«El espacio-tiempo le dice a la materia cómo moverse, y la materia le dice al espacio-tiempo cómo curvarse». Esta frase del físico teórico estadounidense John Archibald Wheeler condensa a la perfección una de las ideas fundamentales de la teoría general de la relatividad que Albert Einstein formuló en 1915.
De hecho, consigue expresar de forma intuitiva la esencia geométrica de la gravedad sin necesidad de recurrir a ecuaciones complicadas, que no harán acto de presencia en este artículo.
Lo que Einstein nos está explicando a través de la frase de Wheeler es que los objetos con masa tienen la facultad de curvar el continuo espacio-tiempo, y, a la par, esta deformación determina la manera en que la materia se desplaza a través de él.
Esta idea puede ser un poco complicada para cualquiera que no esté familiarizado con ella, pero la imagen que tenéis un poco más abajo, aunque no es completamente precisa, la ilustra bastante bien.
En ella podemos ver que el Sol, que es un objeto muy masivo, curva el espacio-tiempo bajo él. Y de alguna manera también podemos intuir cómo esta deformación afecta a la Tierra, cuyo movimiento se ve sometido al efecto de nuestra estrella sobre el continuo espacio-tiempo.
Esto es, en definitiva, la gravedad. No obstante, también tenemos a nuestro alcance otra forma de describirla que para muchas personas puede ser un poco más intuitiva.
Esta recreación muestra de forma intuitiva cómo la enorme masa del Sol curva el continuo espacio-tiempo, de manera que esa deformación tiene un efecto sobre el movimiento de los objetos menos masivos que orbitan en torno a él.
La gravitación universal de Isaac Newton nos lo pone un poco más fácil
La concepción clásica de la gravedad, la newtoniana, es menos rigurosa que la idea que acabamos de explorar porque prescinde de su esencia geométrica y describe la gravitación exclusivamente en términos de fuerzas, pero también nos sirve para entender cuál es su efecto.
Nos dice, sencillamente, que la gravedad es una fuerza de atracción que actúa sobre dos cuerpos con masa, y que su intensidad es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
La gravedad es la interacción fundamental de la naturaleza que nos mantiene pegados a la superficie de la Tierra, que, como todos sabemos, es un objeto con mucha masa, al menos si la comparamos con nuestra propia masa.
Y, al mismo tiempo, también es la fuerza que mantiene nuestro planeta en órbita perpetua alrededor del Sol, que es un objeto aún mucho más masivo que la Tierra.
Todos estamos acostumbrados a la intensidad de la gravedad terrestre porque el ser humano, al igual que los demás seres vivos de nuestro planeta, está totalmente adaptado a ella.
De una forma intuitiva aceptamos que el hecho de estar pegados a la superficie de la Tierra, o, al menos, muy cerca de ella, explica la fuerza de atracción que nos mantiene unidos a esta gran masa.
Sin embargo, esa misma intuición unida a las fotografías y los vídeos que todos hemos visto en muchas ocasiones nos invita a aceptar que en el espacio en general, y en la Estación Espacial Internacional (EEI) en particular, aparentemente no hay gravedad.
Y esto parece justificar que los astronautas y los demás objetos siempre aparezcan flotando como si la gravedad no fuese con ellos. Como si no hubiese un ápice de gravedad cuando, en realidad, sí la hay. Hay microgravedad.
La clave de todo es la caída libre perpetua
Si echamos por un momento la vista atrás y recordamos lo que nos dice Newton, la fuerza de la gravedad decrece con la distancia. Esto podría explicar aparentemente por qué los astronautas flotan en la EEI: están lo suficientemente lejos de la Tierra para que su gravedad no les afecte. Sin embargo, esto no es así en absoluto.
La EEI orbita aproximadamente a 400 km sobre la superficie terrestre, y su distancia al centro de masas de nuestro planeta no es ni mucho menos suficiente para ser indemne al campo gravitatorio que genera.
En esta fotografía podemos ver el interior de un Airbus A310 Zero G equipado para llevar a cabo experimentos científicos. Este avión consigue recrear la microgravedad durante intervalos de 22 s llevando a cabo vuelos parabólicos.
De hecho, la gravedad a la distancia a la que se encuentra la EEI es solo ligeramente menos intensa que en la superficie del planeta. Entonces ¿por qué flotan tanto los astronautas como los demás objetos de la estación?
La explicación más razonable, y la más certera, es que debe de haber alguna otra fuerza capaz de neutralizar la gravedad. O, al menos, de compensarla en gran medida. Y sí, realmente esto es lo que sucede.
La EEI orbita en torno a la Tierra a una velocidad de 7,66 km/s, y tanto sus instalaciones como todo lo que contiene, incluidos los astronautas, están expuestos no solo al campo gravitatorio de la Tierra, sino también al de otros objetos masivos, como la Luna, el Sol y los demás planetas que nos rodean, aunque su influencia es mucho menor que la ejercida por nuestro planeta.
La razón por la que en la EEI parece no haber gravedad es que la velocidad a la que orbita en torno a la Tierra es lo suficientemente alta para provocar la aparición de una fuerza lateral, así como de una aceleración centrípeta, que, como hemos pronosticado unas líneas más arriba, compensa el tirón gravitacional del planeta.
Si la EEI no se estuviese moviendo, o no lo hiciese a la velocidad necesaria, no tendría otra opción que caer hacia el centro de masas de la Tierra, pero la velocidad a la que se desplaza es suficiente para mantenerla en caída libre. De hecho, cuando un objeto orbita alrededor de otro lo que hace en realidad es caer libremente de forma perpetua debido a que nunca llega a precipitarse sobre este último.
Esto es lo que sucede con la EEI en relación a la Tierra. Y también con la Luna en relación a nuestro planeta. Y, cómo no, con la Tierra en relación al Sol. Todos estos objetos se encuentran orbitando otros más masivos, y, por tanto, están sumidos en una caída libre perpetua en torno a ellos. Mientras la velocidad a la que se desplazan sea la adecuada la fuerza lateral a la que están sometidos conseguirá neutralizar o compensar el tirón gravitacional del objeto masivo en torno al que orbitan.
La EEI es el lugar perfecto para llevar a cabo experimentos en microgravedad
Para recrear la ingravidez no es imprescindible salir al espacio o pasar una temporada en la EEI. Podemos hacerlo en la Tierra, y, además, en la práctica hay varias formas de conseguir la microgravedad. Una de ellas requiere utilizar una torre de caída libre, que no es más que una estructura elevada que nos permite dejar caer el objeto sujeto a la experimentación para someterlo a la microgravedad durante unos segundos.
También es posible recrearla en el interior de una cápsula acoplada a un cohete, aunque probablemente la solución más atractiva consiste en recurrir a un vuelo parabólico. Esta técnica se lleva a cabo en aviones preparados específicamente para este proceso, como el Airbus A310 Zero G que podéis ver en la fotografía que publicamos más arriba, y consigue recrear un entorno de microgravedad durante un lapso de unos 22 s gracias a un descenso rápido y controlado que simula una caída libre.
El problema que tienen estas estrategias es que solo nos permiten obtener la ingravidez durante lapsos de tiempo breves. Y, además, el margen de intervención que nos proponen durante los experimentos es limitado. Esto es, precisamente, lo que resuelve la EEI debido a que en sus instalaciones la microgravedad es constante. Y, además, los astronautas pueden llevar a cabo los experimentos sin que el tiempo sea un factor limitante.
Hasta ahora en su interior se han llevado a cabo varios cientos de experimentos de todo tipo; de hecho, la EEI ante todo ejerce como un laboratorio de experimentación científica. Algunas de las disciplinas que se están beneficiando de la experimentación en microgravedad son la biología, la ingeniería de materiales, la física o la medicina.
Este ambiente es idóneo para estudiar el impacto que tiene la ingravidez en el comportamiento de los fluidos o en las aleaciones más exóticas, entre muchas otras opciones. Pero, sobre todo, es muy valioso para analizar los procesos que rigen el envejecimiento del ser humano en la Tierra debido a que, entre otros efectos, la microgravedad acelera la pérdida de masa ósea y tejido muscular.
La EEI no es solo una base del ser humano más allá de los límites de nuestro planeta. También es un observatorio, y, como acabamos de ver, un laboratorio que nos permite llevar a cabo experimentos científicos que no es fácil ejecutar en el ambiente de microgravedad que podemos conseguir en la Tierra. Su utilidad es indiscutible, y se extiende a un ámbito más que no podemos pasar por alto: también es un espacio de encuentro en el que las nacionalidades y las diferencias culturales pierden su relevancia.
Imágenes | LIGO Caltech | NASA/Crew of STS-132 | Air Zero G
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