El Sol, el factor desconocido que explica por qué se caen los satélites

El 4 de octubre de 1957 podría marcarse como el comienzo de todo en la era espacial. Una fecha que apenas se recuerda, salvo en los limitados círculos de geeks o nerds (empollones, para los no millennials). La fecha es fundamental para el desarrollo de nuestra vida diaria, ya que fue el momento en el que se abrió la puerta de salida de la superficie terrestre. Ese viernes, la entonces Unión Soviética lanzó con éxito el Sputnik 1, nuestro primer satélite artificial. El Sputnik 1 tenía el tamaño de un balón de playa y tardaba poco más de 98 minutos en promedio en dar una vuelta a la Tierra. Sus transmisores proporcionaron información sobre la densidad y la propagación de ondas de radio en las capas altas de la atmósfera. 92 días después de su lanzamiento, ardió en esa misma atmósfera que había ayudado a estudiar.

Perder altura con el tiempo es el destino de todos los satélites artificiales que están colocados en órbitas bajas. La forma de hacerlo depende de varios factores y entre ellos está uno que se conoce muy poco, tiene que ver con nuestra estrella y no está relacionado con su gravedad.

Empecemos por aclarar que se considera una órbita baja: son aquellas que están a menos de 2.000 km de distancia de la superficie terrestre. Eso significa que en un día, estos satélites pueden dar varias vueltas a la Tierra (en torno a 16 veces como mucho) y que los datos que obtienen pueden transmitirse rápidamente a la superficie. Son especialmente adecuados, por tanto, para observar la Tierra con alta resolución. Como lo hacen, por ejemplo, los satélites del programa Copérnicus. Estas órbitas, aunque son muy comunes debido a su proximidad, pueden cubrir un área muy pequeña. Por eso se suelen lanzar juntos en grupos conocidos como constelaciones de satélites que forman una especie de red que rodea la Tierra. Esto les permite cubrir grandes áreas trabajando simultáneamente.

Pero estos satélites, tarde o temprano, acaban volviendo a casa. En una órbita baja, un satélite experimenta el efecto gravitatorio de los tres cuerpos grandes más cercanos: la Tierra, de la Luna y del Sol. También sufre fricción y un tercer efecto variable que tiene que ver con el campo magnético solar. El efecto gravitatorio es obvio; el efecto de la actividad solar y la fuerza de fricción no lo son tanto.

El efecto de la fricción es sencillo de entender: en órbitas bajas, en el camino que recorre el satélite, todavía existe algo de material de la atmósfera terrestre que se opone a su movimiento y provoca que pierdan altura con el tiempo. El telescopio espacial Hubble y la Estación Espacial Internacional son dos ejemplos de este tipo de satélites. Se podría decir que, con el tiempo, caen despacio hacia nosotros. La mayoría de estos satélites tienen sistemas de propulsión para modificar su altura. Otros no. Algunos simplemente agotan con el tiempo el combustible que tenían destinado para ejercitar este tipo de maniobras.

Para estimar el tiempo de vida que tiene uno de estos satélites es fundamental estimar la fuerza de fricción. Esta decrece exponencialmente con la altura, sobre todo porque a medida que nos alejamos de la superficie cada vez hay menos material de la atmósfera. Existe una altura crítica, a unos 1.000 km de altura por encima de la superficie de la Tierra, donde el frenado producido por la atmósfera actúa en escalas de entre mil y diez mil años.

Y por encima de determinada altura, es el viento solar el que domina la evolución de la trayectoria. La actividad solar es la variable desconocida en la estimación del tiempo de vida de satélites en órbitas bajas que no tienen propulsión interna. Funciona así: el Sol aporta un extra de energía a la atmósfera en sus períodos más activos, provocando que las capas de baja densidad se muevan hacia arriba y sean reemplazadas por las que están más abajo, que son más densas. A los satélites en órbitas bajas hay que darles varios empujones al año para que mantengan la órbita. En el caso de estar en el máximo del ciclo solar, al que ahora nos movemos y se alcanzará en 2025, hay que darles más empujones de lo normal.

La fuerza de fricción aumenta cuando el Sol está más activo simplemente porque aumenta la densidad del entorno en el cual se mueve el satélite. Este es un efecto a largo plazo, un efecto erosivo. Y el Sol afectará, al estar ahora en uno de sus máximos de actividad, a la caída de la órbita del Hubble, por ejemplo, aunque todavía no sabemos exactamente cuánto. Además, en ocasiones también se produce un efecto brusco relacionado con las tormentas geomagnéticas, donde el viento solar, al interaccionar con el campo magnético terrestre, puede de nuevo provocar los efectos descritos en el párrafo anterior, cambiando las órbitas de los satélites.

Por eso hay que estar siempre atentos al Sol, no vaya a ser que como en la vieja aldea gala y ¡por Tutatis!, el cielo acabe cayendo sobre nuestras cabezas.

Vacío Cósmico es una sección en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista científico sino también filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” hace referencia al hecho de que el universo es y está, en su mayor parte, vacío, con menos de un átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos por metro cúbico, lo que invita a una reflexión sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La sección la integran Pablo G. Pérez González, investigador del Centro de Astrobiología, y Eva Villaver, profesora de investigación en el Instituto de Astrofísica de Canarias.

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