FELIZ NAVIDAD

¡Saludos a todos! En una fecha tan señalada como ésta, mi intención era de desearles unas felices fiestas. Soy consciente de que últimamente no he prestado atención a ninguno de mis dos blogs, pero he tenido un diciembre muy ajetreado con mis actividades académicas, y las Navidades también lo serán, pero intentaré publicar alguna entrada en la medida de lo posible.

Así que ya sólo me queda desearles feliz Navidad y un próspero 2014 de parte de Res Publica y Horizonte de eventos, que sea mejor que el 2013, y que ojalá que crezcamos y baje el paro. ¡Hasta pronto!

El hundimiento del Titanic

Hoy he decido hablarse de un tema que me ha rondado por la cabeza todos estos días, y al final he decidido hacerlo: el hundimiento del Titanic, uno de los barcos más famosos de la historia.

Olympic y Titanic

Como muchos de ustedes sabrán, el Titanic era un gigantesco transatlántico perteneciente a la White Star Line, con una eslora de 269m, era el barco más grande del mundo. Su construcción comenzó en 1908. La White Star Line quería ser referente mundial en tecnología marítima, y por ello puso en juego todo su patrimonio para lograrlo. Construyó dos barcos, el Olympic y el Titanic, que serían sus buques insignia y su orgullo.

El 5 de abril de 1912, el Titanic ya estaba construido y zarpó del puerto de Southampton hacia Nueva York. Edward John Smith sería el capitán encargado de dirigir aquel mastodonte a lo largo del Atlántico. Se trataba de su último viaje, y su pretensión era jubilarse por todo lo alto.

Por desgracia, durante aquel año, los icebergs navegaron más al sur que de costumbre, interceptando las rutas marítimas. La noche del 14 de abril de 1912, el Titanic recibió un mensaje del SS Californian. Decían que estaban parados debido al hielo, pero el mensaje no llegó a puente y el Titanic continuó su rumbo a una velocidad imprudente.

La noche era muy calmada, y no se podían ver olas rompiendo contra el iceberg al que se acercaban. En cuanto lo vieron, los vigías dieron la alarma al puente de mando. El puente estaba a cargo del oficial Murdoch, quien ordenó invertir la marcha y virar a babor para rodear el iceberg. Pero era demasiado tarde, el Titanic rozó contra el iceberg, sentenciándolo de muerte. El informe de daños reveló que habían sido abiertas varias vías de agua a lo largo del casco, y que se hundiría en unas dos horas. Se puso en marcha entonces el dispositivo para evacuar a los pasajeros en los botes, y los telegrafistas enviaron mensajes a cualquier barco que pudiera rescatarles. 

RMS Carpathia

El SS Californian, al parecer el barco más cercano, incluso podían verlo a simple vista, tenía la radio apagada, por lo que la comunicación era imposible. El barco más cercano que respondió fue el RMS Carpathia, que se puso inmediatamente rumbo al Titanic, pero estaba aún demasiado lejos, y tampoco podía correr mucho por riesgo de chocar también con un iceberg, cuatro horas tardó finalmente en llegar. Para entonces, el Titanic descansaba en el fondo oceánico, y los que no pudieron subirse a ningún bote, se congelaron en las gélidas aguas.

La tragedia conmocionó al mundo, y abrió un amplio debate sobre la seguridad en el mar. Poco después, la White Star Line hizo grandes modificaciones en el Olympic para hacerlo mucho más resistente. Pero la duda que muchos se hicieron entonces fue: ¿Era el Titanic un barco seguro? ¿Podía haberse evitado la tragedia? No fue hasta 1984, cuando se hallaron los restos del Titanic y se pudo someter al barco a una “autopsia”. Lo más llamativo que hallaron fue que el barco se había partido por la mitad, algo que varios pasajeros afirmaron ver, pero fueron silenciados.

A mediados de los 90 se extrajo un trozo del casco del Titanic, para someterlo a ensayo, y comprobar si el material usado era el adecuado. El casco del Titanic estaba hecho de acero, un material muy usado. Pero en aquella época las técnicas de purificación del acero no eran tan buenas como las actuales. Se descubrió que tenía una elevada proporción de azufre, pero ¿era suficiente para que el acero no aguantase el golpe? Hay que tener en cuenta que el acero es un material dúctil; es decir, que cuando se rompe, sufre una deformación, causada por la energía absorbida. Por tanto, un acero dúctil, al absorber más energía, se hace más resistente a los impactos. No obstante, la ductilidad disminuye con la temperatura, y el material pasa a ser frágil; es decir, que rompe sin deformación, en trozos que encajan perfectamente, y es menos resistente a los golpes. El agua del mar estaba a -2ºC aquel 14 de abril, por tanto, había que determinar cuál era el comportamiento del acero del Titanic a esa temperatura, dúctil o frágil.

Ensayo Charpy

Para determinar esto, se hizo un ensayo Charpy, que consiste en golpear un trozo de acero con una maza que lo rompe. En función de cuánto sube la maza después del golpe, se conoce la energía absorbida. La prueba se hizo a -2ºC para reproducir a la perfección las condiciones del día de la tragedia, y determinó que el acero a esas temperaturas era muy frágil. Con lo cual, quedó probado que el acero del Titanic no era el más adecuado.

Sin embargo, viendo más de cerca los detalles del casco del Titanic, vemos que hay cosas que no cuadran. Pues las planchas de acero no estaban rotas, sino más bien separadas entre sí. Se dudaba de si el ensayo Charpy era adecuado para reproducir las condiciones del choque con el iceberg. Dado que según el testimonio de muchos pasajeros, no fue un choque, sino más bien un roce. Por tanto, se empleó el ensayo de flexión, que consistía en apoyar un fragmento de acero sobre dos soportes, e inducir una presión en el centro, que curve el material hasta partirlo. De este ensayo se sacó la conclusión de que el acero del Titanic era casi tan resistente como cualquiera de los aceros modernos. De modo que, ¿cómo pudo hundirse el Titanic?

Ensayo de flexión

Para averiguarlo, hay que saber cómo está construido el Titanic. Su casco está compuesto por varias planchas de acero, unidas entre sí por remaches, que eran una especie de clavos insertados al rojo vivo en los agujeros correspondientes, uniendo las planchas. Y es que en aquella época no existía la soldadura, luego no había otro modo de hacerlo. Los remaches eran de acero, y eran fijados gracias a una enorme máquina remachadora. Pero había un problema, en la proa y en la popa, donde el casco del barco se curvaba hacia adentro, no había espacio suficiente para la máquina, y tuvo que hacerse a mano y usando remaches de hierro forjado, no de acero. El hierro forjado era bastante más frágil que el acero, y más aún en agua fría. Al rozar contra el iceberg, la enorme presión producida sobre las planchas se tradujo en que las cabezas de estos remaches fuesen saltando, haciendo que sus vecinos tuvieran que soportar más carga de la prevista, lo cual hacía que éstos también saltaron. Se produjo un efecto dominó que fue separando las planchas de acero entre sí, dejando una vía de agua.

El barco tenía una serie de compartimentos estancos a lo largo de su eslora. Era capaz de flotar con cuatro de ellos inundados, pero la rotura se extendió sobre los primeros cinco compartimentos. Además, los mamparos que los separaban no llegaban más que a la cubierta G, con lo que el nivel del agua pudo rebosarlos e inundar otro compartimento. Así, el peso de la proa se hizo tan grande que se hundió por ese lado, elevando la popa, hasta que la estructura tuvo que soportar una carga para la que no estaba preparada y el barco se partió por la mitad.

¿Podía haberse evitado la tragedia? Lo que no cabe duda, es que el hundimiento del Titanic fue un cúmulo único de casualidades que desembocaron en el fatal final. Si el Titanic hubiese ido más despacio… Si los vigías contasen con prismáticos y hubieran visto antes el iceberg… Si el barco hubiese sido más resistente, con los mamparos más altos… Si ese año los icebergs no hubiesen viajado tan al sur… Si Murdoch hubiese chocado de frente con el iceberg, y sólo se hubiera inundado el primer compartimento… Si Murdoch no hubiese ordenado la contramarcha, la velocidad de giro sería mayor… Si los oficiales del Titanic hubiesen prestado más atención a las alertas de hielo… Si el SS Californian hubiera acudido en ayuda del Titanic… Si el Titanic llevase más botes…

Todo esto en conjunto produjo la tragedia, pero aparte de esto, existen numerosas teorías conspiratorias, que no forman parte de la versión oficial. La más llamativa es ésta que voy a contar a continuación.

Como ya saben, la White Star Line se endeudó en demasía por construir sus buques insignia. Para colmo, en 1911, el Olympic chocó con el HMS Hawke, produciendo grandes daños. En juicio se falló contra la White Star Line, con lo que tuvo que hacerse cargo de los daños, cosa imposible.

RMS Olympic

El Olympic y el Titanic eran casi idénticos, salvo por algunos detalles. El Titanic tenía la cubierta A parcialmente abierta, mientras que el Olympic la tenía totalmente abierta, amén de otros detalles menos visibles a simple vista. El Titanic estaba asegurado por una cuantiosa suma de dinero, que sacaría a la empresa de la quiebra. La idea era dar el cambiazo; es decir, cambiarle al Titanic su nombre por Olympic y viceversa. Así, podrían mandar al Olympic (con la bandera de Titanic) a hundirse en el mar, y cobrarían el seguro. Con lo cual, se hicieron unas mínimas reparaciones en el Olympic para que pudiera se botado como Titanic.

Ahora nos movemos en terreno moral pantanoso. ¿Envió la White Star Line a toda esa gente a morir? Aquí las versiones de la historia difieren un poco. Algunas fuentes afirman que la idea era impactar contra otro barco (posiblemente el SS Californian) y que los pasajeros fueran rescatados por barcos cercanos (no había), y cuando vieron el iceberg, comprendieron que era una coartada más creíble y fueron contra él. Esto resulta inverosímil, ya que aquella noche la visibilidad era bajísima, y el carácter del choque fue muy fortuito. Ni demasiado a estribor para que el impacto no fuese muy directo, ni demasiado a babor para que no chocaran contra el iceberg. Tal precisión con un buque tan grande y tan poca visibilidad es poco creíble. Otras versiones dicen que la idea era hundirlo en viajes posteriores, en lugares con más posibilidades de rescate, pero el iceberg se presentó por sorpresa. Sea como fuere, el Titanic se hundió, llevándose consigo 1.500 almas.

SS Californian

Después del naufragio, hubo un juicio para depurar responsabilidades. Muchas de las culpas recayeron sobre el SS Californian, por no ayudar a los supervivientes. Se afirmaba que ambos barcos estaban a la vista uno de otro, pero esto no está del todo claro. Pues el capitán afirmó que el barco que vieron parecía más pequeño, y que además se movía, mientras que el Titanic estaba parado. Con lo cual, el SS Californian debía estar más lejos de lo que se pensaba, y que ese barco que veían, era el mismo que se veía desde el Titanic, un barco fantasma cuya identidad hoy se desconoce. De todos modos, ya fuera el SS Californian, o el barco desconocido el que vieron, está claro que ninguno acudió en ayuda del Titanic.

A modo de anécdota, me gustaría añadir que después del hundimiento, como se ha dicho, se sometió al Olympic a varias mejoras, como establecer más botes, doble casco y aumentar la altura de los mamparos. Para que se hagan una idea de la resistencia que ganó, en 1918, durante la primera guerra mundial, el barco había sido confiscado por la Royal Navy para operaciones de guerra. Ocurrió que un submarino alemán atacó al Olympic con un torpedo, pero el barco consiguió esquivarlo. El submarino, emergió entonces para encañonar al Olympic, pero éste dio la vuelta rápidamente y embistió al submarino, haciendo que se fuera a pique, y todo esto sin que el Olympic sufriera daños significativos.

Y así, queridos lectores, fue como se hundió el Titanic, o mejor dicho, la versión más plausible, pues nunca sabremos la verdad completa del naufragio más famoso de la historia.

Tópicos de la Ciencia-Ficción III

¡Saludos lectores! He decidido volver a la carga para ofrecer la tercera entrega de esta interesante saga de los tópicos de la ciencia-ficción.

¿Explotan lo cuerpos en el espacio?

Seguro que es algo que habrán visto muchas veces en las películas. Un pobre hombre acaba en el espacio exterior sin protección, y explota en mil pedazos. Ya anteriormente hemos mencionado y descartado el tópico de que los cuerpos se congelen. Pero, y esto, ¿es verdad? Veámoslo.

Muchas veces se afirma, y con mucho rigor científico además, que la sangre hierve y se expande, destrozando el cuerpo. Pero, ¿cómo ocurre esto? No quiero dar una clase muy aburrida de Química-Física, pero hemos de saber un poco. El agua se congela a 0ºC y hierve a 100ºC, esto no ocurre siempre, sólo si estamos a presión atmosférica, que es lo más normal, pero al variar la presión, esto cambia. Es así, como para facilitar los cálculos, se han construido los llamados diagramas de fase, que muestran el cambio de los puntos de fusión y ebullición a distintas presiones. El manejo es muy fácil. En el eje horizontal tenemos la temperatura, y en el vertical la presión. Si se traza una línea horizontal a un determinado valor de presión, la línea cortará en algunos puntos la curva de la gráfica, y esos puntos, mirando hacia el eje horizontal, nos darán las distintas temperaturas de ebullición y congelación. Hagan la prueba. Fíjense cómo la línea de 1 atm (presión atmosférica) corta la gráfica a 0ºC y 100 ºC. Nosotros podemos “jugar” con las presiones y obtener distintas valores de temperatura. Si la línea sólo corta una vez el gráfico, significa que se pasa directamente de fase sólida a gaseosa (sublimación). 

En el espacio la presión es de 0 atm. Por tanto si cogemos la línea de 0 atm, que coincide con el eje horizontal, vemos que desde temperaturas muy bajas, por debajo de 0ºC, el agua ya es gas. No olvidemos que la sangre no es más que agua con otras sustancias disueltas. Entonces, si nos expusiéramos en el espacio, nuestros vasos sanguíneos reventarían por acción del gas de agua expandiéndose debido a la falta de presión. Así que en teoría es plausible. En la práctica, no ocurre, y ya se han hecho experimentos que los han demostrado. Porque el propio cuerpo ejerce una presión sobre la sangre que evita que se evapore súbitamente. Lo que sí, mucho cuidado con la saliva de la boca, que sí se evaporaría, y el aire de los pulmones, que se expandiría violentamente. Lo más sensato sería abrir la boca y dejarlo salir. Lo que sí, los tejidos más externos sí que podrían tener agua en estado gaseoso, con lo que se producirían burbujas en el sistema circulatorio. El sujeto moriría principalmente por asfixia o problemas cardíacos derivados de esas burbujas. 

¿Absorbe el vacío del espacio?

Es algo que hemos visto en muchas ocasiones, seguro que tienen en mente la película Alien, cuando el bicharraco ese es absorbido por un agujero diminuto en el casco de la nave. ¿Qué de verdad hay en esto? Se podría decir que el hecho en sí es verídico, aunque la formulación del enunciado incorrecta. Evidentemente, el espacio está vacío, no puede absorber nada por las buenas. Más bien, es un efecto desde dentro de la nave. No olvidemos, que presumiblemente una nave estaría llena de gas (nitrógeno, oxígeno…) a presión atmosférica, o sea 1 atm. Un gas, por naturaleza, se expande sin control, pues sus moléculas apenas interaccionan entre sí, y tienen una gran velocidad. Si de repente disminuyésemos la presión a cero, todo ese gas encerrado, ya no tendría restricciones de movilidad, y se expandiría violentamente hacia fuera, hacia el espacio. Esto lo vemos empíricamente con la ley de Boyle: p₁V₁=p₂V₂. Donde p es la presión y V es el volumen, en el estado 1 (antes de la rotura del casco de la nave) y el estado 2 (después). Imaginemos que el volumen del gas inicialmente es V₁=500 m³. La presión inicial es p₁=1 atm, y la presión final es p₂=0 atm, y sustituyan en la ecuación. ¿Qué sale? P₂=1*500/0=∞. Por tanto, el volumen se hace infinito al disminuir la presión a cero, y por eso la expansión ocurre de manera violenta.

En el proceso, evidentemente, arrastraría cualquier persona u objeto no fijado a la nave. De modo que no es el espacio el causante directo de este fenómeno, sino el gas de la nave. No obstante, la cantidad de gas es muy limitada. Sería más realista que esa “absorción” fuese temporal, que durase sólo hasta que se acabasen los gases de la nave. 

Ingravidez en órbita:

Por último, y aunque no es un tema de la ciencia-ficción, me gustaría hablar sobre la ingravidez, ya que me parece un asunto interesante. Todos hemos visto a esos astronautas en la estación espacial internacional, dando volteretas, ingrávidos. Y lo que nos viene a la mente es que allí arriba no hay gravedad y por eso flotan. FALSO. Lo demostraré.

La gravedad es un fenómeno de atracción físico debida a la masa, y está regida por la ley de gravitación universal, formulada por Newton: F_g=G*M*m/R²

Donde M y m serían las masas de los dos cuerpos implicados. G es una constante universal y R es la distancia entre los dos cuerpos. Todo ello genera una fuerza gravitatoria. Para el caso de una persona de 75 kg en la Tierra, M sería la masa de la Tierra, o sea, 5,97x10²⁴ kg. La constante G vale 6,67x10^-11 N·m²/kg². La R sería la distancia al centro de la Tierra, que si se está en la superficie, equivaldría a su radio, o sea, 6371 km. Y la m sería la masa de la persona, 75 kg. Operamos y obtenemos una fuerza gravitatoria de 735,777 N, algo normal. Ahora veamos el caso de una persona en el espacio, en la estación espacial internacional, a 415 km de altura. Los datos serían iguales, salvo la R, que sería el radio de la Tierra más la distancia de la superficie a la estación; es decir, 415 km. Operamos de nuevo y obtenemos 648,53 N. No ha variado mucho, de hecho la reducción de la atracción de la Tierra ha sido del 11,86%, muy poco para producir ingravidez. Entonces, ¿por qué flotan los astronautas?

La estación espacial está en órbita alrededor del planeta, se mueve en círculos a una determinada velocidad, lo cual genera una fuerza centrífuga, como cuando un coche toma una curva, que sufre una fuerza hacia fuera de la curva. También, la estación espacial está sometida a una fuerza que la aleja de la Tierra, pero a su vez hay otra fuerza que la atrae hacia ella, la fuerza gravitatoria, ambas fuerzas se contraponen, y mantienen estable la órbita. De hecho, incluso se podría calcular su velocidad, sabiendo que la fuerza centrífuga es F_c=m*v²/R. Donde v es la velocidad, m la masa de la estación, y R las distancia al centro de la Tierra. Podemos igualar las dos ecuaciones (F_g y F_c), y despejando se obtiene que v=raíz(G*M/R)=7666,67 m/s, muy próximo al real, que es 7706,7 m/s. 

Y aún no he respondido a la pregunta, ahora voy. Imagínense un cañón que dispara un proyectil a una velocidad. El proyectil traza una parábola y cae a la Tierra. Si disparásemos desde muy alto, y cada vez a más velocidad, al final la curvatura de la trayectoria coincidiría con la curvatura de la Tierra, y el proyectil caería perpetuamente, sin encontrar el suelo. En esta situación se encuentran los astronautas de la estación espacial. Están cayendo continuamente, y por eso flotan, pero nunca caen al suelo por tener la suficiente velocidad. 

Tópicos de la ciencia-ficción II

Saludos de nuevo, he vuelto para ofrecer otra nueva entrega de los tópicos de la ciencia-ficción.

¿Puede la Tierra dejar de girar?:

En algunas películas este tema ha sido bastante empleado, los devastadores efectos que tendría una parada en seco de la rotación de nuestro planeta. Lo que se suele postular, es que al dejar de girar, siempre habría media cara del planeta orientada al sol, mientras que la otra estaría oscura. Así, la cara iluminada aumentaría su temperatura hasta convertirla en un hervidero inhabitable, mientras que la cara oscura perdería calor hasta quedarse totalmente congelada. Por otro lado, quedaría una zona intermedia, entre la cara iluminada y la oscura, con una temperatura soportable, en la que se podría sobrevivir.

Esta teoría tiene muchas lagunas y ahora lo explico. Cuando hablan de que la Tierra deje de girar, ¿a qué se refieren exactamente? Pues el movimiento es relativo; es decir, depende el punto que se tome como referencia. He de suponer (aunque no sé si estaré en lo cierto), que la Tierra deja de girar sobre sí misma, pero lo sigue haciendo alrededor del sol. En ese caso, ¿ocurriría lo que he mencionado anteriormente? La respuesta es no. Si hemos dicho que la Tierra ha dejado de girar, es imposible que mantenga siempre la misma media superficie orientada a Sol. 

Imaginemos que el 1 de enero, la cara A está orientada al Sol, mientras que la cara B está a oscuras. El 1 de julio de ese año, seis meses después, la Tierra habrá completado medio ciclo de traslación y estará al otro lado del Sol; o sea, que la cara A estará a oscuras y la cara B iluminada. Se produciría una situación similar a la de los polos, seis meses de oscuridad con seis meses de luz. Las temperaturas serían muy extremas, pero no tanto como lo serían si siempre se estuviera iluminado o a oscuras. Por otra parte, no existiría ninguna zona habitable, todo el planeta se vería afectado por adversas condiciones. ¿Qué tendríamos que hacer si quisiésemos orientar siempre la misma cara a de la Tierra hacia el Sol? Pues muy fácil, tendríamos que sincronizar el ciclo de rotación y de traslación de la Tierra; es decir, que la Tierra gire sobre sí misma una vez en 365 días, es un fenómeno conocido como rotación capturada. Es una situación análoga a la de la Tierra con respecto a la Luna. La Luna tiene sus periodos de rotación y traslación igualados a 28 días, por eso siempre nos muestra la misma cara. Si la Tierra fuese el Sol, la Luna tendría siempre la misma cara siendo abrasada.

La Tierra tiene una masa de 5,97x10²⁴ kg, y un radio de 6371 km. Ello conlleva que la Tierra tiene un momento de inercia de I = 2/5mR² = 9,7x10³⁷ kg·m². Con todo ello, esta enorme inercia que hace que mantenga su movimiento, siempre que no actúen otras fuerzas externas. Cuesta imaginar un cataclismo cósmico que consiga detener por completo. Imaginemos que ocurre. Aunque la Tierra esté detenida, los gases de la atmósfera seguirán girando por inercia, lo que provocaría vientos de miles de kilómetros por hora, dependiendo de la zona, y destruiría por completo la superficie terrestre.

Si sobreviviésemos a eso, otra pequeña sorpresa nos esperaría. Dado que la Tierra tiene menor radio en los polos que en el ecuador, todo el agua del planeta se desplazaría a los polos por efecto de la gravedad, agua que actualmente se mantiene dispersa por el planeta por la fuerza centrífuga de la rotación. Una vez que ésta termine, se formaría un gran océano en el hemisferio norte, y otro en el hemisferio sur, además de una gran extensión de tierra a lo largo del ecuador. Si no se encuentran cerca del ecuador, difícilmente sobrevivirán.

Y por último, lo más terrible de todo. La Tierra posee un enorme escudo electromagnético que protege al planeta de las distintas y mortíferas radiaciones y partículas energéticas que nos envía el Sol a diario. Sin este escudo, la Tierra sufriría un continuo bombardeo solar, aparecerían auroras boreales por todo el mundo, los aparatos eléctricos dejarían de funcionar, y finalmente, el mundo se cocería totalmente, convirtiéndose en una enorme roca sin vida. No habría salvación posible, salvo escapar del planeta. El caso es que este escudo es generado por la rotación del metal líquido en el núcleo externo del planeta, si deja de girar, el escudo se desmorona, y adiós.

Todos estos escenarios son muy improbables, dado lo difícil que es que sufra una parada de la rotación súbita, pero, ¿y una desaceleración lenta y gradual? Pues es posible y de hecho ocurre. El día dura 23 horas y 56 minutos, se cree que hace billones de años, duraba 13 horas. Cada día la Tierra se ralentiza cada vez más, aunque no se sabe a ciencia cierta si la ralentización es constante o acelerada, o si alguna vez llegará a detenerse completamente. Lo que sí sabemos, es que entonces la vida en el planeta será imposible.

¿Hace frío en el espacio?:

En muchas películas hemos vistos personas congelarse al salir al espacio sin traje de protección, ¿qué de cierto hay en esto? En primer lugar, en el mundo de la Ciencia, el frío no existe porque no tiene entidad en sí mismo, un objeto puede ser más caliente o menos caliente, pero siempre tendrá algo de calor. Ahora, ¿a qué me refiero cuando hablo de calor? El calor, microestructuralmente hablando, está generado por los átomos y moléculas, que vibran y producen una determinada energía cinética, cuanta más energía cinética, diremos que el objeto está más caliente, y eso es lo que medimos con el termómetro. Ahora, esto en el espacio, ¿cómo lo traducimos? El espacio está vacío, no hay casi moléculas que puedan vibrar y generar calor, por tanto, no es que haga frío o calor, simplemente no hay forma de medirlo. Lo que sí se puede medir es la temperatura de objetos que estén en el espacio. Existen tres formas de transmitir el calor: conducción, convección y radiación.

La conducción es aquella a la que más estamos acostumbrados. Cuando se ponen en contacto un objeto frío y otro caliente, el calor pasa del cuerpo caliente al frío hasta igualar las temperaturas. La convección se basa en el movimiento de fluidos a distintas temperaturas por acción de su densidad. Es decir, es lo que popularmente se conoce como que “el calor sube”. El aire caliente es menos denso que el frío, porque sus moléculas tienen más energía cinética, vibran más y se separan más entre sí, hay menos moléculas por unidad de volumen; es decir, menos densidad. Como saben, la materia más densa queda abajo, y la menos densa arriba. No obstante, estas dos maneras de transportar el calor no valen en el espacio porque allí no hay materia (moléculas) para poder transportarlo.

Por último tenemos la radiación, que consiste en que un cuerpo puede ganar o perder calor, simplemente recibiendo o emitiendo algún tipo de radiación. Por ese motivo, en los días de calor, hace más calor al Sol que a la sombra, porque el Sol es una fuente de radiación, y los objetos expuestos a ella se calientan más. Y al contrario, un objeto si está mucho tiempo a la oscuridad, emitirá calor, enfriándose él mismo.

Así, en el espacio sucederá algo parecido. En una nave espacial, por ejemplo, si tiene una zona expuesta al sol, esta puede calentarse hasta alcanzar cientos de grados. Mientras que una zona expuesta a la oscuridad, perderá calor hasta enfriarse cientos de grados. Siempre hasta un límite, pues no es posible arrebatar a un cuerpo toda su energía calorífica. Va a ver un punto en que las moléculas están totalmente quietas. Es lo que se llama cero absoluto, y que se encuentra a -273,15 ºC. De momento, no se ha alcanzado esa temperatura, aunque ha habido muy buenos acercamientos, y mucho menos rebasarla; o sea, alcanzar temperaturas absolutas negativas. Pero si algún día se consiguiese, las repercusiones en la termodinámica y en la ciencia en general serían… bíblicas…

Tópicos de la ciencia-ficción I

Saludos de nuevo, me dirijo hoy a ustedes para tratar un nuevo tema que se me ha ocurrido, los tópicos de la ciencia-ficción. ¿Nunca se han preguntado, al ver alguna película o serie de ciencia-ficción, si lo que ahí muestran sería posible? Por ello, he decidido recopilar algunos de los tópicos más interesantes y explicar si podrían ser reales y por qué.

Explosiones en el espacio:

Todos estamos muy acostumbrados a las típicas batallas espaciales entre enormes ejércitos que chocan entre sí. Un gigantesco crucero estelar ataca a otro con artillería pesada, provocando enormes explosiones en su casco, y finalmente su destrucción. ¿Cuánto hay de cierto en ello? Muchos postulan que como en el espacio no hay oxígeno, sería imposible que algo explotase. Esto no es cierto, un explosivo funciona incluso sin oxígeno. Dado que la explosión ocurre de manera muy rápida, muchas veces no da tiempo a que el oxígeno atmosférico se reponga, por ello, las bombas llevan en su composición su propio oxidante. Esto les permite explotar más rápidamente, y hacerlo incluso bajo el agua o en el espacio. Y aunque no se incorporara tal oxidante, podría seguir siendo posible, pues una nave espacial, cabe esperar que si está preparada para el uso humano, tenga una atmósfera en su interior, y que contenga oxígeno, entre otras cosas. Al reventar el casco, un disparo debería ser capaz de poner en fuga todo ese oxígeno causando una explosión. Y más aún, pues una nave cabría esperar que llevase una elevada cantidad de combustible a bordo. Todo ese combustible más el oxígeno de las zonas habitables, convierten la nave en una bomba de relojería a punto de estallar.

Battlestar Pegasus antes de ser destruida

Aun así, no sería explosiones similares a las de la Tierra. No hemos de olvidar que estamos en el espacio, que está vacío. Ahí los gases se expanden debido a que no hay ninguna presión exterior. Por tanto, los gases generados en la explosión saldrían expulsados en seguida, y ésta sería considerablemente corta y fugaz. No sería posible ver una nave enormemente dañada tras un combate, con grandes llamaradas por todo su casco y echando humo. Esto sí que no.

Sonidos en el espacio:

Éste es otro de los problemas que se nos presenta. En las películas siempre se puede oír el fragor del combate galáctico: disparos, explosiones, choques… ¿Qué de verdad hay en esto? Muchos dicen que el sonido no puede propagarse por el espacio, por lo que lo que cuentan en las películas sería imposible. Y esta vez sí que tienen razón. El sonido se propaga a través de las moléculas en el ambiente, es como una ola. Imagínense una ola que se origina y se desplaza hacia tierra. Una ola para moverse lo que necesita es agua, y en cuanto llega a tierra, simplemente rompe y no puede avanzar más. Con el sonido sucede algo similar. En el espacio no hay moléculas por las que éste pueda desplazarse. Ya se hizo el experimento de poner un reloj en una campana al vacío y notar que cuando se activa la alarma, no puede apreciarse ningún sonido.

Pues bien, queda demostrado así que lo que nos muestra la ciencia-ficción es falso. Pero quiero romper una lanza en  su favor. Probablemente muchos directores ya sabían de este fenómeno, pero una batalla muda perdería mucho su sentido espectacular y épico. De modo que yo la considero más bien una desviación con fines estéticos, y no un fallo real de la película. Aun así, un consejo para ser más realistas: en vez de hacer una batalla muda, sería mejor hacer una batalla con banda sonora, sin los demás ruidos de la batalla, si la canción está muy bien escogida, quedará muy bien, y aportará un alto grado de espectacularidad a la batalla, si no, vean este vídeo:

Viajes interestelares:

Probablemente, éste sea el tema más popular y polémico en la ciencia-ficción. Pues las distancias que separan los sistemas estelares entre sí son gigantescas. La Voyager 1 se escapa del Sistema Solar a una velocidad de 17 km/s. Teniendo en cuenta que la estrella más cercana (Próxima Centauri) está a 4,24 años-luz de distancia, o sea, a 4x10¹³ km. Si dividimos ambos término obtenemos 2,35x10¹² segundos, es decir, 74.518 años. Es evidente que ese tipo de propulsión es totalmente insatisfactorio. Hace falta más velocidad.

La ciencia-ficción ha solventado estos problemas de muchas maneras, algunas más realistas y otras más “imaginativas”. La verdad es que lo adecuado sería una nave con una alta capacidad de propulsión. Por ejemplo, una que funcione a una velocidad de 200 pc/h (1 pársec=3,26 años-luz), nos permitiría llegar a la estrella Betelgeuse en menos de una hora. El problema está en hablar de velocidades superlumínicas. Según la teoría de la relatividad de Einstein, ningún objeto puede superar la velocidad de la luz (c), pues entonces su masa se haría infinita. Esa velocidad está en c=3x10⁸ m/s, aunque es más sencillo usar el año-luz, que es la distancia que recorre la luz en un año: 1 año-luz/año. De esa manera, se tardarían 4,24 años en llegar a Próxima Centauri. Pero no olvidemos que esta velocidad no es alcanzable, aunque sí que sería posible aproximarse.

Agujero de gusano

Una de las soluciones más empleadas en la ciencia-ficción son los agujeros de gusano, que permiten recorrer grandes distancias a través de unos túneles que unen zonas distantes del tejido espacio-tiempo. Los agujeros de gusano naturales son de diámetro cuántico (inferior a un átomo) y son altamente inestables, a nada que se forme uno, ya se deshace y se forma otro. La idea es crear agujeros de gusano artificiales entre dos puntos concretos y preestablecidos. La manera en que se efectúa el viaje varía según la película o serie. 

Nave espacial por el hiperespacio

A veces se trata de un viaje instantáneo, otras veces se debe permanecer dentro un tiempo, dependiendo de la distancia que se quiera recorrer. Y otras veces, con el fin de evitar agujeros de gusano de tamaño macroscópico, que serían más inestables, proceden a una descomposición atómica del objeto que va a efectuar el viaje, para viajar dentro del agujero como una corriente cuántica, y luego ser regenerado al otro lado. Y también varían en el modo denominarlo. En Star Trek lo llaman "pasar a velocidad de curvatura", en Star Wars y Stargate "pasar al hiperespacio", y en Battlestar Galactica, simplemente los denominan "saltar a determinadas coordenadas". Todas estas suposiciones, aunque están basadas en hechos científicos, todavía resultan irrealizables. Los científicos aún no han logrado generar un agujero de gusano artificial, y aunque se consiguiera, habría muchos problemas para lograr que lo que entrase ahí, pudiera salir tal y como entró. Por tanto, de momento esta hipótesis la enmarco más en el terreno de lo imaginativo. 

Halcón milenario saltando al hiperespacio

Otra opción, menos optada por la ciencia ficción, es mejorar los sistemas de propulsión a fin de tender a la velocidad luz (en adelante la llamaré c). Existen muchos estudios que van en esta dirección, como el proyecto Orión o el proyecto Dédalo, que teorizan la posibilidad de conseguir una propulsión incluso del 12% de c. E incluso un llamado cohete de materia-antimateria podría alcanzar entre el 50 y 80% de c. A estos niveles, los efectos de la física clásica ya no son tan palpables, y se empieza a notar la física relativista. Se produce una distorsión temporal, el tiempo dentro de la nave se ralentiza a medida que nos acercamos a c. Un viaje a Próxima Centauri al 80% de c duraría 5,3 años. Esta cantidad, aunque es elevada, muy lejos queda de los 74.518 años que tardaría la Voyager 1, y es una distancia que puede ser perfectamente por la tripulación de una nave. Pero la realidad es mejor aún. Debido a la distorsión temporal, aunque fuera transcurran 5,3 años, dentro de la nave habrá pasado muchísimo menos tiempo. ¿Cuánto tiempo pasará? He encontrado una ecuación muy interesante al respecto:

Donde Dt₀ es el tiempo medido en una nave en movimiento (por ejemplo) y Dt sería el tiempo real transcurrido en la Tierra, v sería la velocidad de la nave y c la velocidad de la luz. Con esta ecuación podemos “jugar” para obtener el tiempo que nos ahorraríamos viajando a esa velocidad. Por ejemplo, para un 80% de c, y un tiempo de 5,3 años necesarios para llegar a Próxima Centauri, se despeja la ecuación y se obtienen 3,18 años que transcurrirían dentro de la nave. O también, imaginemos que queremos diseñar una nave que mantenga a los tripulantes sólo durante un año de viaje, podríamos despejar la velocidad necesaria, que en este caso sería el 98,2% de c.

Al margen de todos estos cálculos, querría resaltar que este método de viajar a las estrellas es mucho más viable que el de los agujeros de gusano, ya que presenta muchos menos problemas. Simplemente hace falta un sistema de propulsión adecuado y una nave con un buen mantenimiento vital. Algo que todavía no es posible, pero es más alcanzable con la tecnología actual.

Fry criogenizado

Por último, otro método es el de la animación suspendida. La nave viaja con medios de propulsión habituales, muy por debajo de c. Los tripulantes sobreviven al viaje de miles de años gracias a que pueden poner sus cuerpos en animación suspendida, es decir, se someten a un congelación extrema, para permitir bajar sus constantes vitales al mínimo y permanecer así largos años. El problema deriva de la formación de cristales de hielo en las células. Dado que somos un 70% de agua, toda esta agua se congela y puede producir enormes daños en las células, hasta el punto de que sean irreparables. Y otro obstáculo es la reanimación, pues tras siglos de inactividad, se concibe difícil poder reanimar a una persona. Además, esta técnica serviría sólo para explorar el espacio y no regresar a la Tierra hasta en miles de años. No se podría usar para traer recursos de otros sistemas solares, ni para dominar o conquistar otros planetas. Por ello, no es un método muy usado en la ciencia-ficción.

Por todo ello, concluyo que el método que creo más adecuado para alcanzar las estrellas en un futuro es el segundo con diferencia además. 

La épica misión de las Voyager

Hace poco tiempo, tal vez hayan oído algo en las noticias acerca de la nave espacial Voyager 1. Habrán oído hablar de la heliopausa, o de un hito importante para la humanidad. Pero, ¿qué ocurrió exactamente? Yo se lo explico.

Todo comenzó el verano de 1964, gracias a Gary Flindro, un ingeniero aeroespacial del Jet Propulsion Laboratory del Caltech. En una época en la que los esfuerzos de la carrera espacial entre EE.UU y la URSS se centraban en investigar planetas cercanos como Marte o Venus, a Flindro le fue asignada la tarea de estudiar posibles rutas hacia planetas más lejanos, lo que le decepcionó enormemente. No obstante, se dio cuenta de que en la década de los 70 se iba a producir un raro alineamiento de los planetas gigantes (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) y se le ocurrió la idea de visitar todos los planetas en un solo viaje.

La NASA no perdió tiempo y decidió ponerse manos a la obra. Se enviarían dos naves hacia los gigantes gaseosos, llamadas Voyager 1 y Voyager 2. Antes de nada, y para asegurarse de que todo salía bien, dos naves fueron lanzadas a modo de avanzadilla, para ir abriendo camino. 

En 1972 se lanzó la Pioneer 10 y en 1973 la Pioneer 11, año en que a su vez llegaba la Pioneer 10 a Júpiter. Fue el primer objeto humano que llegó al planeta. Consiguió las primeras fotos de las nubes de Júpiter, y además hizo mediciones de la radiación que emitía el planeta. Se descubrió que si se hubiera enviado a las Voyager sin más, la intensa radiación habría destruido los circuitos y mandado a pique la misión. Gracias a ello, se pudo reconfigurar las Voyager con el fin de que pudieran soportar aquella radiación. En 1974 la Pioneer 11 volvió a mostrarnos imágenes de Júpiter, y en 1979 fue la primera nave en sobrevolar Saturno.

Ahora que las Pioneer ya habían abierto el, era el momento de que las Voyager iniciasen su viaje. El 20 de agosto de 1977, fue lanzada la Voyager 2, seguida por la Voyager 1, que se lanzó el 7 de septiembre de aquel año. A pesar de esto, la Voyager 1 fue la primera en llegar a Júpiter, en marzo de 1979. Pudo acercarse al planeta mucho más de lo que lo hicieron las Pioneer, y también estudió sus satélites (Io, Calixto, Europa y Ganímedes), haciendo importantes descubrimientos. En julio de aquel año llegó la Voyager 2, que tomó unas fotografías con más resolución que su antecesora, en particular de su característica mancha roja, que resultó ser un anticiclón del triple del tamaño de la Tierra. Descubrió una importante actividad volcánica en la luna Io, y unas enormes fisuras en la superficie de la luna Europa, que bien podrían ser casquetes de hielo.

La famosa mancha roja de Júpiter

Erupción volcánica en Io

Fisuras de la superficie de Europa

Los científicos tuvieron que esperar algún tiempo para poder hacer más descubrimientos. En noviembre de 1980, la Voyager 1 se aproximó a Saturno. El tiempo de viaje se redujo considerablemente gracias a la asistencia gravitacional, que consistía en tomar una órbita en Júpiter con un ángulo adecuado que permitiera usar su gravedad para impulsar la nave a toda velocidad hacia Saturno. Allí, se dedicó a estudiar sus fascinantes anillos, la composición del planeta, y su famoso satélite Titán, aunque poco sacó en claro, debido a la densa atmósfera que lo rodeaba. En agosto de 1981, llegó la Voyager 2, que se acercó más al planeta y tomó imágenes de mayor calidad, y descubrió nuevos anillos internos. También hizo mediciones de la temperatura del planeta. La Voyager 1 abandonó la exploración de los planetas para dirigirse fuera del Sistema Solar, mientras que la Voyager 2 continuó su viaje hacia Urano en solitario.

Titán, luna de Saturno

En enero de 1986, la Voyager 2 llega a Urano. Allí se descubrió un campo magnético muy similar al terrestre, aunque se hallaba torcido respecto a la rotación del planeta. También estudió la composición de sus delgados anillos, que apenas eran visibles desde la Tierra, y la particular superficie irregular de su luna Miranda, cuya disposición hacía creer que la luna saltó en pedazos en algún momento por una colisión, y posteriormente los fragmentos se volvieron a unir, formando una superficie desuniforme. Aparte de los datos físicos del planeta, no se hicieron descubrimientos especialmente sorprendentes.

Fracturada superficie de Miranda

Ahora ya sólo quedaba un planeta, en agosto de 1989, la Voyager 2 se aproximaba a Neptuno. Descubrió que tenía unos anillos incompletos, llamados arcos. Además, poseía una climatología muy activa, con grandes bandas nubosas y fuertes vientos. Tras analizar a fondo las características del planeta, la Voyager 2 se dirigió hacia Tritón, luna de Neptuno, donde descubrió gigantescos géiseres, que expulsaban nitrógeno a cientos de kilómetros de altura. 

Arcos de Neptuno

Géiser de Tritón

Esta fue la épica misión de las naves espaciales Voyager por los gigantes gaseosos. Pero la misión estaba lejos de acabarse, pues ambas naves habían cogido un gran impulso gravitacional que les llevaba hacia las estrellas. De hecho, tanto ellas como las Pioneer llevaban incorporadas unas placas donde se envía un mensaje a posibles inteligencias extraterrestres, en donde se especificaba la posición del Sistema Solar respecto a 14 púlsars, y se señalaba el tercer planeta del Sistema Solar. Algo que muchos, entre los cuales un servidor se encuentra, calificaban de extremadamente imprudente señalar la localización de la Tierra a seres cuyas intenciones nos son completamente desconocidas. Al margen de estas valoraciones, las cuatro naves espaciales siguieron cada una un camino distinto. En 1998, la Voyager 1 adelantó a la Pioneer 10, convirtiéndose en el objeto hecho por el hombre más lejano.

No obstante, a medida que pasa el tiempo, las naves se van quedando sin energía, y su capacidad de transmitir datos de ve seriamente mermada. La Pioneer 11 dejó de emitir en 1995, y la Pioneer 10 en 2003, se hicieron intentos de volver a contactar, pero fueron inútiles. Ambas naves continúan su viaje en silencio. No así con las Voyager, cuyas baterías todavía les permiten seguir emitiendo. Se prevé que la Voyager 2 deje de emitir en 2025, y la Voyager 1 entre 2025 y 2030. Unos objetos lanzados en 1977, y que todavía hoy están operativos, pone en manifiesto la elevada capacidad del sur humano para conseguir lo imposible.

Ambas sondas se dirigían hacia la helipausa, que es el lugar donde el viento solar se detiene por acción del medio interestelar, y se considera la frontera externa del Sistema Solar. Hace poco, en septiembre de 2013, la Voyager 1 detectó una densidad de electrones de 0,08 electrones/cm³, lo que indicaba que ya se había superado la heliopausa y llegado a espacio interestelar. Esto suponía que la Voyager 1 era la primera nave espacial humana que había salido de nuestro Sistema Solar, algo equiparable a otros hitos como la llegada del hombre a la Luna.

Quiero recalcar la importancia de este suceso para la humanidad, demuestra no sólo nuestra capacidad tecnológica, sino nuestro espíritu aventurero, y por conocer lo desconocido, a pesar de que no podamos hacerlo en persona. Por eso enviamos a un intermediario, la Voyager 1, que representa a toda la humanidad, y ya no es una simple máquina, no, es algo más. Ahí van todas nuestras esperanzas, nuestra ilusión, nuestra ansia por llegar más lejos que nunca, el vínculo entre la humanidad y las Voyager es más estrecho de lo que quepa imaginar. Es posible que en un futuro volvamos a encontrarnos con ellas, el reencuentro entre el Creador y la Creación, hasta entonces, hemos de contentarnos con el recuerdo de sus hitos históricos.

A día de hoy, la Voyager 1 se encuentra a 18,85 M de Km de la Tierra, y la Voyager 2 a 15,38 M de Km, y cada vez más lejos. Pueden seguir su viaje, en la página de la NASA http://voyager.jpl.nasa.gov/index.html . 

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¡Saludos! Tal vez me conozcan mejor por mi blog de Res Publica. He decidido hacer una división de mi blog en dos. En Res Publica, me dedicaré a tratar temas de Historia, Filosofía y humanidades en general, mientras que este blog, Horizonte de eventos, estará dedicado a temas de Ciencia y Tecnología. Espero que sea de su agrado y que disfruten con mis entradas.