¿Por qué “flotan” los astronautas? Conceptos erróneos sobre la ingravidez

Hoy vengo a hablar del espacio pero, por una vez, no vamos a ir a ver qué pasa a varios años luz de casa. Parece que, en general, creemos que los astronautas flotan en el interior de la Estación Espacial Internacional (a la que me referiré como la ISS, por sus siglas en inglés y porque soy un snobporque en el espacio no hay gravedad.

Hay que tener claro que la ingravidez no es el equivalente a la sensación de ingravidez. Y los astronautas experimentan mucho de lo segundo, pero nada de la primero.

Esta es la idea que parece prevalecer sobre las cosas que ponemos en órbita alrededor de la Tierra:


Pero. realidad, es más bien así:

Algo así como esa película del autobús que explotaba si reducía la marcha.

Para entrar en una órbita estable alrededor de la Tierra hay que salir de la atmósfera, porque de lo contrario simplemente estamos volando y gastando una burrada de combustible para mantenernos en movimiento en contra del aire. A unos 100 kilómetros por encima de la superficie terrestre el aire es tan poco denso que no permite la sustentación que mantiene a las aeronaves en vuelo y, a partir de este punto, se considera que empieza el espacio.

En realidad, la atmósfera se extiende hasta 800 kilómetros por encima de nuestras cabezas, pero a esa altura hay tan pocas partículas de gas que su presencia es prácticamente inapreciable.

Aún así, el poco aire que hay en esta zona es capaz molestar a los satélites que la transitan: la Estación Espacial Internacional, por ejemplo,  tiene que reajustar de vez en cuando su órbita para contrarrestar la deceleración provocada por la fricción con el aire, ya que a causa de ella su órbita pierde 2 kilómetros de altura cada mes.

Pero, bueno, siguiendo con los nuestro, a partir de los 100 kilómetros consideramos que estamos en el espacio.

Los satélites con órbitas más cercanas a la superficie están a unos 160 kilómetros de altura, aunque la gran mayoría no están más cerca de 300 kilómetros porque hasta este punto la atmósfera es bastante molesta. La ISS órbita alrededor del planeta a una altura de unos 400 kilómetros.

Las distancias están a escala, pero el tamaño de los satélites no.

Aquí una imagen más completa que incluye los satélites de GPS (a 20.350 km), 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 alejarte unos cuantos kilómetros del planeta no vas a librarte del efecto de su campo gravitatorio: los satélites más cercanos siguen experimentando una fracción considerable de la fuerza gravitatoria que sentimos en la superficie terrestre. Incluso a 400 kilómetros de distancia, la Tierra tira de la Estación Espacial Internacional (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?

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 tardará en perder velocidad y más abierta será la parábola que describirá, así que viajará más lejos antes de tocar el suelo.

Si disparamos la bala con velocidad suficiente, podemos mandarla tan lejos como nos dé la gana. Podemos hacer que aterrice aún más lejos disparándola desde una altura mayor pero, mientras disparemos desde el interior de la atmósfera, el roce entre las balas y el aire reducirá su velocidad rápidamente y las hará caer antes.

Pero, ¿Qué pasa si la Tierra no tuviera atmósfera y disparáramos una bala sobre su superficie?

Sin una barrera de aire que reduzca su velocidad, la bala podrá llegar más lejos, así que los únicos factores que determinarán su trayectoria serán la fuerza gravitatoria del planeta (que tiene un valor constante y no podemos cambiarlo) y la altura del disparo.

Si, además, tenemos en cuenta que la superficie de la Tierra está curvada y que cada punto de ella tira de la bala con una fuerza perpendicular…

 

¡La bala no tiene por qué chocar contra el suelo!

Esto es lo que ocurre en el espacio cercano: una vez imprimimos una velocidad a algo, el objeto tiende a conservarla de manera indefinida y, a esas alturas, la curvatura de la superficie terrestre es perceptible. Así que, si construimos un vehículo que pueda alcanzar una velocidad enorme (mucho mayor que la de una bala) y lo mandamos un par de cientos de kilómetros hacia arriba… ¿Podríamos disparar algo tan rápido y desde tan alto que no cayera nunca?

Resulta que sí, y eso es precisamente lo que se hace para poner los satélites en órbita: conseguir que vayan tan rápido 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 abrumadoramente 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 a medida que la superficie terrestre se curva bajo ella.

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).

¿Alguna vez habéis montado en una atracción de las que te suben a lo alto de una torre y te sueltan para que caigas en caída libre? Eso mismo es lo que les ocurre a los tripulantes de la ISS, que están siendo atraídos constantemente por la fuerza gravitatoria terrestre sin ninguna fuerza externa que los sujete. La sensación es de una caída libre permanente, vaya, no es que estén en un estado de ingravidez (entendido como la ausencia de una fuerza gravitatoria).

Por eso los astronautas tardan un tiempo en adaptarse a esta sensación de caída libre hasta que su sistema vestibular (el que regula el equilibrio) se acostumbra a la sensación y dejan de sentir náuseas, vomitar y tener dolores de cabeza. Este proceso de adaptación puede llevar desde unas horas hasta 3 días.

O sea, ¿Que fuera de los satélites, en el espacio, hay gravedad de todas maneras?

La “ingravidez” que experimentan los astronautas es un fenómeno que les afecta sólo a ellos por estar dando vueltas alrededor del planeta a una distancia y altura determinadas: el espacio que se extiende a su alrededor sigue estando sometido al campo gravitatorio terrestre y, si pudieras aparecer de repente en un punto cualquiera del espacio cercano, totalmente quieto, caerías hacia la Tierra igual que una piedra.

De hecho, si el espacio no estuviera “lleno” de gravedad (de planetas, satélites, estrellas, agujeros negros…), nada se mantendría unido: la Luna no daría vueltas a nuestro alrededor, ni nosotros alrededor del sol, ni existirían siquiera las galaxias.

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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