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Capítulo 1

CÓMO VAMOS AL ESPACIO

En el próximo capítulo veremos que desde la prehistoria el ser humano ha mirado hacia el cielo de día y de noche para intentar comprender lo que había allá arriba. Pero después de miles de años de observación, hace apenas cincuenta años que hemos conseguido llegar al espacio. ¿Por qué hemos tardado tanto? ¿Es tan difícil ir al espacio?

IR AL ESPACIO Y PONERSE EN ÓRBITA

Antes de saber cómo vamos al espacio, es necesario saber dónde está el espacio. El planeta Tierra es una gran bola de roca y agua envuelta por una capa muy fina de gases que llamamos atmósfera. Estos gases –nitrógeno, oxígeno y dióxido de carbono mayoritariamente– nos protegen de las radiaciones del espacio y contribuyen a mantener la Tierra a una temperatura que permite la existencia de la vida. Subiendo hacia arriba, se considera generalmente que el espacio empieza allí donde termina la atmósfera. Pero el aire de la atmósfera no se acaba a una altura exacta, sino que disminuye progresivamente. Para hacernos una idea, a una altura de 90 kilómetros, hay un millón de veces menos aire que al nivel del mar: se puede considerar que el espacio empieza a partir de unos 100 a 120 kilómetros de altura. En comparación, los aviones de transporte de pasajeros vuelan a una altura de unos 10 kilómetros.

¿Y cómo vamos al espacio? La respuesta es: sólo hay que encontrar un medio de transporte que nos permita subir suficientemente alto. Isaac Newton, hace unos 350 años, nos dio las leyes de la física, que son la clave que nos permite ir al espacio: las tres leyes del movimiento y la ley de la gravitación universal.

Las tres leyes del movimiento son:

1. Si no se ejerce ninguna fuerza, un objeto parado continuará estando parado, y si el objeto se mueve, continuará moviéndose a velocidad constante para siempre. Aquí abajo, en el suelo, es difícil ver cómo se aplica esta ley, porque cuando empujamos un objeto siempre termina parándose. Pero si se para, por ejemplo cuando golpeamos un balón o empujamos un carro de la compra, es porque hay alguna fuerza que lo frena: la fricción del aire o del suelo. Pero cuando vamos al espacio, salimos de la atmósfera, así que ya no hay aire, y entonces si un objeto se mueve, continuará moviéndose hasta que aparezca alguna fuerza.

2. Cuando ejercemos una fuerza sobre un objeto, éste acelerará, y cuanto más ligero sea el objeto, más grande será la aceleración. Esta ley es bastante intuitiva y la aplicamos inconscientemente todos los días: si empujamos con la misma fuerza un carro de la compra lleno y otro vacío, este último se moverá más rápidamente.

3. Si un primer objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, este último ejercerá una fuerza igual de grande pero en sentido contrario sobre el primer objeto. Por ejemplo, imaginemos dos patinadores en medio de una pista de patinaje sobre hielo. Si uno de ellos empuja al otro, el segundo patinador sentirá una fuerza que lo separará del primero. Pero, al mismo tiempo, el patinador que lo ha empujado sentirá también una fuerza en dirección contraria que también hará que se aleje del otro patinador. Un ejemplo de esta ley que explica más claramente cómo funcionan los cohetes es lo que ocurre cuando hinchamos un globo con aire y los soltamos sin cerrarlo. La presión del aire dentro del globo hace que el aire salga rápidamente por el lado abierto, y empuja el globo en dirección contraria, como sucede con los dos patinadores.

La ley de la gravitación universal es la ley fundamental que rige el movimiento de todos los cuerpos en el espacio. Esta ley establece que dos objetos se atraen con una fuerza que aumenta cuanto más pesados son éstos (o cuanta mayor masa tienen) y cuanto más cerca están. Esta ley explica por qué cuando soltamos una piedra en el aire ésta cae al suelo. La Tierra –el planeta– y la piedra se atraen, pero evidentemente, como la Tierra es mucho más pesada que la piedra, es esta última la que acelera hacia la Tierra –de acuerdo con la segunda ley de Newton.

Bueno, y ahora que ya tenemos las leyes, ¿cómo vamos al espacio? Si el espacio empieza a partir de unos 120 km de altura, sólo haría falta empujar muy fuerte un objeto hacia arriba para que llegara hasta esta altura. ¿Podríamos decir entonces que lo hemos enviado al espacio? Sí. Pero la pregunta siguiente es: ¿qué pasará cuando llegue a 120 km? La ley de la gravitación universal nos indica lo que ocurrirá: la atracción de la Tierra hará que el objeto vuelva a caer. ¿Y si lo enviamos más hacia arriba?, ¿a 200 km?, ¿a 10.000 km?, ¿a 100.000 km? No hay nada que hacer, el objeto volverá a caer.

La gente suele preguntar, ¿hasta qué altura hay que subir para que no haya gravedad? Y la respuesta es que por mucho que subamos SIEMPRE habrá gravedad.1 Entonces, ¿por qué flotan

los astronautas que vemos en la tele? ¿Por qué no sienten ellos la gravedad? ¿A qué altura están? Los astronautas que vemos en la tele, en el transbordador americano o en la Estación Espacial Internacional, están a una altura de entre 200 y 400 kilóme tros. ¿Y por qué no caen? La respuesta es la misma que explica por qué cuando damos la vuelta muy rápidamente a un cubo lleno de agua y por un instante queda boca abajo no cae el agua. Al girar el cubo rápidamente en un círculo, la velocidad crea una inercia que «empuja» el agua hacia arriba y contrarresta el efecto de la gravedad. En realidad se trata de la simple aplicación de la primera ley de Newton: el objeto que se desplaza a gran velocidad tiene una tendencia natural a continuar a la misma velocidad y en la misma dirección, y la gravedad «sólo» consigue desviar la velocidad curvando su trayectoria. Los astronautas no están flotando, sino que están «cayendo» continuamente, pero como se mueven a gran velocidad la gravedad de la Tierra no consigue hacerlos caer y sólo «desvía» su trayectoria, lo que crea una circunferencia alrededor de la Tierra: la órbita.

Esta es la diferencia entre ir al espacio y ponerse en órbita. Para ir al espacio sólo tenemos que subir hasta unos 120 km. Pero si queremos quedarnos allí, tenemos que ponernos en órbita, y para esto es necesario alcanzar una velocidad muy grande. Esta velocidad creará la inercia (popularmente conocido como fuerza centrífuga, aunque en realidad esta fuerza no tiene existencia física), que equilibrará la fuerza de la gravedad. Y una vez que las dos fuerzas se cancelan mutuamente, ya no hay ninguna fuerza: ¡ya podemos decir que estamos en órbita y podemos fl otar tranquilamente!

Veamos otra forma de expresarlo. Hace varios siglos Isaac Newton explicó lo que había que hacer para ponerse en órbita alrededor de la Tierra. Imaginad que hubiera una montaña muy alta, de unos 120 km, que nos permitiera salir de la atmósfera. Si subimos a lo alto de la montaña y lanzamos una piedra, ésta caerá al lado de la montaña. Si lanzamos otra piedra con un poco más de fuerza caerá más lejos. Si seguimos lanzando piedras cada vez con más velocidad, como la Tierra es redonda, al final la piedra llegará tan lejos que nos golpeará la cabeza por detrás, después de haberle dado la vuelta a la Tierra. Esta piedra ya estará en órbita.

Figura 1. Si lanzamos una piedra hacia arriba con suficiente velocidad, ésta llegará al espacio pero volverá a caer (1). Si la lanzamos hacia delante con suficiente velocidad, a unos 28.000 km/h, se pondrá en órbita (3).

¿Y qué velocidad es necesaria para anular la fuerza de la gravedad y ponerse en órbita? La Estación Espacial Internacional da vueltas alrededor de la Tierra a una altura de unos 300 kilómetros, y ¡necesita una velocidad de unos 28.000 kilómetros por hora para quedarse en órbita y no caer! Pero entonces, necesitará mucho combustible para mantenerse allí arriba a esta velocidad, ¿no? No, no necesita combustible para mantener la velocidad. Una vez más, la primera ley del movimiento de Newton responde a nuestra pregunta. Si recordamos, esta ley dice que si un objeto está en movimiento, continuará en movimiento a la misma velocidad siempre que no haya ninguna fuerza. Y como hemos visto, cuando estamos en órbita la inercia anula la fuerza de la gravedad y, como estamos fuera de la atmósfera, ya no hay aire que nos frene. Así es que, como no hay ninguna fuerza, una vez que conseguimos una velocidad suficientemente grande, ¡el objeto continuará en órbita alrededor de la Tierra sin hacer nada!

Vemos por lo tanto que estar en el espacio no es muy difícil: no hay que hacer nada (aunque luego veremos que hay otros problemas). Lo más problemático es llegar hasta allí: subir suficientemente para salir de la atmósfera y coger bastante velocidad para ponerse en órbita y quedarse en el espacio. Es por eso que necesitamos las lanzaderas. Pero antes de descubrir lo que es una lanzadera, hagamos un poco de historia.

1. En realidad, si subimos muy muy arriba, a más de un millón de kilómetros, la fuerza de la gravedad de la Tierra será muy débil, pero allí la fuerza de la gravedad del Sol comenzará a atraernos más.