Levitación planetaria

Amaltea es un satélite muy particular. Si un astronauta trata de posar su nave en la superficie, deberá tener cuidado al seleccionar el lugar de descenso porque, si lo hace en el sitio equivocado, podría ser rechazado por el satélite, como si estuviera sometido a una fuerza antigravedad que lo expulsara de él. En ese caso el astronauta deberá ir prevenido y llevar buenas cuerdas de amarre y, por qué no, anclas:  en la Tierra tenemos la experiencia con los globos aerostáticos que pujan por subir y es necesario anclarlos. De no llevar estos equipos, antes de tocar suelo en el satélite, el astronauta amalteano deberá dirigirse a un sitio apropiado en el que no haya esa "fuerza ascensional" que lo rechace. ¿Cómo puede entenderse esto? En la Tierra un globo es impulsado hacia el espacio en cualquier punto de su superficie porque, al estar sumergido en el aire, experimenta una fuerza ascensional predicha por Arquímedes 250 años antes de Cristo. ¿Cómo puede ser que en Amaltea – que no tiene atmósfera –, se experimente fuerza ascensional en unos lugares y en otros no? La respuesta es sencilla, pero en este caso no se trata del principio de Arquímedes sino de un equilibrio de otros tipos de fuerzas.

Amaltea es un satélite alargado, casi el doble de largo que de ancho, con 260 kilómetros en su dimensión mayor. Para tener una idea del tamaño, imaginemos una isla como Taiwan, flotando en el espacio no muy lejos del planeta Júpiter y con el eje mayor apuntando siempre hacia él. Esto quiere decir que siempre le muestra la misma cara, porque está anclado a él como la Luna a la Tierra. El espectáculo desde Amaltea es majestuoso porque el planeta abarca casi la cuarta parte del cielo de tal manera que esas bandas nubosas que, con los telescopios, vemos desde la Tierra tan rectilíneas, desde Amaltea muestran detalles increíbles de rizos y espirales como si fueran adornos barrocos del planeta. En ese mundo la gravedad es casi nula: un astronauta fornido, con su traje completo y su mochila pesaría allí menos de 10 gramos. ¡Imagínense! Lo que pesa un ratón recién nacido o un insecto grande. Con un sistema adecuado de ventosas o de uñas adosado a sus guantes y a sus botas, podría trepar por las paredes verticales de sus cráteres, como una salamandra. 

Pero no es sólo la gravedad de este mundo exótico la que atrae al visitante, sino que  hay allí tres fuerzas que interactúan en un delicado equilibrio. Si se rompe esa armonía, el cuerpo no podrá posarse sobre la superficie del satélite sino que, o bien caerá hacia Júpiter, o bien saldrá despedido hacia el espacio. En algunos lugares de Amaltea y de otros satélites planetarios, existe esa descompensación y, en consecuencia, allí, ni se puede aterrizar, ni pueden permanecer cuerpos extraños como trozos de roca o granos de arena. Probablemente una de las sorpresas que se llevará el astronauta que aterrice en Amaltea será ver lugares en los que no hay una sola piedra suelta, como si hubieran sido barridos con una escoba descomunal, porque todo lo que no esté adherido a la superficie vuela hacia el espacio.

El problema es de la física elemental, un divertimento newtoniano. Sea en Amaltea o en cualquier otro satélite o planeta, todo cuerpo que se pose en su superficie está sometido a tres fuerzas: primero está la propia gravedad que, por sí misma y sin tener en cuenta las otras dos fuerzas,  es la encargada de mantener los cuerpos extraños pegados a su superficie, como ocurre en la Tierra con las personas, con el agua o con los granos de arena del desierto, que tienen un peso porque el planeta lo atrae hacia su centro. Pero también está la fuerza de atracción del cuerpo central, que en el  caso de la Tierra es el Sol y en el de cualquier luna es su propio planeta (por ejemplo el de Amaltea es Júpiter). En nuestro planeta esa fuerza es despreciable puesto que el Sol se encuentra tan lejos de nosotros, que a las personas, nos atrae con una fuerza equivalente a billonésimas de gramo. En el caso de Amaltea no es así porque el satélite está muy cerca de Júpiter de tal suerte que a un cuerpo que esté sobre su superficie, el planeta lo atrae con una fuerza que es 400 veces mayor que aquella con la que lo atrae el propio satélite.

 ¡Entonces, sin intentáramos posarnos en Amaltea, caeríamos sobre Júpiter!, podría pensar un lector desprevenido. Pero no, porque también hay que tener en cuenta la tercera fuerza, que va justamente en el sentido contrario a la atracción del planeta. Se trata de la fuerza centrífuga, que estudia la física elemental, y que se genera por el hecho de que el satélite gira alrededor del planeta. Todo cuerpo que orbita alrededor de un centro está sometido a ella. Por ejemplo, si atamos una piedra a una cuerda y le damos vueltas sobre la cabeza, la cuerda se tensa, señal de que la piedra tira hacia afuera. Si aumentamos la velocidad de giro (el número de vueltas por minuto) la fuerza centrífuga aumentará en proporción geométrica, es decir, que al duplicar las vueltas por minuto, la fuerza centrífuga se multiplica por cuatro.

Como ilustración, en la siguiente tabla se pueden ver las proporciones de esas tres fuerzas en varios cuerpos del Sistema Solar. En cuerpos de mucha masa y muy alejados de su centro de giro, como Titán o la Tierra, la atracción gravitatoria propia es dominante, mientras que las otras dos son muy pequeñas. En otros, de muy poca masa y más cercanos a su primario, como Fobos el satélite de Marte, la gravedad propia es despreciable con respecto a las otras dos fuerzas (en el caso de Fobos es sólo 8 milésimas).

Cuando la propia gravedad es muy pequeña, como en Fobos, cualquier cambio en la fuerza centrífuga produce un desequilibrio que hace cambiar de peso a los objetos que están sobre su superficie (por ejemplo a los astronautas). Volviendo a Amaltea, que es un caso más extremo que Fobos, allí la fuerza centrífuga tiene cambios muy drásticos, en distintos puntos de su superficie, dependiendo de de la distancia al centro de Júpiter.  Al cambiar la centrífuga, se generara  un desequilibrio con las otras dos fuerzas que entran en juego.  En los puntos más próximos a Júpiter, como el rojo de la figura, la fuerza centrífuga es menor, la gravedad del planeta gigante será dominante y el cuerpo, llámese astronauta o trozo de roca, levitará; en sitios más alejados, como el punto verde, la dominante será la fuerza centrífuga y, entonces, allí también se producirá la levitación. Es interesante pensar qué ocurre en sitios intermedios. Allí el desequilibrio será menor y los astronautas podrán aterrizar, pero los objetos, en especial los redondeados como los trozos de roca, tenderán a rodar hacia los extremos y finalmente se elevarán del suelo – como un avión que coge pista – y abandonarán a Amaltea para siempre.

El caso descrito para Amaltea no es único en el Sistema Solar. Varios satélites de los grandes planetas tienen un comportamiento similar y ellos son responsables, al menos en parte, de alimentar los anillos con el material que se va levantando de su superficie. ¡Qué divertido será, cuando el turismo espacial se comercialice por todo el Sistema Solar, hacer caminatas por Amaltea, o por cualquiera de estas lunas, y sentir que, al avanzar hacia un extremo del satélite, el peso corporal es cada vez menor. La sensación será similar a la ir cuesta abajo y hasta es posible que el paisaje se vea inclinado, aunque en realidad no lo esté. En esa caminata llegará un momento en el que el peso será cero y luego empezaremos a flotar por encima de la superficie y seremos empujados hacia el espacio! ¡Cuidado! ¡Necesitaremos anclarnos! Pero debe ser de un sitio firme, no sea que nuestro punto de anclaje flote con nosotros y nos perdamos en el infinito.