo no podría haber creado ni los elementos químicos que forman la tabla periódica, ya que son producidos en el corazón de las estrellas. Así pues, todo el universo sería por completo una enorme sopa de hidrógeno y helio, junto con un conglomerado de partículas subatómicas y Jordi Hurtado presentando concursos. Así que sin gravedad no existiría nada, pero eso son pequeños detalles en comparación con la molestia que produce cuando hablamos de la astronáutica y de nuestra noble intención de enviar cosas al espacio. Porque la gravedad siempre provoca que los objetos se atraigan entre sí y, por tanto, nos cueste horrores enviar algo más allá de nuestra atmósfera. Por desgracia, todos los objetos que están en la superficie de nuestro planeta son atraídos con fuerza hacia el centro de la Tierra, y con eso tendremos que lidiar si queremos ser potencias espaciales.

La gravedad todo lo puede, actuando como un pozo al que todo cae, siendo todos los objetos atraídos hacia un objeto masivo como puede ser un planeta, una estrella o un agujero negro. Imagen: NASA.

Si vamos al diccionario, veremos que define la gravedad como «la atracción universal de los cuerpos en razón de su masa», es decir, que mientras más masa tenga un objeto, más gravedad creará a su alrededor. Y eso, como podemos suponer, es un problemón para la astronáutica, que está empeñada en lanzar cosas hasta el espacio. Un nuevo repaso al diccionario nos define a la astronáutica como «la ciencia o técnica de navegar más allá de la atmósfera terrestre». Pues ya tenemos dos problemas, porque si no fueran ya pocos los creados por la dictadura de la gravedad para cumplir nuestros sueños espaciales, la atmósfera se suma a esta fiesta y nos lo pone más difícil todavía, ya que también tendremos que luchar contra ella. En esta primera parte del libro veremos cómo se pueden vencer estos dos inconvenientes y qué estrategias se usan para que podamos llevar toneladas de cacharrería hasta la órbita terrestre y más allá, mucho más allá. Porque todo lo que es necesario para comprender cómo funcionan las cosas en el espacio es una mezcla de física, ingeniería, química, ciencias de los materiales y matemáticas. Sin embargo, no te asustes todavía, porque es posible realizar una primera y gran aproximación a estos temas sin necesidad de meternos en complejidades y extrañas fórmulas. A lo largo de las siguientes páginas podremos comprender sin problema cómo funciona un cohete y un satélite. Cierto es que algunas cosas pueden parecer al principio algo raras o poco intuitivas, pero la mayoría se pueden entender sin mucho problema y sin necesidad de tirar de fórmulas y de matemáticas. Por tanto podemos introducirnos sin miedo en este mundo y sin usar fórmulas de momento, solo por el placer de aprender. Allá vamos, sígueme en este paseo que vamos a dar desde la superficie de nuestro querido planeta Tierra hasta los confines del sistema solar.

¿Dónde empieza el espacio?

Si vamos a hablar de viajar al espacio, deberemos tener claro dónde está y dónde comienza. Aclaremos que el límite del espacio no es un lugar concreto ni exacto, no es un sitio donde acaba una cosa o comienza otra y que podremos marcar con una línea. Si subimos hacia arriba veremos cómo nuestra atmósfera se va debilitando poco a poco. Las moléculas de aire cada vez están más separadas y por tanto cada vez es menos denso. En realidad nuestra atmósfera se extiende de manera detectable hasta una altura de varios miles de kilómetros sobre la superficie terrestre, aunque en la práctica todo el grueso de la atmósfera queda por debajo de los 20 kilómetros. Entonces, ¿dónde situamos el inicio del espacio? Como necesitamos convenciones y límites, la Federación Astronáutica Internacional (IAF), en los años cincuenta, adoptó la llamada línea de Kármán, propuesta por el ingeniero húngaro Theodore von Kármán, basándose en el siguiente razonamiento: cuando un avión se desplaza por el aire a alta velocidad, se sustenta en la atmósfera debido a la presión que las moléculas de aire ejercen sobre la parte inferior de las alas. Si subimos con el avión más hacia arriba, tendremos cada vez una densidad de aire menor y como resultado tendremos menos aire para sustentarnos, por lo que será necesaria más velocidad para conseguir que el aire nos siga manteniendo sin caer. El señor Von Kármán dedujo con sus cálculos que a 100 kilómetros de altura la densidad del aire es tan baja, que la velocidad necesaria para poder sustentarse con alas sería ya tan rápida que igualaría a la velocidad que tendríamos en la órbita terrestre como un satélite y, en consecuencia, ya no serían necesarias las alas. Por consiguiente ya estaríamos hablando de naves espaciales y no de aviones. Resumiendo, el espacio exterior comienza donde un avión necesitaría ir tan rápido para volar que ya sería prácticamente un satélite.

A partir de los 20 km de altura ya se empieza a distinguir la negrura del espacio. Si queremos decir que hemos estado en el espacio tendremos que seguir subiendo al menos hasta los 100 km de altura respecto al suelo. Imagen: NASA.

Al igual que muchos otros logros de la carrera espacial, la primera vez que la humanidad superó este límite fue con motivos militares, usando una variante del tristemente famoso cohete alemán V-2. Este cohete pionero fue desarrollado por el ingeniero Werner von Braun, que más tarde jugaría un papel fundamental en la llegada del hombre a la Luna por parte de la NASA. Aunque la línea de Kármán a 100 km de altura es la más aceptada internacionalmente, en los Estados Unidos también consideran que has llegado al espacio exterior al llegar a una altura de 80 km. Toda persona que sobrepase esa altura es considerada automáticamente un astronauta por parte del Departamento de Defensa de los EE. UU. y por la NASA, aunque sea realizando un corto vuelo parabólico de 15 minutos de subida hasta los 81 km y de vuelta a casa en unos minutos.

Tabla con algunas alturas de referencia en la atmósfera terrestre. Tabla: elaboración propia.

En su cabeza sonaba fenomenal, señor Wan-Hu

Cuando hablamos de pioneros en la carrera espacial, nos olvidamos casi siempre de la fascinante historia del señor Wan-Hu, todo un visionario para la época en el buen y en el mal sentido de la palabra. Su historia es una de las primeras de las que tenemos constancia en la que el ser humano ha intentado burlarse de la gravedad para llegar al espacio, siendo finalmente el humano el que fue burlado por la gravedad. Todos sabemos que la cultura milenaria china ha usado cohetes desde hace más de 1000 años para la guerra y para la diversión de la gente, en todas sus celebraciones festivas y religiosas. Una de las primeras historias conocidas de una persona que hizo un intento «serio» por llegar al espacio nos remonta a la profunda China de la dinastía Ming, en el siglo XVI. El funcionario Wan Hu, tras ver una exhibición de fuegos artificiales en una fiesta local, se quedó pensativo y vio el enorme potencial que estos cohetes podrían tener para elevar objetos en el aire. A la mañana siguiente se levantó y pensó que era un buen momento para viajar al espacio, que se notaba sobradamente preparado para el reto y que tenía todas las ideas dando vueltas en su cabeza bajo su absoluto control. El razonamiento tuvo que ser algo similar a esto: si los cohetes se elevan en el aire a gran altura y además también tienen la capacidad para cruzar las lejanas colinas y explotar en territorio enemigo, no hay nada que me impida colocar muchos de ellos juntos en plan tocho y así tendrán la fuerza suficiente como para elevarme en el aire y ¡viajaré al espacio! Así que sin cortarse un pelo, decidió fabricar una gran silla de madera similar a un trono, le instaló dos grandes cometas para mantenerse flotando una vez en el aire y le ató 47 grandes cohetes pirotécnicos, que serían encendidos a la vez por sus 47 ayudantes para que pudiera viajar al espacio en un periquete.

El atrevido y valiente «trononauta» se sentó en la silla del tremendo artefacto vestido con sus mejores galas y sin una sola duda en su rostro. Instantes después, y tras dar la orden a sus ayudantes, se prendieron las mechas simultáneamente, y tras unos segundos... se produjo una gigantesca explosión. Al estallido le siguió un incendio, y tras disiparse el humo se pudo comprobar que no había ni rastro de la silla, y por supuesto tampoco del señor Wan Hu, tan solo un enorme agujero humeante lleno de fragmentos, los cuales era mejor no mirar de cerca. Toda esta estrategia espacial en su cabeza sonaba fenomenal, pero su atrevida aventura acabó antes de ni siquiera empezar, así que ese fue el fin de la rocambolesca historia del primer intento conocido por llegar al espacio. Por si no fuera ya bastante humillante el resultado, los señores de la Unión Astronómica Internacional pensaron que era buena idea ponerle su nombre a un cráter de 52 km en la cara oculta de la Luna, una de las más finas ironías de la historia.

El señor Wan-Hu fue todo un valiente pionero en el espacio, aquí lo vemos saludando a los fans en el momento del encendido de sus cohetes. Godspeed Wan-hu! Imagen: U.S. Civil Air Patrol.

Los viajes espaciales, la mejor forma de perder peso

Ya sabemos a qué altura podemos situar el espacio, por lo que antes de meternos en historias gravitacionales comencemos por unos conceptos físicos muy sencillos que nos permitirán comprender mejor el funcionamiento de los cohetes y los satélites. No te asustes, todo ello lo veremos sin usar fórmulas y con ejemplos lo más claros o parecidos posibles a la realidad, así como tirando de la intuición cuando sea necesario, y eso nos permitirá comprender cómo funcionan las cosas por ahí arriba. Por supuesto, entender estos conceptos no es algo necesario y obligatorio para poder disfrutar del resto de anécdotas e historias del libro, pero pienso que es importante comprender cómo funciona nuestro mundo y el espacio, así que si quieres puedes leerte esta sección o si lo prefieres puedes saltar directamente a la de los cohetes. ¡Vamos allá!

El comandante David Scott, del Apolo 15, deja caer un martillo y una pluma de halcón en el vacío lunar, llegando ambos objetos a la vez al suelo. En YouTube tienes disponible el vídeo completo para verlo en acción. Imagen: NASA.

Imaginemos un objeto espacial cualquiera, por ejemplo, un botijo. Lo cogemos a pulso y comprobamos que tiene un cierto peso, digamos que unos 4 kg porque lo tenemos lleno de agua fresca. Y ahora imaginemos que se traslada mágicamente hasta la superficie de la Luna. Comprobamos que su peso ahora es mucho menor, ya que la báscula nos indica que su peso es de tan solo unos 600 gramos. ¿Se nos ha perdido agua por el camino? No, la razón, como imagináis, es que al ser la Luna más pequeña que la Tierra, «tira» con menos fuerza del botijo hacia abajo y por tanto su peso es menor. En cambio en Júpiter, si tuviéramos un suelo donde poner una mesa, que nos sirva para poner una balanza y donde poder posar ese botijo, veríamos que su peso sube en la báscula hasta algo más de los 10 kg. Júpiter es enorme, por lo que su atracción sobre el botijo es mucho mayor. Esto nos sirve para comprender que el peso de un objeto es algo relativo, es algo que solo depende del lugar donde se encuentra y de las fuerzas de atracción que sufra. Y la RAE ya lo deja muy claro, puesto que nos dice que el peso es «la fuerza con que la Tierra atrae a un cuerpo», y de forma más general se define como «la fuerza de gravitación universal que ejerce un cuerpo celeste sobre una masa». Vamos, que lo que llamamos peso es solo una medida de la fuerza de gravedad que actúa sobre una cierta masa, por lo que si sufres más gravedad tendrás más peso, y si estás en un lugar con menos gravedad tendrás menos peso, sin dietas ni trampas con la báscula. Y el peso es algo que no debemos confundir con la masa. La masa del botijo es la misma en todas partes, ya sea cuando lo tenemos bajo la sombra de una encina en la Tierra, en un cráter oscuro y fresquito en la Luna o en una imaginaria superficie en Júpiter, su masa es siempre la misma. La masa consiste en la cantidad de materia que lo compone y está claro que esa cantidad es siempre la misma. Si ya lo dice también la RAE, la masa es «una magnitud física que expresa la cantidad de materia de un cuerpo, medida por la inercia de este, que determina la aceleración producida por una fuerza que actúa sobre él, y cuya unidad en el sistema internacional es el kilogramo (kg)». ¿Inercia? ¿Aceleración? ¡Uy!, ¡esto ya huele a ciencia espacial!

El experimento que a Galileo le hubiera gustado hacer en la Luna

Algunas de las cabezas pensantes de la antigüedad, como Aristóteles, decían que mientras más masa tuviera un cuerpo, más rápido caería al ser dejado caer al suelo. Es decir, que si tiramos a la vez una piedra grande y una pequeña, la piedra grande llegaría antes al suelo y algo más tarde la pequeña. Y es que a veces la intuición es engañosa hasta para Aristóteles, por lo que tenemos que aclarar este asunto. Supongamos que nos subimos a un quinto piso y lanzamos por el balcón un elefante y un huevo. De primeras podríamos decir que el elefante llegará al suelo antes, porque tiene más masa o porque pesa más. Sin embargo se puede comprobar que ambos objetos llegan al mismo tiempo al suelo, independientemente del peso y la forma de los objetos. Todos los objetos caen siempre a la misma velocidad, ya que la aceleración con la que son atraídos por la gravedad de nuestro planeta es igual para todos los objetos e independiente de su peso. A modo de homenaje y para despejar todas las dudas, el astronauta David Scott, de la misión Apolo 15, hizo sobre la superficie lunar un simpático experimento, que ya le habría gustado al mismísimo Galileo Galilei llevarlo a cabo. La tripulación llevó hasta la superficie lunar un martillo de geólogo (1,32 kg de aluminio puro) y una pluma de halcón (en homenaje al módulo Falcon donde volaron y con un peso de 0,001 kg). Ante la cámara y para sorpresa de nadie, el astronauta soltó ambos objetos desde la misma altura (1,6 m) y ambos llegaron al polvo lunar en el mismo momento. En la Tierra la pluma habría encontrado mucho rozamiento con el aire y el experimento habría acabado con un ridículo espantoso, al igual que las ideas de Aristóteles. Pero en el vacío de la Luna, sin la presencia de la molesta atmósfera, tanto la pluma como el martillo se dejaron llevar por la gravedad con la misma aceleración para chocar a la vez contra el suelo. El viejo chiste ya lo dice: ¿qué pesa más 1 kg de paja o 1 kg de hierro?

Cuando el señor Newton llegó para poner un poco de orden

Ahora demos un paso más con algunos ejemplos sencillos, para entender el concepto de la inercia. Imaginemos que tenemos una caja llena de piedras que arrastramos sobre una gran explanada de cemento. Para empujarla y que se deslice sobre la explanada, tan solo necesitaremos hacer un poco de fuerza para ponerla en movimiento y continuar empujando para seguir avanzando. Y si nos detenemos, la caja también se detendrá de inmediato. Si ahora esa misma caja la desplazamos sobre un lago helado, la fuerza necesaria será mucho menor, ya que se desliza más fácilmente por la superficie al tener el hielo mucho menos rozamiento que el cemento. Ahora, en el momento en el que dejemos de empujar, la caja seguirá moviéndose, pero lo hará cada vez más lentamente hasta frenarse por completo, debido a que aunque el rozamiento sea menor, todavía existe. Si idealmente no existiera ningún rozamiento contra el suelo, tan solo necesitamos ese empujón inicial para poner la caja en movimiento y el movimiento sería eterno, la caja nunca jamás se detendría. ¡Enhorabuena, ya sabes cómo se mueven los satélites y las sondas por el espacio! Al contrario de lo que se puede pensar, cuando se lanza una nave hacia el espacio o hacia otro planeta, no es necesario tener los motores encendidos y propulsando todo el rato. Cuando el cohete las envía con un empujón inicial fuera de la atmósfera, ya pueden hacer todo el resto del viaje sin rozamiento alguno por el espacio y, por tanto, sin necesidad de nuevos «empujones», solo algunas pequeñas correcciones para afinar la trayectoria.

Las sondas Voyager 1 y 2 fueron lanzadas en 1977 y desde entonces siguen volando por el espacio sin usar ningún tipo de propulsión artificial, tan solo pequeños motores (toberas) usados para corregir pequeñas desviaciones y cambiar su orientación. Ninguna sonda ni satélite necesita un motor que la impulse para viajar por el espacio, aunque los llevan para controlar su orientación y trayectoria. Imagen: NASA/JPL-Caltech.

Con lo que ya hemos visto, sabemos que en condiciones ideales en las cuales no hay rozamiento, un objeto se mantendrá de forma eterna en movimiento (o en reposo) hasta que una fuerza actúe sobre su masa. Y este movimiento eterno es lo que se conoce como inercia, gracias a la cual viajan todos los objetos por el espacio. La inercia es muy poderosa y lo podemos comprobar si viajamos en un coche que pega un frenazo y hemos tenido la mala idea de no ponernos el cinturón de seguridad; veremos que no es ninguna broma. Mientras más masa tenga un objeto, más esfuerzo será necesario para ponerlo en movimiento o pararlo, y esto es algo que hay que tener muy en cuenta a la hora de lanzar una nave al espacio o para modificar su trayectoria. Aquí en la Tierra estamos acostumbrados a que la resistencia que provoca el suelo, el aire y la gravedad fastidien la magia de la inercia. Por ejemplo, si disparamos un cañonazo desde un barco pirata, la bala de cañón describirá una trayectoria que irá ascendiendo por un tiempo, para posteriormente curvarse y bajar hasta llegar con suerte al barco enemigo debido a la fuerza de la gravedad y del rozamiento de la bala con la atmósfera. En el espacio profundo, sin aire con el que rozarse y sin una gravedad fuerte que le haga caer, esta bala seguiría «subiendo» (en el espacio no hay arriba ni abajo) de forma eterna, hasta que otra fuerza externa la haga cambiar su velocidad o rumbo. Así funciona la inercia, y si no que se lo digan a las sondas Voyager o Pioneer que llevan décadas viajando por el sistema solar «por la cara», bajo la pequeña influencia de la gravedad solar.

Para acelerar o frenar siempre tendremos que aplicar una fuerza que luchará contra la inercia de un objeto. Con todos estos conceptos en mente, el genio del señor Isaac Newton redactó en 1687 sus tres famosas leyes del movimiento, aquí resumidas y sin fórmulas:

Primera ley: si algo se mueve, se mantendrá en movimiento debido a su inercia. Si se para, se mantendrá parado para siempre.

Segunda ley: para moverlo (acelerarlo o frenarlo) será necesario aplicar una fuerza, que será proporcional a su masa. Es decir, que al aplicarse una fuerza, la aceleración que se le imprima será menor cuanto mayor sea su masa.

Tercera ley: cuando empujo con una fuerza esa masa, la masa realiza una fuerza sobre mí de igual magnitud y de sentido contrario. Esta ley de acción-reacción, que es la que parece más abstracta, es la clave fundamental para viajar por el espacio con cohetes, como veremos un poco más adelante.

Sir Isaac Newton dibujado por Gottfried Kneller. Imagen: Wikipedia/dominio público.

Cosas que tienes que saber de la gravedad

Y en este momento ya podemos meternos de lleno en la gravedad, que es para lo que habíamos venido hasta aquí. Como ya sabemos, todos los objetos tienen una masa que depende de la cantidad de materia que contengan y también tienen un peso, que varía según el lugar o planeta donde nos encontremos. Y también sabemos que si tiramos dos objetos de distinto peso al mismo tiempo, ambos llegan al suelo a la vez, ya que aunque el peso y la masa de uno de ellos sea mayor (por consiguiente la fuerza de gravedad con la que es atraído a la superficie terrestre también es mayor), su inercia y su resistencia a moverse desde un estado de reposo también son mayores. Como vimos con la segunda ley de Newton, el mayor peso es contrarrestado con su mayor inercia y por tanto todos los objetos caen a la misma velocidad, con la misma aceleración hacia el suelo, siempre.

Y por supuesto todos los objetos sienten la gravedad, pero también la crean. Si sobre una mesa tenemos un móvil y un vaso de agua, ambos sentirán la fuerza de atracción de sus gravedades mutuas. Por suerte no veremos al teléfono orbitar alrededor del vaso, puesto que sus masas son tan pequeñas que los efectos son despreciables. Y cuando una manzana cae al suelo, la Tierra también sufre la gravedad de la manzana y sube hacia arriba, pero la enorme diferencia de masa entre ambos objetos hace que el efecto sufrido por la Tierra sea despreciable y no sea ni remotamente apreciable. Sin embargo, en astronáutica debemos tener en cuenta que cuando un satélite orbita la Tierra sentirá no solo la gravedad terrestre (obvio), sino que también sufrirá la gravedad de la Luna, del Sol e incluso de las grandes cordilleras montañosas cuando las sobrevuele. Todo esto afecta también a su movimiento y debe ser tenido en cuenta, sobre todo si necesitamos una navegación precisa.

Por si fuera poco, otra cuestión viene a complicar el panorama: la fuerza de la gravedad no es constante, sino que disminuye con la distancia. Por suerte para nosotros, desde la superficie terrestre no sentimos la enorme gravedad del Sol con la misma fuerza que si estuviéramos cerca de él, ya que saldríamos volando hacia el cielo si la Tierra estuviera cerca de él. Afortunadamente, la fuerza de la gravedad disminuye con una sencilla regla: si doblo la distancia a un objeto, la gravedad que siento es cuatro veces menor. Si triplico la distancia al objeto, la gravedad será nueve veces menor. La fuerza disminuye en función del cuadrado de la distancia, por lo que a grandes distancias la fuerza de la gravedad será muchísimo menor que en las cercanías, aunque desde luego esa disminución no es despreciable en muchos casos.

Cuando se alinean la Luna y el Sol se producen las mareas altas y bajas más extremas, ya que suman sus fuerzas de gravedad. Estas mareas vivas se producen tanto en la parte donde están los astros como en la parte opuesta del planeta. Nota: los tamaños y distancias de la Luna y el Sol no están a escala. Imagen: NOAA.

Las mareas son un claro y espectacular ejemplo de la fuerza de la gravedad en acción y de los objetos celestes en movimiento. El principal actor en las mareas terrestres es la Luna, aunque el Sol también tiene una gran influencia, que es aproximadamente la mitad de la provocada por la Luna. De forma simplificada, conforme ambos astros «suben» en el horizonte y pasan por nuestro cielo, van tirando del agua de nuestros océanos hacia arriba y la levantan, produciendo la subida de la marea, para posteriormente bajar cuando se «ponen» tras el horizonte. La influencia del Sol y el hecho de que cada día la Luna sale en torno a una hora más tarde provoca que las horas de las mareas cambian día a día y su intensidad varía durante el mes que dura una órbita lunar alrededor de la Tierra. Por su parte, el Sol es millones de veces más pesado que la Luna, pero tenemos la ventaja de que se encuentra cientos de veces más lejos que nuestro satélite, por lo que su fuerza de marea es algo así como la mitad de la fuerza de marea lunar que sentimos en la Tierra. Los efectos combinados de ambos cuerpos se suman o se restan cada día para producir las mareas.

Como prometí, no voy a poner fórmulas que servirían para entender mejor y a la vez complicar todos estos temas, pero la conclusión más importante a la que llegamos con todo esto es: la gravedad de la Tierra provoca la aceleración de los objetos hacia ella y la magnitud de esta aceleración solo depende de la masa de la propia Tierra y de la distancia del objeto al centro del planeta. Además, la aceleración será constante, de forma que si el objeto está inicialmente en reposo, su velocidad no parará de aumentar y aumentar hasta el final de su viaje, normalmente al chocar contra el suelo. Esta aceleración se conoce como fuerza g, y en la superficie de nuestro planeta tiene el valor de 9,8 m/s², lo que comúnmente llamamos 1 g. Si nos subimos a un edificio de 30 metros de altura y tiramos una ballena partiendo del reposo, al pasar un segundo su velocidad de caída será ya de 9,8 m/s y habrá recorrido 5 metros. Al finalizar el siguiente segundo su velocidad ya será de 19,6 m/s (el doble) y habrá recorrido casi 20 metros y en total tardará 2,5 segundos en finalizar su viaje, al igual que cualquier otro objeto que tiremos (rozamientos del aire aparte), ya que todo es atraído con la fuerza de 1 g. Si se rompe nuestro ascensor y estamos en caída libre, o cuando bajamos por una montaña rusa o damos un salto en bicicleta, sentiremos durante un instante una fuerza menor que 1 g, al igual que un astronauta que se encuentre en órbita, momento en el cual tendremos 0 g al estar sin gravedad. Por el contrario, cuando despegamos en un cohete, en un avión, frenamos un coche bruscamente o tomamos una curva a alta velocidad, las fuerzas g serán mayores de 1.

Y finalmente, para comprobar que la gravedad siempre funciona atrayendo con la misma aceleración a todos los objetos hacia abajo, podemos realizar el siguiente experimento. Supongamos dos personas que están juntas en una azotea con una pelota de tenis en la mano cada una. Si la primera persona extiende el brazo y suelta la pelota para que caiga al suelo en vertical hacia abajo y la segunda persona lanza al mismo tiempo la pelota hacia delante unos cuantos metros, pero desde la misma altura, ambas pelotas chocarán contra el suelo a la vez, en el mismo instante. La primera pelota solo tiene velocidad de caída en vertical y la segunda pelota además de caer en vertical tiene una velocidad en horizontal, que como acabamos de comprobar es totalmente independiente de la velocidad de caída. El movimiento en cada dirección es independiente y ambas caen en dirección vertical hacia abajo a la misma velocidad, ya que ambas son atraídas con la misma fuerza de 1 g por la Tierra. Para la segunda pelota solo es distinta la velocidad en horizontal que se le ha proporcionado al lanzarla, algo que pondremos en práctica junto a Newton en un momento.

Vamos a dar cañonazos por la ciencia

Empecemos pensando en nuestro planeta Tierra como una esfera y, por tanto, con una superficie curva que a primera vista no se aprecia, pero que es muy evidente a largas distancias. Conociendo el radio de nuestro planeta y con unos sencillos cálculos matemáticos se demuestra que por cada 8 kilómetros que avancemos por nuestro planeta, la superficie «cae» 5 metros. Es decir, que si tuviera una viga perfecta de hierro totalmente recta de 8 kilómetros de longitud apoyada en el suelo por un extremo, en el otro lado habrá una caída de 5 metros hasta la superficie debido a la curvatura terrestre. Si hemos visto alguna vez alejarse un barco de la costa mientras estamos tumbados en la playa, habremos notado que primero dejaremos de ver el casco y poco a poco iremos perdiendo de vista las velas o la chimenea, de forma que parecerá que se va hundiendo lentamente. Es por este mismo motivo por el que los faros de la costa son tan elevados, para que se puedan ver desde los barcos que se encuentran muchos kilómetros mar adentro y evitando que se pierdan en el horizonte.

Ahora que conocemos este detalle, vamos a reproducir el razonamiento que hizo Newton en su libro Principia de 1687, donde se detalla el concepto de órbita, basándose en las ideas previas de Galileo y Kepler para comprender mejor la gravedad. Newton pensó que si nos subíamos a lo alto de una montaña con un potente cañón y disparamos un proyectil hacia el horizonte, en los primeros instantes el proyectil seguirá recto, pero poco a poco cederá a la gravedad y al rozamiento atmosférico e irá cayendo hacia el suelo hasta impactar a unos kilómetros de distancia de nosotros. Si damos más cañonazos, y cada vez los disparamos con más y más potencia, el proyectil llegará en cada ocasión más y más lejos, recorriendo buena parte de nuestro planeta. Podría llegar un momento teórico en el cual hemos disparado con una potencia tan enorme, que el proyectil dará la vuelta a todo el planeta y acabará volviendo a nosotros por detrás para darnos en el cogote.

Dibujo original del libro Principia de Newton, donde se pusieron las bases del vuelo espacial. Si lanzamos cada vez con más potencia un proyectil primero caerá en el punto D, luego en el E, más tarde en el F y luego en el G. Si lo disparamos con la suficiente energía y no tenemos atmósfera, podrá dar la vuelta completa al planeta y volver al punto V de origen. ¡Ya estamos en órbita! Imagen: Isaac Newton/Principia/dominio público.

Sigamos con la teoría y ahora pensemos que si además estamos en un mundo ideal sin atmósfera, y por tanto sin rozamiento para nuestro proyectil, este podría mantenerse girando y girando una y otra vez, dando la vuelta al planeta sin tocar nunca el suelo. Lo hemos disparado con tanta fuerza, que si conseguimos que recorra 8 kilómetros en cada segundo, nuestro proyectil caerá 5 metros en ese tiempo. Pero como sabemos que la superficie del planeta también cae esos 5 metros, de forma sorprendente la altura del proyectil respecto al suelo