Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

mayo 03, 2008

La gravedad que no falla

El satélite “GOCE” de la Agencia Espacial Europea inaugurará la observación terrestre desde órbita, ayudando a conocer nuestro planeta, su gravedad y la circulación de las aguas oceánicas.

Imagen artística del satélite GOCE
(Imagen de la ESA)
En su canción “Just like Tom Thumb’s blues”, Bob Dylan cantaba: “Cuando estás perdido en Ciudad Juárez / y es Pascua también / y tu gravedad falla / y la negatividad no te saca adelante”. La pérdida de la gravedad era, claramente, un desastre de especiales consecuencias en la melodía, y lo sería en la realidad, pero parece infalible, y le da al universo cohesión y orden. Lo extraño es que seguimos sabiendo poco acerca de esta fuerza fundamental.

Aristóteles ya trataba de explicar los efectos de la gravedad (palabra que no usaban los antiguos griegos, por supuesto), diciendo que todos los objetos “trataban” de moverse a su lugar correcto en las esferas cristalinas de los cielos, y que los objetos se movían hacia el centro de la Tierra (suponemos que debido a que el centro de la Tierra es su lugar correcto, aunque ignoramos cómo concluyó esto Aristóteles) en proporción con su peso. Para los antiguos hindús, también, el peso era el elemento esencial, de modo que la caída dependía del peso del cuerpo que caía. De aquí se derivaba la idea aristotélica de que, siguiendo esa lógica, un objeto diez veces más pesado que otro caía diez veces más rápido, cosa que se aceptó durante un par de miles de años sin poner a prueba la idea. Cuando Galileo la puso a prueba, demostró que el peso era independiente de la velocidad de caída, por lo que, se pudo suponer después, es la masa del objeto hacia el cual se cae (la Tierra, en este caso) la que determina la velocidad de caída. Con esta idea, Isaac Newton desarrolló la Ley de la Gravitación Universal, que puso de cabeza todos los conceptos de la física y la consagró como ciencia.

Pero la descripción precisa de Newton sobre cómo ejercía sus efectos esta fuerza de atracción tampoco describía a tal fuerza con precisión. Era simplemente una atracción ejercida por la masa, nada más. Fue Albert Einstein quien, al desarrollar una teoría más amplia e incluyente que la de Newton, conocida como la teoría de la relatividad, propuso por primera vez un mecanismo de acción. La gravedad, en el universo según Einstein, es resultado de la curvatura del espacio provocada por la masa de los objetos, como si éstos estuvieran colocados sobre una membrana elástica, de modo que los que tienen más masa provocan una mayor curvatura y provocan que otros objetos caigan hacia él. El espacio de Einstein se curva en una dimensión adicional del universo que no podemos percibir, pero el ejemplo es claro en nuestras tres dimensiones. Si ponemos una bola de bolos en un colchón, curvará la superficie de éste de modo que si colocamos cerca de ella una bola menos masiva, como una de golf, la segunda “caerá” hacia la primera debido a la curvatura del espacio.

La explicación de Einstein parece correcta, aunque a nivel subatómico, en el mundo donde las leyes de la física se alteran y entra en acción la mecánica cuántica, la gravedad se describe de modo distinto, y los físicos de las últimas décadas se han dedicado a resolver el difícil problema de unificar las distintas teorías y las explicaciones de las fuerzas fundamentales (electromagnetismo, gravedad, fuerza nuclear fuerte y fuerza nuclear débil) en un solo marco conceptual, que sería la Gran Teoría Unificada, o la Teoría de Todo.

Mientras se resuelven los temas teóricos, sin embargo, sigue siendo necesario conocer a fondo el principal campo gravitatorio que nos afecta, el de nuestro propio planeta, investigarlo, estudiarlo con la más avanzada tecnología. Y allí entra el satélite GOCE.

Un logro singular para la ESA
El GOCE (siglas en inglés de Explorador de la Circulación Oceánica y de Gravedad) está diseñado para proporcionar modelos únicos del campo gravitatorio terrestre y del geoide, es decir, de la forma de la Tierra. GOCE es el primer satélite de las misiones Earth Explorer, diseñadas para proporcionar a un coste moderado una respuesta rápida a temas científicos importantes, usando tecnologías de vanguardia. Programado para lanzarse en mayo o junio, será una herramienta que medirá la gravedad de nuestro planeta. Ya que la atracción gravitacional disminuye con la distancia, era indispensable que el satélite viajara lo más bajo posible para hacer las mejores y más fiables mediciones, para lo cual se situará en principio en órbita a una altura de 270 kilómetros. Esto presentó a los diseñadores un segundo problema: a esa altura, el satélite encontrará restos de atmósfera que frenarán su viaje orbital que será sincrónico con la posición del sol sobre nuestro planeta. Para no caer, el GOCE requiere contar con motores, algo desusado en los satélites hechos por el hombre, y los mejores motores posibles para esta misión son los impulsores iónicos de reciente desarrollo.

El diseño exterior (que incluye alerones para dirigir la nave en la escasa atmósfera, paneles solares y una forma aerodinámica habitualmente innecesaria por la falta de aire), la precisión de sus instrumentos, los motores y la visión de eficiencia que ha dominado el concepto de GOCE ha hecho que sea conocido ya como “el Ferrari espacial”. Las joyas tecnológicas del GOCE incluyen los aparatos diseñados para medir la atracción gravitacional de la Tierra con una precisión sin precedentes, tomando en cuenta el movimiento del satélite, de los instrumentos y de toda interferencia posible. Así, cada uno de los tres pares de acelerómetros que conforman el principal instrumento del satélite puede medir variaciones de una parte en 10.000.000.000.000 (una billonésima) de la gravedad que percibimos en la Tierra, una sensibilidad 100 veces superior a los acelerómetros utilizados en el pasado. Con sus datos, meteorólogos, geodésicos y geógrafos tendrán una idea más clara de cómo es nuestro planeta.

Los impulsores iónicos

Los impulsores iónicos, que la ESA utilizó por primera vez en la misión a la Luna Smart-1 en 2006 funcionan con una corriente eléctrica que fluye a través de un campo magnético con la que se acelera un haz de iones (átomos con carga eléctrica, de xenón en el caso del GOCE) expulsándolos de la nave espacial. El impulso que imparten es muy pequeño, apenas suficiente como para sostener una tarjeta postal en el aire, pero como puede ser un impulso continuado durante larguísimos períodos con muy poco combustible, los impulsores iónicos se consideran la mejor opción para misiones muy largas (como fuera del sistema solar) o que, como en el caso del GOCE, requieren relativamente poco impulso para funcionar. EL GOCE, que sólo pesa 1.100 kg., lleva únicamente 40 kg. de xenón como combustible que funcionará con la corriente eléctrica de los paneles solares.

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