A simple vista, LARES-2 podría pasar por una enorme bola de discoteca abandonada en el espacio. No lleva cámaras, paneles solares, antenas, ordenadores ni motores. Tampoco transmite información hacia la Tierra. Es únicamente una esfera metálica extremadamente densa, cubierta por centenares de pequeños espejos y colocada en una órbita cuidadosamente calculada.
Esa aparente sencillez acaba de permitir una de las pruebas más exigentes de la relatividad general realizadas dentro del Sistema Solar. Según el estudio publicado en Nature, LARES-2 y el veterano satélite LAGEOS midieron cómo la rotación de la Tierra arrastra ligeramente el espacio-tiempo que la rodea, alcanzando una incertidumbre relativa cercana a una parte entre mil. El resultado coincide nuevamente con lo predicho por Albert Einstein.
El fenómeno se conoce como arrastre de los sistemas de referencia, gravitomagnetismo o efecto Lense-Thirring. Su existencia no era desconocida ni se ha observado únicamente alrededor de agujeros negros: misiones anteriores ya lo habían medido cerca de la Tierra. La diferencia es que el nuevo experimento reduce aproximadamente diez veces la incertidumbre de las mejores determinaciones previas realizadas en el Sistema Solar.
La Tierra arrastra el espacio-tiempo mientras gira
La relatividad general describe la gravedad no como una fuerza convencional, sino como una consecuencia de la geometría del espacio-tiempo. La masa de la Tierra deforma esa geometría, de la misma manera que un objeto pesado puede hundir una superficie flexible.
Sin embargo, nuestro planeta no permanece inmóvil. Completa una rotación aproximadamente cada 24 horas y ese movimiento produce una segunda alteración mucho más pequeña: arrastra parcialmente el espacio-tiempo en la misma dirección de su giro. El efecto fue calculado en 1918 por los físicos Josef Lense y Hans Thirring.
En las proximidades de objetos extremadamente compactos y veloces, como los agujeros negros en rotación, ese arrastre puede condicionar órbitas, discos de materia y chorros de partículas. Alrededor de la Tierra es extraordinariamente débil. Según la información oficial de la misión LARES, las perturbaciones gravitatorias clásicas que afectan a los satélites pueden ser millones de veces mayores que la señal relativista que los científicos intentan separar.
Por eso no basta con seguir un satélite y observar que su órbita se desplaza. La forma achatada de la Tierra, las irregularidades de su campo gravitatorio, la presión ejercida por la luz solar y la atracción de la Luna y el Sol también modifican lentamente el plano orbital.
Una bola de metal diseñada para sentir casi exclusivamente la gravedad
LARES-2 fue desarrollado por la Agencia Espacial Italiana y lanzado en julio de 2022 durante el primer vuelo del cohete europeo Vega-C. De acuerdo con el Servicio Internacional de Medición Láser, el satélite mide unos 42 centímetros de diámetro, pesa cerca de 300 kilogramos y está cubierto por 303 retroreflectores fabricados con sílice fundida.
Los retroreflectores funcionan como diminutos prismas capaces de devolver un rayo luminoso hacia el lugar del que procede. Estaciones distribuidas por la superficie terrestre disparan pulsos láser contra el satélite y miden el tiempo que tardan en regresar. Como la velocidad de la luz se conoce con enorme precisión, ese intervalo permite calcular la distancia hasta la esfera con errores de apenas unos milímetros.
La NASA explica que los satélites de este tipo se construyen deliberadamente con mucha masa y una superficie relativamente pequeña. De esa forma, el empuje de los fotones solares, el rozamiento con las escasas partículas atmosféricas y otros efectos no gravitatorios alteran lo menos posible su trayectoria.
LARES-2 tampoco necesita decidir hacia dónde apunta. Sus reflectores fueron distribuidos para que el satélite ofrezca prácticamente la misma respuesta óptica independientemente de su orientación. Al carecer de piezas móviles, combustible y componentes electrónicos, puede permanecer durante décadas como un punto de referencia extremadamente estable.
Dos órbitas construidas para borrar la Tierra imperfecta
El verdadero ingenio del experimento no reside únicamente en LARES-2, sino en la relación entre su órbita y la de LAGEOS, un satélite de la NASA lanzado en 1976. Este último también es una esfera pasiva cubierta de reflectores y lleva medio siglo sirviendo como referencia para estudiar el campo gravitatorio, la rotación y los movimientos tectónicos de la Tierra.
La Tierra no es una esfera perfecta. Está ligeramente achatada en los polos y ensanchada en el ecuador, una asimetría que provoca una precesión orbital muchísimo mayor que el efecto relativista. Para eliminarla, los investigadores situaron LARES-2 y LAGEOS en órbitas casi complementarias.
Según los datos publicados en Nature, la suma de sus inclinaciones se mantiene a solo 0,009 grados de los 180 grados ideales. Las perturbaciones causadas por el achatamiento terrestre empujan así los planos orbitales en direcciones opuestas y se cancelan al combinar las mediciones. El arrastre del espacio-tiempo, en cambio, desplaza ambos en el mismo sentido y permanece visible dentro de los datos.
Los investigadores también utilizaron modelos del campo gravitatorio obtenidos por los satélites GRACE. Según el estudio, esta combinación permitió aislar la señal relativista de las irregularidades gravitatorias convencionales con una precisión mucho mayor que en experimentos anteriores.
La Luna y el Sol obligaron a esperar casi tres años
Incluso después de cancelar el achatamiento terrestre, quedaba una interferencia especialmente difícil: la marea lunisolar K1. La gravedad de la Luna y el Sol modifica ligeramente la forma de la Tierra, sus océanos y, como consecuencia, el campo gravitatorio que experimentan los satélites.
Esta perturbación completa un ciclo de aproximadamente 1.050 días en las órbitas combinadas de LARES-2 y LAGEOS. En función del análisis descrito en Nature, el equipo tuvo que estudiar prácticamente un ciclo completo para calcular su periodo y su fase, separándola de la tendencia constante asociada al efecto Lense-Thirring.
La relatividad general predecía un desplazamiento de alrededor de 30,7 milisegundos de arco al año en el plano orbital de cada satélite. Al sumar ambos efectos, la señal esperada se situaba cerca de los 61,3 milisegundos de arco anuales. El valor medido coincidió con esa predicción dentro de una incertidumbre total aproximada del 0,2%.
Un milisegundo de arco es una unidad angular diminuta. Para hacerse una idea de la escala, un grado se divide en 60 minutos, cada minuto en 60 segundos y cada segundo, a su vez, en 1.000 milisegundos. Detectar esa desviación desde la superficie exigió conocer la posición orbital con precisión milimétrica durante varios años.
Einstein vuelve a tener razón, pero eso no cierra la búsqueda
El resultado no demuestra que la relatividad general sea una descripción definitiva de toda la gravedad. La teoría funciona extraordinariamente bien a escalas planetarias, estelares y cosmológicas, pero sigue siendo difícil reconciliarla con la mecánica cuántica en condiciones extremas.
Precisamente por eso los físicos continúan repitiendo las pruebas con mayor precisión. Una desviación pequeña pero consistente podría revelar la existencia de una teoría más amplia. Según los autores de Nature, la nueva medición impone límites más estrictos a modelos alternativos que modifican específicamente el arrastre del espacio-tiempo, entre ellos ciertas formulaciones de la gravedad de Chern-Simons.
El experimento también tiene una utilidad inesperada para la geofísica. Al tener que modelar y eliminar con enorme exactitud la marea K1, los investigadores obtuvieron información más precisa sobre cómo la atracción de la Luna y el Sol deforma la Tierra. El propio artículo señala que estas mejoras pueden beneficiar el estudio de las mareas terrestres y oceánicas.
LARES-2 no observó la curvatura del espacio-tiempo con una cámara ni detectó una señal enviada por el universo. Se limitó a caer alrededor de la Tierra mientras una red de láseres seguía cada pequeño desplazamiento de su órbita.
Sin electrónica, combustible ni instrumentos activos, esa esfera brillante consiguió revelar que nuestro planeta hace algo casi imperceptible mientras gira: arrastra consigo una diminuta porción del espacio y del tiempo. Más de un siglo después de que Einstein formulase su teoría, incluso una bola metálica cubierta de espejos continúa encontrando nuevas maneras de darle la razón.
