Órbita, gravedad y velocidad

Por Tomás unger

Hace poco leí un artículo sobre la preocupación de los astrónomos por la cantidad de satélites y el creciente número de satélites geoestacionarios. Un lector me sugirió que explique qué son los satélites geoestacionarios y la relación entre las órbitas y la velocidad de estas máquinas. El tema lo merece y explica la diferencia entre la duración de los años y los días entre los planetas.

?Las órbitas?

Llamamos órbitas al recorrido periódico que hace cualquier cuerpo celeste atrapado en el campo gravitacional de otro. En nuestro sistema solar las órbitas son los recorridos de planetas y satélites ?naturales como artificiales? alrededor del Sol.

Aunque pensamos en órbitas como círculos, raras veces lo son. Todas las de los planetas son ligeramente elípticas. Su excentricidad es pequeña, en el caso de la Tierra, el punto más cercano al Sol está a 147 millones de km y el más lejano a 152 millones.

Los cuerpos que orbitan el Sol tienen que tener suficiente velocidad para que la fuerza centrífuga compense la gravedad. Como esta disminuye con el cuadrado de la distancia, cuanto más alejado del Sol, un cuerpo necesita menor velocidad para orbitarlo.

?Satélites artificiales?

En este momento hay cientos de diferentes satélites orbitando la Tierra. Tal vez el mejor ejemplo sea el más grande de todos: la Estación Espacial Internacional (EEI). Como muchos satélites de observación, de comunicaciones, GPS, entre otros, la estación espacial está a una órbita relativamente baja, a 410 km de altura. Para mantenerse ahí requiere una velocidad de 27.600 km/h. Eso permite que dé una vuelta a la Tierra de cada 92,7 minutos.

El satélite geoestacionario, como su nombre lo indica, está estacionado sobre un punto fijo del Ecuador. Para lograrlo tiene que dar una vuelta cada 24 horas, lo que supone una velocidad mucho menor que la de los de órbita baja, como la EEI. Para avanzar a la misma velocidad angular de la Tierra, o sea 360° (una vuelta cada 24 horas), necesita una velocidad de solo 11.052 km/h.

Para que a esta velocidad la fuerza centrífuga sea suficiente para mantenerlo en órbita, el satélite debe estar más lejos de la Tierra, donde la gravedad es más débil. Eso sucede exactamente a 35.786 km de altura; si bajara tendría que ir más rápido y no podría mantenerse sobre el mismo punto. Si estuviera más lejos, iría más despacio y no podría mantenerse estacionario sobre el mismo punto del ecuador.

?Los planetas?

Esta es una buena ocasión para explicar los calendarios de los planetas, que varían con su distancia del Sol. Cuanto más cerca estén a la estrella, más fuerte es la gravedad, y el planeta debe ir más rápido en su órbita, para que la fuerza centrífuga pueda contrarrestar la gravedad. Por otra parte, la gravedad no le permite girar, y cuanto más cerca del Sol, más largo es su día. Como ejemplo tomemos los planetas interiores.

Mercurio está en promedio a unos 50 millones de km del Sol, la tercera parte de nuestra distancia. Por eso su vuelta completa al Sol demora 87,9 días terrestres. La cuarta parte de nuestro año va a una velocidad de 170.503 km/h. Debido a su proximidad al Sol, Mercurio llega a dar solo una vuelta y media, o sea un día y medio cada año. Tres días en dos años.

El siguiente planeta interior es Venus, nuestro vecino. Está unos 100 millones de km del Sol, por lo que su velocidad orbital es 126.072 km/h y su día es casi el doble del nuestro. Para comparar, la Tierra, a 150 millones de km del Sol, avanza en su órbita a 107.208 km/h. Durante una vuelta al Sol nuestro planeta da 365 revoluciones, y en el Ecuador tiene una velocidad lineal de 1.666 km/h.

?Marte?

El último de los planetas interiores, Marte, se encuentra a unos 149 millones de km del Sol, 1,6 veces más lejos que nosotros y recorre su órbita más lentamente a 86.430 km/h. El año marciano dura 687 días terrestres. Marte, por razones que no sabemos, tiene un día 30 minutos más largo que el nuestro. Tiene el eje inclinado 25 grados, por lo que también tiene estaciones, aunque de mayor longitud.

Aquí es interesante observar que los planetas interiores, con excepción de la Tierra, no tienen verdaderos satélites, Marte tiene un par de pequeñas rocas de 22 y 13 km de diámetro, mientras que nuestra Luna, con 3.400 km de diámetro, es uno de los satélites más grandes del sistema solar.

Esto se debe primero a que los planetas interiores son demasiado chicos para capturar un satélite grande. Segundo, que la Luna no es un satélite capturado si no un trozo de la Tierra desgarrado por un choque con otro cuerpo hace más de 4.000 millones de años. La Luna está dentro del campo gravitacional de la Tierra, tan solo a 400.000 km, que la gravedad terrestre le impide girar, por lo cual vemos solo un lado.

?Los planetas exteriores?

Los cuatro planetas interiores que hemos descrito se encuentran relativamente cerca unos de otros y todos cerca del Sol, siendo mucho más chicos. Los cuatro planetas exteriores ?Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno (Plutón ya no es considerado planeta)? son todos mucho más grandes que los interiores y están ubicados muy lejos del Sol.

El más cercano, Júpiter, está a más 800 millones de km del Sol, más de cinco veces la distancia de la Tierra. Saturno está a más de 1.500 millones de km del Sol, Urano a 2.700 y Neptuno a más de 4.500 millones de km. Debido a su distancia, sus órbitas son grandes, por las que avanzan más despacio, y en cambio giran más rápido sobre su eje debido a que la gravitación del Sol es cada vez menor con la distancia. De ellos nos ocuparemos en el próximo número.