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A partir de las famosas tres leyes de Kepler sobre el movimiento de los planetas, Isaac Newton propuso la existencia de una fuerza de atracción entre estos y el Sol para justificar dicho movimiento. La existencia de una acción entre el Sol y los planetas fue intuida por Kepler, que no fue capaz de plasmarla, ya que ni tan siquiera el concepto de fuerza estaba a su alcance, pues éste fue introducido por Newton.
Newton intuyó que la fuerza responsable de la caída de una manzana de un árbol era la misma fuerza que mantenía unida la Luna a la Tierra y era responsable del movimiento de los planetas alrededor del Sol. Así, basándose en ciertos cálculos sobre el movimiento de la Luna alrededor de la Tierra, enuncia en 1686 su Ley de la Gravitación Universal, en la que generaliza los resultados obtenidos en el sistema solar a todos los cuerpos del Universo
Esta ley establece que la fuerza de atracción gravitatoria entre dos cuerpos cualesquiera del Universo es directamente proporcional al producto de las masas de los dos cuerpos que se atraen e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que media entre ellos. Escrita analíticamente la ley tiene por expresión:
donde m1 y m2 son las masas de los dos cuerpos, r la distancia que los separa y G es la constante de gravitación. Cuando se habla de la distancia entre los dos cuerpos hay que entenderlo como la distancia entre sus centros.
La gravedad es una de las cuatro fuerzas fundamentales que actúan en el universo, junto con la fuerza electromagnética y las fuerzas nucleares fuerte y débil.
La Ley de la gravedad trajo consigo una duda fundamental sobre la naturaleza del universo. Si todos los cuerpos se atraen entre si ¿cómo es posible que el universo no se colapse? Por lógica todas las estrellas y planetas se atraerían mutuamente para acabar uniéndose en un sólo punto. La explicación que propuso Newton era que el universo era infinito y todas las estrellas estaban repartidas uniformemente en él. De esa manera una estrella sería atraída en todas direcciones con la misma fuerza manteniendo así un equilibrio universal.
Entre 1907 y 1915, Albert Einstein formuló una nueva teoría de la gravedad, la Teoría de la relatividad general, basada en la revolucionaria idea de que la gravedad no es una fuerza como las demás, sino una consecuencia de la curvatura del espacio-tiempo. Esta teoría trajo consigo una nueva concepción del universo totalmente distinta a la de se tenía hasta ese momento, marcando el comienzo de la cosmología moderna.
Las mareas de la Tierra están causadas por la atracción gravitatoria de la Luna. Los mares y océanos que miran hacia la Luna son atraídos por ésta con mayor fuerza que los que se encuentran al otro lado, provocando una deformación de las aguas. Este efecto se conoce como fuerzas de marea y no sólo afecta al agua. Todo objeto que se ve atraído por un campo gravitatorio sufre un tirón mayor en su parte más próxima a la masa que crea ese campo que en su parte más alejada. Nuestros pies son atraídos por la Tierra con mayor fuerza que nuestra cabeza al encontrarse más cerca de su centro. En nuestro caso esta diferencia es insignificante y no la notamos pero si el campo gravitatorio fuese mucho mayor las fuerzas de marea podrían llegar a estirar nuestro cuerpo hasta despedazarlo.
La gravedad adquiere un protagonismo muy importante dentro de la ciencia-ficción. Sin ir más lejos, la velocidad de escape de un planeta depende de la fuerza de la gravedad en su superficie y este dato deben tenerlo muy en cuenta los pilotos estelares antes de decidirse a aterrizar en un planeta. Si la velocidad de escape es muy elevada la energía necesaria para aterrizar o despegar puede hacer imposible (o económicamente imposible) tal posibilidad. Frederic Pohl en su novela HOMO PLUS sugiere la necesidad de establecer una colonia permanente y autosuficiente en Marte con humanos adaptados artificialmente a la vida en ese planeta. Las razones que da es que la gravedad de Marte es mayor que la de la Luna y al contrario que en ésta, en Marte no sería posible abastecer regularmente a una colonia por el elevado gasto energético que supondría el aterrizaje y el despegue.
Los mayores campos gravitatorios del universo los podemos encontrar en las estrellas de neutrones y en los agujeros negros. Una estrella de neutrones puede compactar la masa de nuestro sol en apenas unos pocos kilómetros de diámetro y, al ser tan pequeña y pesada, la fuerza de la gravedad en su superficie llega a ser gigantesca. Larry Niven en su relato ESTRELLA DE NEUTRONES nos presenta una estrella de este tipo con 1, 3 veces la masa solar y 20 kilómetros de diámetro, siendo la fuerza de la gravedad en su superficie de 200.000 millones de veces la de la Tierra. En dicho relato una nave espacial se acerca a poco más de 11 kilómetros de su centro y se ve sometida a un tirón de más de 100.000 millones de gravedades. Las brutales fuerzas de marea en esa situación serían mortales de necesidad al haber una diferencia de 50 millones de gravedades entre la atracción que sufren los pies del piloto y la que sufre su cabeza. Tanto la nave como sus ocupantes serían despedazados en minúsculos pedazos. Sin embargo Niven no tuvo en cuenta las fuerzas de marea para el desarrollo de la historia.
Los campos gravitatorios de las estrellas y los planetas pueden ser usados para cambiar el rumbo de una nave que pase por sus inmediaciones al verse atraída por él. Es parecido a lo que le ocurre a una pelota de golf cuando bordea el agujero pero no acaba de caer. La nave espacial será atraída por el planeta pero no caerá del todo, sólo lo bordeará y modificará su rumbo y velocidad. Así, Gregory Benford en su novela THE STARS IN SHROUD sugiere la posibilidad de usar una estrella de neutrones de giro rápido como baliza espacial. Las naves aprovecharían su gravedad para girar rápidamente hacia nuevos rumbos, ganando y perdiendo impulso a voluntad.
