Velocidad de escape

Descripción de la imagen: La Tierra tiene una masa de 5.972²⁴ kg y un radio de 6371 km, su velocidad de escape mínima es de 11.186 km/s o 40.270 km/h. La velocidad mínima de escape también se llama segunda velocidad cósmica, que corresponde a la velocidad de escape de un cuerpo que se aleja definitivamente de la Tierra. La primera velocidad cósmica es la velocidad de satelización mínima (7.9 km/s) para llevar un artefacto a órbita baja (<2000 km). La tercera velocidad cósmica es la velocidad de escape para llevar un artefacto fuera del sistema solar (42.1 km/s) desde la órbita terrestre.

Velocidad de escape en el sistema solar

Gravitas (profundidad de la personalidad) era una de las virtudes romanas, junto con Pietas (deber, devoción), Dignitas (carisma, autoestima) y Virtus (excelencia moral); lo opuesto a la virtud es el vicio.

En astronomía, gravedad es un término que data de la Edad Media y fue utilizado por Isaac Newton (1643-1727) para hablar de la atracción terrestre ejercida sobre cualquier masa en su proximidad. Es la fuerza del campo gravitacional que nos mantiene en la superficie de la Tierra. En realidad, nos hace caer constantemente hacia el centro de la Tierra, pero somos retenidos por la superficie sólida de nuestro planeta.

La gravitación actúa a muy grandes distancias en todas las direcciones, sobre todos los objetos dotados de masa; en otras palabras, es una fuerza de atracción invisible y universal de la materia directamente relacionada con su masa. La gravitación es no apantallable, es decir, no se puede escapar de ella. Este concepto es fundamental en astronomía, ya que explica todas las trayectorias de las órbitas espaciales.

¿Cómo puede un cuerpo desconectarse y escapar de la atracción de otro cuerpo?

La velocidad de escape permite a un cuerpo escapar definitivamente de la atracción gravitacional de otro cuerpo; esta velocidad depende de la masa y el radio del astro.

En un cuerpo muy pequeño como Deimos (luna de Marte) con dimensiones de ≈8×6×5 km, sería suficiente correr a 20 km/h (5.556 m/s) para dejar el suelo y escapar definitivamente de Deimos. Pero para la Tierra, que tiene una masa de 5.972E24 kg y un radio de 6371 km, esta velocidad de escape es más difícil de alcanzar; es de 11.186 km/s o 40.270 km/h. En un astro más masivo que la Tierra, la velocidad de liberación será aún más difícil de alcanzar. Este es el caso del Sol, 333.000 veces más masivo y 109 veces más grande que la Tierra. La velocidad de escape del Sol es de ≈617 km/s.

Ejemplos de velocidades de escape

Velocidad de escape de las estrellas

Descripción de la imagen: Concebida desde el siglo XVIII, la teoría que sostiene la existencia de los agujeros negros afirma que son objetos tan densos que su velocidad de escape supera la velocidad de la luz. Como la luz no puede vencer su fuerza gravitacional de superficie y permanece atrapada, han sido nombrados naturalmente "agujeros negros". La teoría también define con precisión la intensidad del campo gravitacional de un agujero negro. Es tal que ninguna partícula que cruce su horizonte (frontera teórica) puede escapar. Crédito de la imagen: V. Beckmann (NASA's GSFC) y otros, ESA.

Una gran parte de las estrellas de la Galaxia tienen una velocidad de escape de unos pocos cientos de km/s. Para medir velocidades de escape mucho más importantes, hay que observar enanas blancas, ya que una enana blanca de 1 masa solar tiene un radio del orden del de la Tierra. Así, un objeto cercano a su superficie tendrá mucha dificultad para escapar; la velocidad de escape en la superficie de las enanas blancas es de unos pocos miles de km/s.

N.B.: Las enanas blancas son residuos de estrellas extintas. Son la penúltima fase de la evolución de las estrellas cuya masa está comprendida entre 0.3 y 1.4 veces la del Sol. La densidad de una enana blanca es muy elevada. Una enana blanca de 1 masa solar tiene un radio del orden del de la Tierra. El diámetro de la enana blanca no depende de su temperatura, sino de su masa; cuanto más elevada sea su masa, menor será su diámetro. Sin embargo, existe un valor por encima del cual una enana blanca no puede existir; es el límite de Chandrasekhar. Por encima de esta masa, la presión debida a los electrones es insuficiente para compensar la gravedad y la estrella continúa su contracción hasta convertirse en una estrella de neutrones.

En las estrellas de neutrones, las velocidades de escape son aún más elevadas. En efecto, las estrellas de neutrones son muy pequeñas y muy densas. Concentran la masa de una estrella como el Sol en un radio de unos 10 km. Como el radio es muy pequeño, el campo de gravedad en la superficie es aún más elevado y es aún más difícil escapar. La velocidad de escape puede alcanzar los 200.000 km/s, es decir, el 66% de la velocidad de la luz.

N.B.: Las estrellas de neutrones son objetos muy pequeños pero muy densos. Concentran la masa de una estrella como el Sol en un radio de unos 10 km. Son los vestigios de estrellas muy masivas de más de diez masas solares. Cuando una estrella masiva llega al final de su existencia, se colapsa sobre sí misma, produciendo una impresionante explosión llamada supernova. Esta explosión dispersa enormes cantidades de materia en el espacio pero salva el núcleo denso de la estrella. Este núcleo se contrae aún más y se transforma en gran parte en un núcleo gigantesco de neutrones.

Velocidad de escape de los agujeros negros

Es con los agujeros negros con los que se alcanza el límite de la velocidad de escape, que es la velocidad de la luz. Los agujeros negros son objetos masivos cuyo campo gravitacional es tan intenso que impide que cualquier forma de materia o radiación escape. La teoría de los agujeros negros afirma que son objetos tan densos que su velocidad de escape supera la velocidad de la luz (300.000 km/s).