10 mayo 2011

Puntos Lagrange: zonas neutrales de influencia gravitacional entre dos cuerpos




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Las investigaciones de Joseph-Louis Lagrange en 1772, matemático francés del siglo XVIII, permitieron determinar la posición de cinco puntos de equilibrio gravitatorio relacionados con nuestro planeta. Se trata de los puntos de Lagrange. Los puntos de Lagrange, también denominados puntos L o puntos de libración, son las cinco posiciones en un sistema orbital donde un objeto pequeño, afectado por la gravedad, puede estar teóricamente estacionario respecto a dos objetos más grandes, como es el caso de un satélite artificial con respecto a la Tierra y la Luna.

L1 se encuentra en una linea que va del Sol a la Tierra, a 1,5 millones de km de nuestro planeta. L2 se halla en la misma línea, pero al otro lado de la Tierra. L3 se encuentra en la misma linea pero al otro lado del Sol. L4 y L5 estan en el vértice de dos triángulos equiláteros, cuya base es la línea Tierra-Sol.

El propio Lagrange demostró que cualquier objeto situado en L4 o L5 puede permanecer fácilmente allí, recibiendo el nombre de troyano. La geometría descrita es aplicable también a los demás planetas, y así Júpiter posee cientos de asteroides troyanos, mientras que Marte posee al menos dos.

Los troyanos orbitan al mismo tiempo alrededor de los puntos de Lagrange L4 y L5, siguiendo una trayectoria muy curiosa. Pero más curiosa es aún la trayectoria de los asteroides cuya órbita pasa alrededor de L2, L4 y L5, simultáneamente, dibujando una especie de herradura en el cielo.

Puntos Lagrange del sistema Sol-Tierra.


Colonización de los puntos de Lagrange

La colonización de los puntos de Lagrange es la colonización espacial de los cinco puntos de equilibrio en la órbita de un planeta o una luna alrededor de su órbita principal, llamados Puntos de Lagrange. Los puntos más evidentes para su colonización son los puntos en el sistema Tierra-Luna y los puntos en el Sol-Tierra. Aunque alcanzar esto generalmente llevaría días o incluso meses con la tecnología actual, muchos de esos puntos tendrían un constante aprovechamiento de la energía solar puesto que su distancia desde la Tierra daría como resultado solo escasos eclipses de Sol breves.

Desde los años 70 la Sociedad L5 ha promovido la idea de colonizar los puntos L4 y L5 ya que son estables, las naves que se sitúen en ellos permanecerán siempre en la misma posición, y tienen un radio de cerca de 15000 km. De los otros puntos de Lagrange en el sistema Tierra-Luna, el L1 y el L2 serían potencialmente importantes para una estación estacionaria posicionada entre la Tierra y la Luna.

Punto Lagrange L1.


Autopista espacial

Desde hace unos años un grupo de científicos se encuentra elaborando una especie de mapa de autopistas espaciales que pasa por los Puntos de Lagrange. La idea es que las futuras misiones espaciales, puedan utilizar estas rutas para ahorrar combustible y viajar a mayor velocidad entre los planetas, valiéndose de la gravedad. Esto, que parece sacado de una novela de ciencia ficción, es perfectamente posible, solo hay que calcular una serie de trayectorias con mucha precisión. De hecho, ya hemos comenzado a usar este tipo de rutas.

La sonda espacial Génesis, que estuvo dos años en el espacio estudiando las partículas solares, volvió a la Tierra en abril de 2004 después de efectuar un “desvío” de casi 4.5 millones de kilómetros. Este desvío no se debió a un mal cálculo de la NASA, si no más bien todo lo contrario: Génesis aprovechó los puntos de Lagrange para moverse ahorrando combustible.

La experiencia de Génesis demuestra que la idea es viable, y que nuestras sondas espaciales pueden hacer sus viajes de la misma forma en que los pájaros planean dejándose llevar por las corrientes de aire, sin hacer grandes esfuerzos ni emplear tanta energía. Génesis usó sólo el 4% de su masa total de combustible en dos años de viaje. Si no hubiese efectuado ese recorrido perfectamente calculado, habría necesitado entre 10 y 15 veces más combustible para efectuar su viaje. La NASA planea enviar, dentro de tres o cuatro años, una sonda a las lunas de Júpiter para averiguar si bajo su superficie existe agua, aprovechando este mecanismo.

La geometría de los puntos Lagrange es aplicable también a los demás planetas, tal como lo demuestra la imagen.


Por ejemplo para coordinar misiones en la cara visible de la Luna. Una nave lanzada desde el L1 llegaría a la Luna en pocas horas en caso de emergencia. También podría ser una estación de reparación y abastecimiento entre naves desplazándose por el sistema solar. El punto L2, en la cara oculta de la Luna, sería interesante para radiotelescopios evitando interferencias de la tierra. Ni el L1 ni el L2 son estables después de los 23 días por eso se necesitaría sistemas de recolocación.

Estos puntos pueden también ser usados para el turismo espacial, etc. Los puntos L1 y L2 pueden servir para abastecimiento de viajes a la Luna o entre el sistema solar. Se pueden crear colonias con fines científicos para estudiar el Viento solar o la luz del Sol. Los Puntos de Lagrange cercanos al Sol podrían almacenar la energía solar y transportarla a la Tierra.

Fuente: Varias

Puntos Lagrange del sistema Sol-Tierra (izquierda) y Tierra-Luna (derecha).


Quantum opina:

Mientras la mayoría de la gente piensa en colonias humanas en la Luna, o en Marte, otros opinan que las primeras colonias estarán en órbita. Tanto la NASA, ESA y otras agencias espaciales, han examinado la viabilidad de establecer una colonia en órbita. Determinaron que hay suficiente cantidad de materiales necesarios en la Luna, y en asteroides cercanos a la Tierra, que podrían estar ubicados en los puntos Lagrange, aprovechando la energía solar que se encuentra disponible en grandes cantidades.

No hay ningún objeto natural en todo punto L1, L2 y L3 en el sistema solar. L4 y L5 son estables, teniendo muchos cuerpos naturales, estos puntos son conocidos puntos de "troyanos" (L4) y los puntos de "griego" (L5).

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