Albert Einstein y la Órbita de Mercurio

Mercurio es uno de los cuatro planetas rocosos del Sistema Solar y es el más cercano al Sol. También es el más pequeño (a excepción de los planetas enanos) con un diámetro ecuatorial de 4.879,4 km. No tiene casi atmósfera, por esta razón si mirásemos al cielo, desde su superficie, lo veríamos negro. Y también es el único, junto a la Tierra, que tiene campo magnético importante. Su órbita es elíptica con una diferencia entre las distancias del afelio (o punto de la orbita más lejano al Sol) y el perihelio (o punto de la orbita más cercano al Sol) bastante grande.  Debido a esta diferencia de distancia al Sol, en Mercurio se puede percibir como si el Sol se encogiera hasta la mitad de su tamaño en el afelio con respecto a su tamaño aparente en el perihelio.

De acuerdo con las leyes de Kepler y la ley de gravitación universal de Newton, los planetas del sistema solar, al trasladarse alrededor del Sol, describen una órbita elíptica, la cual no cambia, excepto por la fuerza ejercida por otro planeta. En el caso de Mercurio su perihelio no siempre se encuentra en el mismo lugar, ya que cambia año tras año, lo que se conoce como precesión, y no es particular de Mercurio, en los demás planetas se presenta de forma muy pequeña y está explicado por la teoría de Newton.

Otra peculiaridad causada por la extraña órbita de Mercurio es que existe el fenómeno de los amaneceres dobles en algunos lugares, donde el Sol sale y se detiene, se esconde nuevamente casi  por donde salió y luego vuelve a salir para continuar su recorrido por el cielo. En el resto del planeta se observa que el Sol aparentemente se detiene en el cielo y  realiza un movimiento de giro. Esto se debe a que aproximadamente cuatro días antes del perihelio la velocidad angular orbital de Mercurio iguala su velocidad angular rotatoria, lo que hace que el movimiento aparente del Sol cese, y justo en el perihelio, la velocidad angular orbital de Mercurio excede la velocidad angular rotatoria. Y cuatro días después del perihelio, el Sol vuelve a tomar un movimiento aparente normal.

Aunque se propusieron muchas explicaciones entorno a la diferencia entre la precesión de la órbita del planeta Mercurio predicha por las ecuaciones de Newton y la precesión observada con mediciones astronómicas, estas explicaciones jamás pudieron ser confirmadas. Un ejemplo de estas explicaciones es la idea de que la presencia de otro planeta en una órbita más interior al Sol era el causante de estas perturbaciones, al cual llamaron Planeta Vulcano.

El 18 de noviembre de 1915, cuando Albert Einstein basado en las ecuaciones de campo del vacío publicó una derivación de la precesión orbital de Mercurio muy interesante, no sólo por la manera en la cual obtuvo la ecuación del movimiento de las ecuaciones de campo, las cuales describen la interacción fundamental de la gravitación como resultado de la curvatura del espacio-tiempo por la materia y la energía, sino por el método que utilizó para inferir la cantidad de precesión a partir de dicha ecuación. Einstein trabajó con una aproximación a la solución con simetría esférica de las ecuaciones de campo, escribiendo su métrica “aproximada” empleando coordenadas cartesianas.

Con referencia a la derivación empleada por Einstein y para terminar, el matemático David Hilbert, que también estaba trabajando en una teoría de campo, le escribió:

“… felicitaciones en su conquista del movimiento del perihelio. Si yo pudiera calcular tan rápidamente como usted, en mis ecuaciones el electrón debe corresponder capitulando, y simultáneamente el átomo de hidrógeno debería presentar sus disculpas sobre el por qué no produce radiación.”

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REFERENCIAS

Mercurio.
http://astronomia.cuatrineros.es/mercurio.html

Relatividad General: Predicciones y confirmaciones de la teoría.
http://teoria-de-la-relatividad.blogspot.com/2009/03/10-relatividad-general-dos-predicciones.html

http://danielmarin.naukas.com/2013/02/20/kepler-37b-un-planeta-mas-pequeno-que-mercurio/