Los Puntos de Lagrange

El lanzamiento del telescopio orbital James Webb junto con el descubrimiento de un asteroide, llevaron a los diarios un concepto físico tan específico como poco conocido: el de los Puntos de Lagrange.

 

 

Fernando Tourn *

 

Lanzado al espacio en diciembre de 2021, el observatorio espacial James Webb ya está ubicado en el Punto de Lagrange L2, a unos 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, es decir, tres veces más allá de la órbita de la Luna. Este sofisticado equipo alcanzó el punto L2 a fines de enero y está listo para entrar en funcionamiento. Cuando lo haga ofrecerá imágenes con una resolución y sensibilidad sin precedentes, muy superior a las del popular Hubble. Esa calidad de información permitirá, entre otros avances, observar los eventos y objetos más distantes del universo, detectar la formación de las primeras galaxias, y obtener imágenes directas de exoplanetas e incluso, exolunas.

 

El lanzamiento del James Webb obligó a los periodistas a mencionar los “Puntos de Lagrange” e intentar una mínima explicación de qué son estos ‘puntos’ –en realidad son regiones del espacio– y por qué representan el lugar ideal para colocar estos equipos de observación de la Tierra o el Sol.

 

Otra noticia que remitió a los puntos lagrangianos ocurrió en los primeros días de febrero. Fue la confirmación de que nuestro planeta tiene un nuevo “asteroide troyano” acompañando su órbita alrededor del Sol. Es una roca de 1 kilómetro de diámetro que se denomina 2020 XL5 y está ubicada en el Punto de Lagrange L4.

 

El descubrimiento es muy significativo en tanto puede aportar información sobre los primeros tiempos del sistema solar y podría servir como base para futuras misiones espaciales.

 

Ambas novedades astronómicas derivaron en un cierto protagonismo mediático de las zonas del espacio cercano denominadas “Puntos de Lagrange” en las que se ubican estos objetos.

 

 

Equilibrio gravitatorio.

 

“Los Puntos de Lagrange son las cinco posiciones de equilibrio, denominadas L1, L2, L3, L4 y L5, para un sistema modelo de dos masas, que llamamos M1 y M2, que se mueven en órbitas circulares alrededor de su centro de masas común”, explica Griselda Corral, doctora en Física y titular de la cátedra Mecánica Estadística I en la Licenciatura en Física que dicta la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UNLPam.

 

“En esas cinco posiciones en el espacio, un tercer cuerpo m3 de masa despreciable (es decir, muy pequeña) frente a la de los otros dos, puede estar situado y mantenerse en su posición relativa respecto a los dos cuerpos grandes”. Este tercer cuerpo –que en un caso será el telescopio orbital y en el otro el asteroide troyano– experimenta la misma fuerza de atracción por parte del Sol que de la Tierra. Al estar “tironeados” con la misma fuerza, permanecen allí mientras no haya un impulso externo que los expulse de ese pozo gravitatorio.

 

De los cinco Puntos de Lagrange, el más intuitivo es L1, que está en la línea que conecta directamente el Sol con la Tierra. Está mucho más cerca de la Tierra que del Sol, de manera tal que esa cercanía compensa la enorme diferencia de intensidad con que los dos cuerpos ejercen el tironeo gravitatorio.

 

El observatorio solar SOHO es uno de los sofisticados equipos que se encuentra anclado en L1. Desde 1995 este veterano observatorio ha proporcionado imágenes continuas del Sol en longitudes de onda ultravioleta y de rayos X, además de medir el viento solar. Nos ha permitido prepararnos para el impacto y las consecuencias de cada tormenta solar.

 

Además de L1, hay otros cuatros puntos donde las fuerzas atractivas se compensan con las distancias relativas. Son los Puntos L2 y L3, que también están en la línea recta Tierra-Sol –el punto L2 ‘detrás’ de la Tierra y L3, detrás del Sol–, mientras que L4 y L5 se ubican en la misma órbita que describe la Tierra, uno por delante y el otro por detrás, a la distancia que determina el arco de un ángulo de 60 grados que tiene su vértice en el Sol.

 

Cabe aclarar que los Puntos no están fijos en el espacio sino que se van desplazando a medida que la Tierra gira en torno al Sol.

 

 

Júpiter.

 

Donde haya dos masas de grandes dimensiones orbitando una alrededor de la otra, habrá cinco zonas de estabilidad gravitatoria. “En el sistema Sol–Júpiter hay varios miles de asteroides troyanos que están en las órbitas alrededor del Sol, en los puntos L4 ó L5 del sistema Sol–Júpiter”, detalló Corral. A ellos se suman otros cuerpos en los mismos puntos lagrangianos de los sistemas Sol–Saturno, Sol–Marte, Sol-Neptuno, Júpiter–satélites Jovianos, y Saturno-satélites de Saturno.

 

En los últimos años –señaló Corral– una serie de misiones de satélites de exploración espacial han hecho uso de los puntos de Lagrange Tierra-Sol para el posicionamiento de los satélites de observación. En el Punto L1 además del observatorio solar SOHO se encuentra el observatorio del clima de espacio profundo Dscovr y el satélite Wind. En L2, el James Webb compartirá hogar con la sonda de medición de radiación cósmica de fondo WMAP de la Nasa, la sonda GAIA de la Agencia Espacial Europea, y el observatorio ruso alemán Spektr-GR.

 

El troyano descubierto en 2020 y cuya presencia fue confirmada a principios de febrero de 2022, es el segundo que se detecta para el binomio Tierra-Sol. Despierta especial interés porque su tamaño de 1,18 kilómetros de eje principal lo convierte en un potencial candidato como base de futuras misiones exploratorias del espacio profundo.

 

Los astrónomos creen que “cayó” en el Punto L4 en el siglo XV y que permanecerá allí por unos 4.000 años. Por ello se lo considera un “asteroide troyano transitorio”.

 

 

Nubes de polvo.

 

El binomio Tierra-Luna también tiene sus Puntos de Lagrange. “En los años 1950 se descubrieron nubes de polvo que rodean los puntos L4 y L5 del sistema Tierra–Luna. A estas nubes de polvo se las llamó nubes de Kordylewski”, informó Corral. La luz antisolar o “gegenschein”, tiene su origen en el polvo que está presente en los puntos L4 y L5. El “gegenschein” es la luz del sol reflejada por el polvo interplanetario, en particular el polvo que se encuentra en los puntos de Lagrange L4 y L5 del sistema Tierra-Luna. “Así, este polvo interplanetario está girando alrededor de la Tierra a 60º antes y 60º después de la Luna, respectivamente. En tiempos modernos, el ‘gegenschein’ no es visible en las regiones más pobladas del mundo debido a la contaminación lumínica”, acotó la investigadora.

 

 

Choque apocalíptico.

 

El Punto de Lagrange L4 tiene un rol fundamental para explicar la existencia de la Luna y el hecho de que la composición mineralógica de nuestro satélite natural sea muy similar a la de la Tierra.

 

La hipótesis más aceptada sobre la formación del binomio Tierra–Luna supone que en los primeros tiempos del Sistema Solar existía un protoplaneta llamado “Teia” ubicado en el Punto de Lagrange L4. Es decir, hace 4.000 millones de años existía un jovencísimo Sol, el planeta Tierra –de un tamaño menor al actual–, el protoplaneta Teia –más pequeño aún– y no había Luna. Teia también orbitaba alrededor del Sol a una distancia similar a la de la Tierra.

 

Al cabo de varios millones de años, este protoplaneta ‘creció’ lo suficiente como para romper el equilibrio que lo mantenía en una posición equidistante entre la Tierra y el Sol, y terminó por impactar contra la joven Tierra.

 

Fue una colisión de dimensiones catastróficas, un evento que cambió el rostro de nuestro planeta. El protoplaneta se desintegró en forma apocalíptica. Sus capas más externas salieron expulsadas al espacio tras el impacto y dieron lugar a la Luna, mientras que su núcleo metálico terminó por fundirse con el núcleo terrestre.

 

Si hoy la Tierra es un planeta vivo es en gran parte por tener un núcleo metálico de grandes dimensiones. Ello merced a asimilar el núcleo de Teia, el protoplaneta que se formó y creció en el Punto de Lagrange L4.

 

 

En la ciencia ficción.

 

De momento el más esquivo de los Puntos de Lagrange es L3, ubicado en las antípodas de la línea que une la Tierra con el Sol. Se desconoce totalmente que hay allí, si es que hay algo.

 

Donde L3 tiene buena reputación es en las películas de ciencia ficción que juegan con la idea de que en este lugar del espacio se encuentra un planeta gemelo de la Tierra donde ocurren cosas por demás extrañas.

 

Si observar los Puntos L4 y L5 ha sido dificultoso, hacerlo con L3 lo es aún más. De momento, sus posibles ocupantes quedarán restringidos al prolífico campo de la ciencia ficción. El resto, mientras tanto, sigue acumulando ocupantes.

 

 

* Prensa y Comunicación – FCEyN