La ISS se acelera gravitacionalmente a lo largo de una trayectoria curva alrededor de la Tierra, que es la forma en que permanece en órbita. (Crédito de la imagen: NASA)
La Estación Espacial Internacional (ISS) orbita muy por encima de nuestras cabezas, pero la atracción de la gravedad de la Tierra nunca saca al complejo de la órbita y lo envía en picada a través de nuestra atmósfera, donde se quemaría.
Aquí va un pequeño secreto: la Estación Espacial Internacional está en constante caída, pero nunca se estrella contra la Tierra ni se quema en nuestra atmósfera. ¿Cómo es posible?
Suena milagroso, pero no es una paradoja ni magia, sino simplemente el resultado de la buena y antigua física. Todo se reduce a la velocidad orbital de la Estación Espacial Internacional , su altura sobre el suelo y la velocidad a la que cae bajo la acción de la gravedad .
La ciencia y las matemáticas que sustentan lo que mantiene a la ISS en órbita se remontan al padre de la teoría gravitacional, el científico inglés del siglo XVII Sir Isaac Newton . Newton, famoso por su mal humor, probablemente no ideó su teoría de la gravedad sentado distraídamente bajo un árbol y soñando despierto mientras una manzana caía sobre su cabeza, como dice la vieja historia. Pero sí habría observado manzanas, hojas y otras cosas cayendo y se habría preguntado por qué lo hacían.
Para empezar, pensemos en esa manzana apócrifa que cae. Cuando está colgada de una rama, está quieta, así que cuando cae, la gravedad la empuja hacia abajo. Pero supongamos que recogemos la manzana caída y la lanzamos como si fuera una pelota. La manzana no cae hacia abajo en línea recta como cuando estaba quieta; ahora tiene un movimiento horizontal que compite con la gravedad y sigue una curva hasta el suelo.
Newton utilizó la analogía de una bala de cañón, disparada horizontalmente, que sigue una curva similar hasta el suelo. El tamaño y la forma de esta curva dependen de la velocidad de la bala de cañón y de la resistencia del aire. Cuanto más rápida sea la bala de cañón y menor sea la resistencia del aire, mayor será la distancia que recorra y más plano será el ángulo de la curva que siga la bala de cañón hasta el suelo.
Newton planteó la teoría teoría de que, si se disparase una bala de cañón horizontalmente desde la cima de una montaña lo suficientemente alta donde el aire es enrarecido y con suficiente velocidad, la curvatura descendente de la bala bajo la acción de la gravedad coincidiría con la curvatura de la Tierra. Seguiría cayendo, siguiendo esta curva, sin perder altura porque el planeta se estaría alejando de ella al mismo tiempo. Los científicos denominan a la fuerza que actúa sobre un objeto para que siga esa trayectoria curvada una fuerza centrípeta, que siempre está dirigida hacia el centro de curvatura.
Las diferentes capas de la atmósfera terrestre. Las naves espaciales en órbita baja, como el telescopio espacial Hubble (en la imagen) y la Estación Espacial Internacional, orbitan en la termosfera, mientras que los objetos que caen se queman en la mesosfera.
Las diferentes capas de la atmósfera terrestre. Las naves espaciales en órbita baja, como el telescopio espacial Hubble (en la imagen) y la Estación Espacial Internacional, orbitan en la termosfera, mientras que los objetos que caen se queman en la mesosfera.(Crédito de la imagen: NASA)
Altura y velocidad
Esta es la premisa que sustenta el funcionamiento de la Estación Espacial Internacional (ISS) en órbita sobre nuestras cabezas. Se trata de un equilibrio entre la fuerza centrípeta dirigida hacia el centro de la Tierra y la fuerza de la gravedad terrestre, que constantemente hace que la ISS experimente una aceleración gravitacional a lo largo de su trayectoria curva. La velocidad a la que la ISS cae a medida que sigue su trayectoria curva es igual a la velocidad a la que la superficie curva de la Tierra se aleja de ella.
Este equilibrio se consigue con determinadas combinaciones de altura y velocidad orbital. La ISS orbita a una altura de unos 402 kilómetros (más adelante explicaremos por qué la describimos como "aproximadamente") y viaja a 7,6 kilómetros por segundo, que es la velocidad necesaria a esta altura para seguir la trayectoria que coincide con la curvatura de la Tierra. Si la ISS orbitara la Tierra a una mayor altura, no necesitaría viajar tan rápido para mantener la velocidad de curvatura de su caída. Si la ISS estuviera a una altitud menor, tendría que viajar más rápido para evitar caer en la atmósfera terrestre y quemarse.
Sin embargo, existen algunas complicaciones que hacen que la ISS no pueda seguir funcionando por sí sola indefinidamente: si no intervenimos, acabaría cayendo a través de la atmósfera y se quemaría. Esto se debe a que, incluso a 402 kilómetros sobre la superficie, la ISS sigue estando dentro de la atmósfera de la Tierra, aunque en una parte muy delgada de la misma llamada termosfera. La termosfera tiene una densidad muy baja, lo que significa que las moléculas atmosféricas son escasas, pero aún hay suficientes para resistir el movimiento de la ISS y crear suficiente resistencia para frenarla. Esto hace que la estación espacial desacelere unos 5 centímetros (2 pulgadas) por segundo, lo que hace que pierda unos 100 metros (328 pies) de altitud sobre la superficie de la Tierra cada día.
Por eso hemos dicho que la altitud orbital de la ISS es de "unos" 402 kilómetros, porque está perdiendo altura constantemente. Aproximadamente cada mes, la ISS tiene que encender sus propulsores para volver a alcanzar su altitud orbital prevista. Si la ISS no tuviera alguna forma de elevar su órbita, acabaría cayendo a mayor profundidad en la atmósfera y acabaría ardiendo, como un enorme meteorito.
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