El filme Gravity del director mexicano Alfonso Cuarón fue galardonado por la Academia de Artes y Ciencias Cinematográficas de los EUA con siete Óscares. La película, excelentemente lograda técnica y argumentalmente, retrata -a través de la cámara de Emmanuel Lubezki, otro mexicano- uno de esos dramas en órbita alrededor de la Tierra, no ajenos a la astronáutica moderna, cuando las cosas no salen bien. Es precisamente la fuerza de gravedad, o la ausencia de ella, la que da nombre a esta película y proporciona la justificación física a varias de las comprometidas situaciones a las que se ven sometidos sus actores, los tenaces astronautas de Cuarón.
La física contemporánea identifica en nuestro universo tan sólo cuatro fuerzas básicas que explican la vasta diversidad de fenómenos observados en la naturaleza, desde el interior de los átomos (microescalas) hasta los cúmulos de galaxias (macroescalas). Por medio de sólo cuatro fuerzas bien diferenciadas -y no 100 o 1 millón- , operando a distintas escalas y con distintas intensidades, nuestro universo ordena y moldea la materia y la energía contenidas en él, dando origen a átomos, moléculas, células, animales, planetas, estrellas y galaxias. Estas cuatro fuerzas son: la gravedad, el electromagnetismo (que incluye la electricidad y el magnetismo) y las fuerzas nucleares débil y fuerte que actúan a escalas microscópicas.
La gravedad fue la primera fuerza en ser entendida científicamente gracias al trabajo de Isaac Newton a finales de los años 1600. El genial científico inglés pudo demostrar que la gravedad es una fuerza de largo alcance, siempre atractiva (nunca repulsiva) capaz de explicar tanto la caída de una manzana al piso, como la “caída” de la Luna a la Tierra. Sí, en un sentido estricto la Luna siempre tiende a caer a la Tierra, pero su velocidad alrededor de nuestro planeta es tan alta que nunca lo logra, permaneciendo en una órbita estable a una distancia promedio de la Tierra de 384,000 km. Lo mismo sucede con los planetas del sistema solar, los cuales “en constante caída al Sol” permanecen en órbitas estables a cientos de millones de kilómetros de distancia debido a las altas velocidades de sus trayectorias alrededor de él.
Entonces, para no caer a la Tierra o al Sol, la clave está en moverse muy rápido alrededor de ellos. Esto es algo de lo que vemos en la película Gravity: aunque la Tierra de fondo no es el mejor marco de referencia para confirmar qué tan rápido se mueven los astronautas que realizan maniobras en el espacio –quienes simplemente parecen flotar plácidamente en él- , es un hecho que estos hombres y mujeres necesitan estar viajando aproximadamente 40 veces más rápido que un avión comercial, a unos 500 km de altura sobre la superficie de la Tierra donde se encuentra el Telescopio Espacial Hubble al que los astronautas dan mantenimiento en Gravity. Esta velocidad de 30,000 km/h es definida como velocidad circular de órbita baja, es decir, la velocidad a la que a esa altura se tiene que mover un satélite o un ser humano para permanecer en una órbita circular estable alrededor de la Tierra, sin caer y estrellarse sobre ella. Una órbita baja alrededor de nuestro planeta oscila entre 200 y 2000 kilómetros de altura.
Cabe mencionar que a 500 kilómetros de altura, la atmósfera de nuestro planeta es prácticamente nula, un factor favorable en este sentido, pues si la atmósfera fuera aun muy densa en los alrededores de la órbita del Telescopio Espacial Hubble, ésta generaría fricción con el telescopio dada la alta velocidad del mismo, lo que a su vez provocaría que perdiera velocidad y altura, generando calor y elevando su temperatura, para empezar a desplomarse sobre nuestro planeta. Esto se ve en Gravity durante la caída de una pequeña nave a la Tierra al atravesar zonas más y más densas de atmosfera.
Otro efecto interesante observado en la película, no específicamente ligado con la fuerza de gravedad, pero sí con las leyes del movimiento aplicables a cualquier fuerza -también debidas al gran Newton-, es por ejemplo el hecho de que si a raíz de un impacto violento, una estructura metálica en el espacio empieza a girar, seguirá haciéndolo sin parar hasta que una fuerza opuesta la detenga. Esta tendencia de los objetos a permanecer inmóviles indefinidamente si están inicialmente inmóviles, o a permanecer moviéndose o girando indefinidamente si están moviéndose o girando de un principio se conoce como la ley de la inercia (o primera ley de Newton).
Sobre la superficie de la Tierra, los objetos que se mueven eventualmente siempre se detienen, pareciendo violar la ley de la inercia, pero esto es porque la fricción con el suelo o el aire al moverse los hace detenerse. En el espacio, en ausencia de aire y fricción, las leyes de Newton se cumplen clara y cabalmente. Otro ejemplo en Gravity es la conocida tercera ley de Newton de acción y reacción y de la conservación de momento, claramente representada en la unidad de maniobra a propulsión que permite a los astronautas desplazarse en el vacío del espacio donde no hay fricción, en la “nada” donde de nada puede uno empujarse para moverse (en la Tierra, por ejemplo, para desplazarnos caminando nos empujamos del suelo, por fricción con él). Esta misma ley explica por qué los núcleos de los cometas, grandes bolas de nieve y polvo, giran como los planetas al lanzar al espacio intensos chorros de gas cuando empiezan a evaporarse al acercarse al Sol. Estos chorros de gas crean una torca que hace que el núcleo cometario gire. En el caso de las unidades de maniobra a propulsión como la que usa George Clooney en Gravity, los chorros de gas emitidos a presión desplazan al astronauta, pero no lo hacen girar, afortunadamente.
Muy por encima de la superficie terrestre, más allá de la línea de Karman, hay una crónica de éxitos y fracasos en esta carrera que nos consolida como conquistadores del espacio. El balance es favorable, y el futuro próximo nos depara la presencia y más maniobras extraordinarias de seres humanos en gravedad cero no sólo en el espacio terrestre -como en Gravity-, sino también en órbita alrededor de otros planetas y miembros del sistema solar, para finalmente vernos como especie llegar, explorar y caminar naturalmente sobre sus superficies.
Este universo es único.
Héctor Noriega Mendoza
Héctor Noriega Mendoza
Ponente. Investigador.
Maestría en Astronomía (UNAM | NMSU) y Doctor en Astronomía por la Universidad Complutense de Madrid (UCM)
Fundador de la Sociedad Astronómica Juarense, Cofundador del Proyecto Abel, Miembro de la Sociedad Mexicana para la Divulgación de la Ciencia y la Técnica, Miembro de la American Astronomical Society y Profesor de tiempo completo de Astronomía en UTEP.
