¿QUÉ SON LOS PUNTOS DE LAGRANGE?
El estudio del
problema de los puntos de Lagrange forma parte de un estudio más
amplio: la interacción gravitacional de tres cuerpos. El movimiento gravitacional de dos masas es sencillo
y conocido desde que Newton enunciara en el siglo XVII la Ley de Gravitación
Universal. Sin embargo, las ecuaciones que describen el movimiento de
tres (o más) cuerpos unidos gravitacionalmente entre sí
es complejo y no se resolvió hasta la época del matemático
francés Henri Poincaré, quien probó que, en general, no existe un resultado analítico
que prediga su trayectoria futura.
El "problema restringido de los tres cuerpos",
en que uno de los tres cuerpos es muy pequeño (p.e. Tierra, Luna
y un vehículo espacial) no tiene solución, aunque existen
soluciones específicas si se realizan ciertas aproximaciones.
Estudiando este problema el matemático italiano-francés
Lagrange descubrió la existencia de cinco puntos especiales
en la vecindad de dos masas orbitando: en tales puntos es posible colocar
un tercer cuerpo, de masa mucho menor, de tal modo que orbitará conjuntamente
con ellos, manteniendo constante su posición relativa a los otros
dos cuerpos permanentemente. Éstos son los denominados
puntos de Lagrange que se muestran en la figura:
Éste es un esquema en el que se muestran donde
se encuentran los cinco puntos de
Lagrange
de nuestro planeta, además se ve el un satélite artificial
en L2.
De
estos cinco puntos, los tres primeros, L1, L2 y L3, se localizan
en la línea que conecta las dos grandes masas. Los restantes, L4
y L5, se sitúan en los vértices superior e inferior, respectivamente,
de los triángulos equiláteros que tienen como base la línea
que las une.
Un aspecto fundamental de las características
de estos puntos es la estabilidad de sus órbitas.
Al decir esto, ¿qué
entendemos por estabilidad, o inestabilidad, en la órbita
de un asteroide? Un objeto puede tener una trayectoria, en principio,
estable y, en teoría, debería mantenerla durante
un tiempo indefinido. El problema aparece cuando experimenta una mínima
perturbación: si su trayectoria es estable, la órbita
variará ligeramente, pero se mantendrá próxima a la
inicial, con ligeras desviaciones. Decimos que su órbita es inestable
si la menor perturbación origina diferencias respecto a la
original que, a lo largo del tiempo, van agrandándose.
Un estudio de la estabilidad de
los puntos de Lagrange muestra lo siguiente:
Las posiciones L1, L2 y L3 son inestables. Una característica de estas posiciones
sería que ningún asteroide que pase por
estos lugares quedará atrapado.
[A pesar de ello, L1 y L2 son buenos puntos
para colocar satélites artificiales porque, si bien se tiene que
corregir de vez en cuando su órbita, están en una situación
ideal para observar el Sol y la Tierra.]
La buena noticia es que las posiciones L4 y L5 son estables bajo ciertas
condiciones. Los primeros asteroides que se observaron en estas posiciones
fueron los correspondientes al sistema Sol-Júpiter, y recibieron, posteriormente,
el nombre de asteroides troyanos.
Hasta el momento
hay catalogados más de medio millar de asteroides Troyanos,
de los cuales cerca de un centenar y medio tienen asignado nombre y número.
Se calcula que hasta magnitud 20,9 pueden llegar a existir unos setecientos
Troyanos. Lo que sí está ya claro es que la densidad de
asteroides en L4 es 3,5 veces mayor que la de L5, no conociéndose
aún la causa de esta asimetría. El mayor Troyano es Héctor,
con unos 250 km de diámetro.
Los Troyanos no se comportan como una
nube de objetos apelotonados en sus puntos de libración, sino que
muestran órbitas alargadas en forma de "gota". Sus movimientos son
una combinación entre el período de 12 años de Júpiter
y otro período largo, de 150 a 200 años de duración.