Los puntos Lagrangianos (puntos Lagrange)

Puntos lagrangianos del sistema Sol-Tierra.

Las interacciones gravitatorias entre dos objetos celestes son generalmente concebidas como cuerpos pequeños dando vueltas alrededor de uno mucho más grande, esta descripción es muy simple pero esencialmente correcta. Claro que existen otras formas de interacciones gravitatorias, y los viajeros espaciales tanto humanos como roboticos, las deben tener en cuenta. Para esta entrada quiero hablarles de unos puntos (más bien áreas) específicos, los puntos langranianos.

Imaginemos que queremos colocar una sonda en un lugar del espacio en dirección al Sol, dónde nos avisará de las tormentas solares que se avecinan y que podrían dañar nuestros dispositivos electrónicos Para ello, la sonda, tendría que mantenerse en una línea recta con el Sol y nuestro planeta para mantener la misma perspectiva del Sol pero orbitando a una distancia más cercana a nuestra estrella que la Tierra. En principio esto es aparentemente imposible de conseguir, ya que al estar más cerca del Sol, las leyes de Kepler le obligan a girar más deprisa por lo que pronto adelantaría a la Tierra y no vería el Sol desde la misma posición que nosotros, convirtiéndose en un satélite más de nuestra estrella.

Sonda ACE

Sin embargo, el matemático ítalo-francés Joseph-Louis Lagrange descubrió en el siglo XVIII que existe un lugar en esa linea recta con el Sol, en el cual las fuerzas de atracción de la Tierra y el Sol se igualan y se contrarrestan, anulándose casi por completo, por lo que al ser menor la atracción solar en ese punto, la sonda necesita menos velocidad para orbitarlo y se mantiene en línea constantemente con la Tierra.

Matemático ítalo-francés Joseph-Louis Lagrange, descubridor de los puntos lagrangianos. 

Éste punto es conocido como L1 y se encuentra a un millón y medio de kilómetros en dirección hacia el Sol. Hay otro punto equivalente en la dirección opuesta conocido como L2 pero en ese punto las gravedades se suman la una a la otra, o sea debería orbitar más lento al sol debido a que se encuentra más lejos pero al sumarse las gravedades del sol y la tierra, la atracción gravitatoria es más fuerte, por tanto su velocidad orbital es mayor, y acompaña a la tierra. Si tomamos como referencia el sistema Tierra-Luna nos encontraremos otros dos puntos conocidos como L4 y L5, que no se encuentran en la línea Tierra-Luna, sino que están a la misma distancia que la Luna pero formando un ángulo de 60º y que son extraordinariamente estables. El quinto y último punto llamado L3 se encuentra también en la línea Tierra-Sol pero al otro lado de la órbita a la misma distancia de la Tierra, pero es un lugar muy inestable debido a la casi nula influencia de la Tierra sobre él y la mayor influencia del resto de los planetas en ese lugar. Estos 5 puntos existirán siempre entre dos cuerpos celestes siempre que uno de ellos sea considerablemente mayor que el otro.

Punto Lagrange L1.

En realidad las posiciones L1 y L2 no son totalmente estables ya que el vehículo tendrá una cierta velocidad al llegar allí y necesitará estabilizarse. Además existen otros factores como los otros planetas, asteroides, variabilidad del viento solar, etc., que tienden a sacar a la sonda de ese punto por lo que tienen que estar bien provistas de combustible para poder efectuar las continuas maniobras necesarias para permanecer allí. De hecho, las naves se 'estacionan' en zonas un poco hacia la derecha o izquierda de ese punto para permitir las comunicaciones con la nave ya que las antenas, aquí en la Tierra, no pueden apuntar directamente hacia el Sol y permanecen girando alrededor del punto central. La gran ventaja de este punto y que contrarresta de sobra los inconvenientes, es que permite estudiar el Sol desde una zona privilegiada, libre de interferencias de la Tierra y en contacto continuo e inmediato con nuestro planeta. 

Observatorio solar SOHO, este y otros vehículos similares,estudian a nuestra estrella desde el punto L1.

El punto L1, es ideal para los observatorios solares de investigación y alerta temprana, ya que en caso de producirse una tormenta solar, las sondas en ese punto nos alertarían con 45 minutos de antelación aproximadamente. El punto L1 es actualmente usado por los satélites SOHO, WIND y ACE, todos dedicados a estudiar al sol. además los puntos lagranianos pueden ser utilizados como ayuda gravitatoria como es el caso de la sona GRAIL, cuyo destino final es la luna. 

Punto Lagrange L2.

El punto L2, es ideal para la observación del universo, sin interferencias debidas a la cercanía a la tierra, por lo que muchos telescopios espaciales modernos eligen este punto como destino como el telescopio europeo Herschel (actualmente el telescopio espacial más grande), el observatorio Planck y el futuro sucesor del Hubble, el telescopio James webb.

Telescopio espacial Herschel, estudia al universo infrarrojo, desde la favorable ubicación en el punto Lagrange L2.

En nuestro Sistema Solar tenemos numerosos ejemplos de satélites naturales y asteroides que se sitúan en estos puntos naturales, como los asteroides 'Troyanos' que están en la misma órbita de Júpiter pero adelantados o retrasados 60º y el satélite Helene está en un punto Lagrange del satélite Dione de Saturno.

En la parte superior vemos a Helene, troyano natural de Dione ubicado el punto Lagrange L4 de dicho sistema.