Crean el primer mapa de autopistas interplanetarias utilizando la lógica matemática

l sistema solar está interconectado por una serie de túneles o espirales gravitacionales que llamamos autopistas interplanetarias. Se trata de un laberinto gigantesco alrededor del Sol que es generado por los así llamados puntos de Lagrange , también conocidos como puntos de vibración o puntos Lagrangianos.

El matemático Joseph Louis Lagrange (1736-1813) descubrió cinco puntos especiales en los alrededores de dos masas orbitando una tercera, señalando que pequeñas masas pueden orbitar a una distancia fija de la masa mayor.

Los Puntos de Lagrange marcan la posición en la que el empuje gravitacional de las dos masas iguala la fuerza centrípeta requerida para rotar con ellas. De los cinco Puntos de Lagrange, tres son inestables y dos son estables. Estos tubos o espirales gravitacionales se generan alrededor de los inestables puntos de Lagrange y, si un objeto se coloca dentro de esos tubos, la fuerza gravitacional lo impulsa, acercándolo o alejándolo de los puntos de Lagrange.

Mapa de autopistas interestelares

Utilizar los túneles creados por los puntos de Lagrange entre diferentes cuerpos del sistema solar como autopistas para los viajes interestelares parece una teoría de ciencia ficción, pero The Guardian acaba de señalar que un grupo de investigadores, utilizando únicamente la lógica matemática, está comenzando a crear un mapa detallado de estas autopistas interplanetarias con la finalidad de que puedan ser aprovechadas en futuras misiones espaciales.

Una carretera espacial es posible gracias a los tirones gravitacionales del Sol, de la Tierra, y de otros cuerpos celestes del sistema solar. Estudiando las matemáticas que subyacen por debajo de las interacciones gravitacionales, los investigadores han empezado a crear un auténtico atlas de estas "vías" espaciales, cuyo aprovechamiento supondrá que se puedan hacer viajes hasta el momento inimaginables.

Las así llamadas autopistas celestes permitirán por tanto a las naves y satélites lanzados por los humanos al espacio, ir a mayor velocidad de un lado a otro del sistema solar, prácticamente sin combustible, revela por su parte la revista Science News.

Sin combustible

Tradicionalmente, las naves han utilizado el combustible para atravesar el sistema solar, desprendiéndose de la fuerza gravitacional que las acercaba a la Tierra y a cualquier otro cuerpo celeste por el que pasaran.

Sin embargo, la nave Génesis, que estuvo durante dos años en el espacio recolectando partículas solares, volvió a la Tierra en abril de 2004 después de un desvío de 3 millones de millas con respecto a nuestro planeta.

El desvío, lejos de ser la consecuencia de un extravío, fue motivado porque la nave había saltado al interior de una serie de "autopistas" interplanetarias siguiendo una trayectoria programada.

A favor de la gravedad, no en su contra

La experiencia de Génesis desveló que las naves pueden aprovechar la gravedad para moverse, no luchan contra ella. El proceso es similar al de los pájaros cuando planean: se dejan llevar por las corrientes y los remolinos de aire, sin hacer grandes esfuerzos ni emplear tanta energía.

Este método de viaje es más barato que el resto de las trayectorias espaciales: la nave Genesis usó sólo el 4% de su masa total de combustible en sus dos años de viaje. El resto de las naves necesitarían entre un 40% y un 60% de su masa total de combustible para la misma trayectoria.

Aprovechando la rutas establecidas por la gravedad, la NASA planea enviar en 2012 una nave a las lunas de Júpiter para averiguar si bajo su superficie existe agua.

De Newton a Lagrange

En el siglo XVII, Isaac Newton formuló la ley de la gravitación universal, por la se establecía que la fuerza de atracción que experimentan dos cuerpos dotados de masa es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Asimismo, la ley incluía la constante de la gravitación universal.

Desde esa época, se conocía ya el llamado "problema de los tres cuerpos", es decir, la dificultad que implicaba la descripción del movimiento de tres partículas con masas y condiciones iniciales aleatorias. El matemático Poincaré, en el siglo XIX, demostró matemáticamente la imposibilidad de realizar dicha descripción.

Sin embargo, los matemáticos se preguntaron más adelante: ¿qué pasaría si de los tres cuerpos, dos tuvieran masa y el tercero fuera tan pequeño que su efecto gravitacional sobre los demás resultase prácticamente inexistente?

Para saber cómo la fuerza gravitacional del Sol o de la Tierra podía afectar la trayectoria de una nave, los matemáticos reprodujeron los tres cuerpos usando un armazón rotativo, un sistema coordinado que giraba alrededor del Sol y de la Tierra. Dentro de esas coordenadas, ambos mantenían siempre una ubicación permanente.

Cinco puntos

Ya en el siglo XVIII, los matemáticos europeos Leonhard Euler y Joseph-Louis Lagrange descubrieron que en este campo rotativo había cinco puntos gravitacionales ligeros, ahora denominados "puntos de Lagrange".

En estos puntos de equilibrio, las fuerzas gravitacionales de los dos cuerpos sobre el tercero ligero (ejemplo, una nave) se neutralizan el uno al otro, por lo que el cuerpo sin masa no tendría movimiento.

Sin embargo, como algunos de estos puntos de equilibrio son inestables, hay que tener claro el momento en que pueden aprovecharse de la siguiente forma: cerca de un punto de Lagrange, las naves pueden tomar un pequeño impulso para introducirse en esos "tubos" espaciales que se dirigen a destinos muy dispares.

Pares variados

Cada par de planetas y de cuerpos celestes puede crear sus propios puntos de Lagrange con sus correspondientes tubos, con lo que se aumentan las posibilidades de viajes a través del espacio. De hecho, las "autopistas" a veces se entrecruzan en el espacio.

La única diferencia con las carreteras terrestres es que varían como consecuencia de la rotación y del desplazamiento de los planetas que forman el par gravitacional aprovechado por las naves, ya que para saltar de un tubo a otro deben aprovechar el momento justo y hacerlo a la velocidad apropiada.

Los investigadores emplean para realizar sus diseños de ruta programas informáticos que definen en qué lugares se encontrarán materializadas las carreteras siderales.