Gravedad cero sin salir de la atmósfera

Una manzana fue la culpable de que Isaac Newton se diera cuenta de que la aceleración de un cuerpo al caer al suelo y la equilibrada danza de las estrellas en el universo estaban relacionadas por la misma fuerza. Todos los cuerpos del universo se atraen irremediablemente y, aunque parezca el principio de una novela rosa, la gravedad es el cupido en la historia del universo, rector de todos sus movimientos, a pesar de ser considerada como fuerza débil (sólo hay que pensar en la fuerza de atracción de la Tierra y la enorme masa que tiene). Sir Isaac fue el primero en definir una teoría que explicaba con una simple fórmula la trayectoria de los cuerpos en el universo: dos cuerpos se atraen proporcionalmente al producto de sus masas y de manera inversa y también proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas.

Aunque existan variaciones minúsculas entre la de los polos y la del Ecuador, la gravedad es una fuerza de la que es imposible huir. No existe la gravedad cero, ni siquiera en el espacio. Lo que les sucede a los astronautas en las estaciones espaciales, situadas a varios cientos de metros (la Estación Espacial Internacional está a 400 km de altura), es que se encuentran en caída libre. «Dos cuerpos están cayendo dentro del mismo campo gravitatorio. Sin embargo, entre ellos no hay diferencia de fuerzas», explica Fernando Pina, matemático de la empresa española Deimos Space. Por mucho que lo intentemos, dentro de la atmósfera es imposible evitar que la Tierra nos atraiga. Sólo se puede intentar simular la condición de ausencia de gravedad de dos maneras; a través de caídas desde torres verticales, con lo que la sensación de ingravidez es de pocos segundos o con vuelos parabólicos.
El fenómeno de las torres es fácil de contemplar si lanzamos una pelota al aire. Durante un instante la bola, que ha alcanzado su máxima altura y ha perdido su velocidad, flota ingrávida antes de que la fuerza de la tierra la obligue a bajar. Los vuelos parabólicos son la mejor opción y la más usada. La idea es prolongar lo que le pasa a la pelota durante el mayor tiempo posible. «Dura poco segundos. El comportamiento en torre no es perfecto por la resistencia del aire, ya que no se puede hacer al vacío», explica Javier Casado Pérez, ingeniero aeronáutico y autor de «Historia y Tecnología de la Exploración espacial».

Tiempo multiplicado
El avión se levanta en vuelo con una inclinación de unos 47 grados. Mientras se va ascendiendo a una altura entre 4.000 y 8.000 metros, en el interior del avión se sufre un exceso de gravedad provocada por la atracción de la tierra y por la inercia. La inercia, explicado de modo sencillo, es el fenómeno que nos hace pegarnos al asiento de un coche cuando éste pega una acelerón. Se genera por el aumento constante de la velocidad, necesario para que el avión despegue y suba alejándose de la Tierra. Si no se acelera por encima de la fuerza G o constante de aceleración de un cuerpo, que en el caso de la tierra es 9,81 m/s2, no se puede subir.

Una vez alcanzada la altura máxima, se paran los motores del avión casi por completo (se deja el mínimo para evitar la resistencia del aire en el descenso), de esa manera el aparato servirá de protección al interior, oponiendo su propia resistencia al aire. En este punto comienza inevitablemente el descenso, y siempre de forma controlada, ya que el piloto ya se ha encargado de dirigir el morro hacia el horizonte (operación que dura unos 20 segundos), debido a que la fuerza de atracción de la tierra no desaparece en ningún momento, se produce la ingravidez; tanto el avión como su aire interior se mueven y caen al mismo tiempo, sufriendo por igual la fuerza de atracción, pero entre uno y otro la fuerza es tan minúscula que se la gravedad desaparece casi por completo. Es como si el cuerpo en el interior del aparato cayera al vacío, porque dentro de ese espacio el poder de atracción de la masa-avión es imperceptible.

Durante esos instantes en caída libre, unos 20 cada vez en función de con quien se vuele, se experimenta la microgravedad o ausencia casi total de gravedad. El avión que ha descendido con una inclinación de unos 20 grados (no cae en picado con el morro mirando a tierra), vuelve a encender sus motores tres este periodo de tiempo para remontar la inclinación ascendente y no estrellarse, claro. Repetidos ascensos o descensos reproducen la misma situación, permitiendo varios minutos de ingravidez durante los vuelos.
Durante el descenso controlado, la potencia de los motores puede reducirse, es decir, se puede frenar el avión de manera que la gravedad que se experimenta no sea próxima a cero, sino más cercana a la gravedad de la Luna (1/6 de la gravedad terrestre ) o de Marte (1/3 de la terrestre).

Bodas ingrávidas
Agencias espaciales como la NASA americana o la europea ESA realizan este tipo de vuelo desde hace dos décadas. Desde 2004, incluso existe la opción de casarse sin tener los pies en el suelo. La empresa, como no podía ser menos, es americana, y a través de su particular booking, Zero-G Experience (Experiencia cero-g) se pueden reservar 90 minutos de vuelo con 15 parábolas para experimentar la gravedad lunar y marciana y dar el sí quiero en casi total ingravidez. Todo en un Boeing 727, que ya incluye al piloto que oficiará la boda y desplazamientos por un precio base de unos 4.000 euros (más el cinco por ciento de impuestos).

Lejos de la empresas comerciales, los vuelos parabólicos ofrecen una oportunidad mucho más económica que las estaciones espaciales para experimentos científicos; eso sí, con una característica básica, la inmediatez. Este tipo de investigaciones son fundamentales para proseguir con la carrera espacial o si se quiere llevar al hombre hasta Marte. La influencia de la gravedad trasciende el comportamiento de las plantas y animales, sirve para probar aleaciones que sólo se producen en ausencia de gravedad y para predecir y evitar las consecuencias en el cuerpo de los astronautas. En espacios donde la fuerza G es menor, se necesita menos fuerza para hacer lo mismo. Al ser la masa más pequeña, la fuerza de tracción es menor. Un cuerpo que pesa 60 kg en la tierra pesaría en la luna tan sólo 10 kg. Los músculos se atrofian e incluso se reduce la masa ósea.

Cualquier destino en una hora
La ESA está a punto de finalizar la admisión de nuevos participantes para su edición de 2011 de su programa «Vuela tu tesis». Un proyecto de investigación abierto a universidades que quieran probar sus experimentos en ausencia en caída libre. Los seleccionados tendrá que presentar su solicitud antes del 12 de julio. «Se trata de buscar fenómenos que tengan un elemento diferenciador, un comportamiento diverso sin gravedad para ver los efectos y las leyes», explica Javier Ventura Traveset, jefe de comunicación y educación de la ESA en España. Desde 2008, al Airbus A300 «Zero-G» flota durante unos 12 minutos para acoger estudios de los más variado.

El futuro de los vuelos comerciales también pasa por la ingravidez. Viajar de una parte a la otra del globo en cuestión de una hora es una atractiva idea que mantiene ocupada a la industria aeronáutica. Los llamados vuelos suborbitales, como el del «SpaceShipOne» en 2004, podrían ser los viajes comerciales del futuro. El aparato saldría por encima de la atmósfera terrestre, donde no se tiene resistencia al aire y donde al igual que los satélites describiría su ruta alrededor de la tierra de un punto a otro; sin llegar a describir una órbita completa (de ahí lo de suborbitales). En las pruebas realizadas hasta el momento, la altura máxima alcanzada ha sido de 100 km con respecto a la tierra. «No es que la atmósfera desaparezca, sino que es cada vez más tenue», detalla Pina.
Una ley con grandes consecuencias para el conocimiento y el desarrollo tecnológico, aunque una pregunta queda en el aire, ¿por qué la materia tiene ese efecto de atracción? Una duda que de momento tiene a científicos de medio mundo acelerando partículas para provocar su choque. Ellas tienen la clave.
 
Mapa de la gravedad de la Tierra
La aceleración de la gravedad sufre una pequeñísima variación en el planeta. La forma elipsoidal de la tierra y la diferencia de masa en su superficie producen una oscilación entre los 9,78 m/sg2 del ecuador a los 9,83 m/s2 de los polos. Éstos se encuentran más cerca del centro planetario. Además, las cadenas montañosas no tienen la misma masa un sus puntos más altos que en sus laderas, ni los mares tienen la misma consistencia. El mapa de la gravedad terrestre, que acaba de ser presentado en Noruega, ha sido diseñado gracias a los datos del satélite europeo Goce. Estos cambios en la gravedad pueden ayudar a ver movimientos de magma bajo los volcanes, establecer un sistema de altura de las cadenas montañosas de valor universal, puede mostrar cuánta masa pierden las capas de hielo o establecer el comportamiento de los océanos sin mareas, vientos y corrientes. Superpuestos ambos datos se puede apreciar la escala de otras influencias.