El telescopio espacial Webb fue lanzado impecablemente el día de Navidad del año pasado. Los que hemos seguido su diseño, construcción y sucesivas postergaciones a lo largo de muchísimos años contuvimos la respiración durante el primer mes de vuelo. El observatorio, plegado sobre sí mismo para caber dentro del cohete, se desplegó lentamente como un origami. Antenas, paneles solares, instrumentos, parasoles, espejo secundario y el mismísimo espejo principal, enorme y segmentado, se configuraron para comenzar a operar.
Poco después el Webb llegó a su órbita de destino, un halo alrededor del punto de Lagrange 2, L2. ¿Qué significa esto?
El tratamiento matemático de los puntos de Lagrange es complicado, pero el concepto no es difícil de entender. El punto L1 es el más obvio: se encuentra entre la Tierra y el Sol, donde se equilibran las atracciones gravitatorias de ambos cuerpos, que tiran uno para cada lado. Menos obvio es L2: se encuentra hacia afuera de la órbita de la Tierra. ¿Por qué tendría que haber un punto de equilibrio allí, si la Tierra y el Sol, en tal caso, tiran los dos para el mismo lado? Hay que tener en cuenta que el tercer cuerpo (al igual que la Tierra) está en órbita alrededor de Sol, así que experimenta una fuerza centrífuga por su propio movimiento orbital, que compensa la atracción gravitatoria. El kepleriano que piense un poco en la situación podrá notar una dificultad: el período de las órbitas depende de la distancia al Sol. Si la de Webb se encuentra por fuera de la de la Tierra, ¿no tendría que ser más lenta, con un período un poco mayor que un año? ¿Cómo hace para moverse sincrónicamente con la Tierra, sin atrasarse? Lo que ocurre, contrariamente a las órbitas keplerianas, es que se trata de un problema de tres cuerpos. Es cierto que, más allá de la Tierra, el potencial gravitatorio solar es un poco más débil, y las órbitas son más lentas. pero además está la Tierra. Su presencia agrega justo el poquito que falta al potencial gravitatorio a la distancia de L2, para que el período sea también de un año, igual que el de la Tierra.
Webb no estará justo justo en L2. Al igual que muchos otros observatorios que se encuentran allí, su órbita describirá un halo a su alrededor, más que nada para no eclipsar el Sol con la Tierra y quedarse sin energía (L2 se encuentra aproximadamente en el vértice de la umbra de la Tierra).
Como se ve, el resultado es una órbita tridimensional alrededor del Sol, muy complicada, mucho más que las órbitas keplerianas planas de los planetas. A diferencia de éstas, que conocemos desde hace 400 años, fueron descubiertas recién a fines del siglo XX. Si se fijan bien, el halo propiamente dicho, ese óvalo alrededor de L2, no es perpendicular a la eclíptica: está inclinado. La parte que está por encima de la eclíptica está más lejos, y esto hace que allí Webb se quede atrasado. La parte que está por debajo de la eclíptica está más cerca, y Webb se adelanta. El resultado final es que la nave gira alrededor de L2 a medida que acompaña el movimiento orbital de la Tierra. Es muy ingenioso.
Vale la pena señalar que tanto L1 como L2, y también L3 (que está del otro lado del Sol) son equilibrios inestables. Así que, abandonados a sí mismos, estos observatorios terminarían alejándose. Requieren una pequeña cantidad de energía (cohetes) para mantenerse en posición. Hay otros dos puntos de Lagrange, que sí son estables. Es donde se encuentran, por ejemplo, los asteroides troyanos de Júpiter, que ya han aparecido por acá. Otro día cuento sobre ellos.
Ahora mismo, Webb está ajustando los espejos con precisión nanométrica, para lograr que 18 imágenes se combinen en una única imagen perfecta en el plano focal de los instrumentos. Recién a mitad de año comenzarán las observaciones científicas, que seguramente nos sorprenderán una y otra vez, como ocurre con cada instrumento revolucionario.
Los videos son del canal de YouTube del JWST, y la imagen del halo es de su blog. El diagrama de los puntos de Lagrange es de un servidor.
Hola, siempre sorprendiendo con las publicaciones en tu blog, excelente artículo sobre al telescopio Webb. No soy un experto en astronomía, solo un aficionado nivel 1, por lo que hasta hoy no sabia de órbitas perpendiculares al plano equinoccial de la tierra. Tengo un par de consultas o confirmación a un modesto análisis. La distancia de la tierra al centro de rotación del telescopio en L2, ¿son los 1.5 millones de km que hay a L2, no es mayor o menor por cuestiones de masa del telescopio o algo así? también ¿Cuál es el radio de rotación del telescopio alrededor de L2, supongo que son unos 6.3 mil km (o un poco menos por la distancia a la tierra), ya que está entre la umbra y la penumbra y cuanto tarda esta rotación? y por último, ¿Existe algún cuerpo celeste natural que orbite de esta forma? Soy Jorge López y un saludo desde Managua, Nicaragua.
ResponderEliminarGracias Jorge. Respondo a tus inquietudes:
Eliminar1. La existencia de los puntos de Lagrange depende de que la masa del cuerpo central sea mayor que la del que orbita, y que la de éste sea mucho mayor que la del que está en el punto de Lagrange. Es decir, la masa del cuerpo (el satélite) no afecta la posición de L2. Lo que sí afecta es que la órbita de la Tierra no es circular, y que además están los demás cuerpos. En este caso, la Luna y Júpiter son los más relevantes.
2. El halo de Webb alrededor de L2 es mucho más grande que lo que imaginás. Es de unos 800 mil kilómetros de radio. Y se acerca y aleja unos 200 mil km de L2 por la inclinación.
3. L2 es un equilibrio inestable en el sistema rotante, así que no hay objetos naturales. Tampoco en L1 ni en L3. Sólo L4 y L5 son estables, siempre que se cumpla la condición de que el cuerpo central sea 25 veces más pesado que el que orbita. Esa relación se cumple para el Sol y Júpiter (así que se cumple para todos los planetas) y también para la Tierra y la Luna, y para varios sistemas más. Así que en ellos sí hay objetos naturales (los troyanos, si son asteroides, pero también se conjetura que podría haber más concentración de polvo, etc.).
Gracias, siempre pendiente de tus publicaciones.
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