En el espacio exterior, el cosmos, lo que conocemos por universo, las distancias son tan enormes que se tienen que medir con unidades espaciales como el año luz (distancia que recorre la luz en un año a razón de 299.792.458 metros por segundo). Otra unidad ya mayor es el pársec (pc), unidad básica de distancia estelar correspondiente a una paralaje trigonométrica de un segundo de arco (1”). En otras palabras, es la distancia a la que una Unidad Astronómica (UA = 150.000.000 Km) subtiende un ángulo de un segundo de arco. Un pársec es igual a 3’2616 años luz, o 206.265 Unidades Astronómicas, o 30’857×10¹² Km. Para las distancias a escalas galácticas o intergalácticas se emplea una unidad de medida superior al pársec, el kilopársec (Kpc) y el megapársec (Mpc).

Para tener una idea aproximada de estas distancias, pongamos el ejemplo de nuestra galaxia hermana, Andrómeda, situada (según el cuadro anterior a 725 kiloparsec de nosotros) en el Grupo local a 2’3 millones de años luz de la Vía Láctea.

¿Nos mareamos un poco?

¡Una barbaridad!

Recientemente unos astrónomos han desvelado que, Andrómeda no pertenece al Grupo Local

Andrómeda, la hermana mayor de la Vía Láctea, situada a 2,3 años-luz  de nosotros, viaja en nuestra dirección a una buena velocidad. Sin embargo, se calcula que nos no llegará hasta nosotros hasta dentro de unos pocos miles de millones de años, casí cuando el Sol esté agotando su combustible nuclear de fusión para convertirse en una Nebulosa planetaria con una enana blanca en su centro.

Ahí tenemos la imposibilidad física de viajar a otros mundos, y no digamos a otras galaxias. Las velocidades que pueden alcanzar en la actualidad nuestros ingenios espaciales no llegan ni a 50.000 Km/h. ¿Cuánto tardarían en recorrer los 21.759.840.000.000.000.000 Km que nos separa de Andrómeda?

Incluso el desplazarnos hasta la estrella más cercana, Alfa Centauri, resulta una tarea impensable si tenemos en cuenta que la distancia que nos separa es de 4’3 años luz, y un año luz = 9.460.800.000.000 Km. Así que, para llegar a la “cercana” Alfa Centauri tendríamos que multiplicar por 4 esa inmensa distancia. ¿Cuándo llegaríamos allí? ¿Los viajeros que partieron de la Tierra y muchas generaciones siguientes (si todo transcurre con normalidad) serían los que arribarían al destino. Sin embargo, dudo que, cuando llegaran, no hubieran padecido mutaciones por tan larga estancia en el Espacio.

Muchos son los que han querido imaginar como viajar más rápido que la Luz… ¡Sin superar su velocidad! Todos sabemos, como nos enseñó la Relatividad Especial de Einstein que, la luz, nos marca el límite de la velocidad que se puede alcanzar en el Espacio. Nada podrá nunca viajar más rápido que la luz en el vacío, es decir, más ráipdo que 299.792.458 metros cada segundo. Y, se idean otras formas para poder burlar ese límite y llegar antes que la luz a un determinado lugar. Hasta que no se busque la manera de esquivar la barrera de la velocidad de la luz, los viajes a otros mundos están algo complicados para nosotros.

La única ventaja a nuestro favor: ¡EL TIEMPO! Tenemos mucho, mucho tiempo por delante para conseguir descifrar los secretos del hiperespacio que nos mostrará otros caminos para desplazarnos por las estrella que, en definitiva, será el destino de la humanidad.

Nuestro Sol, antes de que pasen 4.000 millones de años, comenzará una transición de fase que, de estrella en la secuencia principal de HP, pasará a su fase terminal convirtiéndose en una Gigante roja que, eyectará sus capas exteriores al espacio interestelar formando una Nebulosa planetaria y, la estrella, exenta de la energía de fusión, quedará a merced de la fuerza de Gravedad que la comprimirá hasta límites de una densidad que sólo podrá ser frenada por la degeneración de los electrones. En ese punto, volverá el equilibrio entre dos fuerzas y el proceso se parará dejando una enana blanca con un radio parecido al de la Tierra y una densidad de 10⁹ Kg m³.

Antes de que todo eso llegue, tenemos que tener en cuenta que habrá que salvar otro gran escollo que se nos viene encima (nunca mejor dicho), ya que, la Galaxia Andrómeda viene hacia La Vía Láctea a razón de 1.000.000 de Km/h y, aproximadamente en unos 3.000 millones de años la tendremos, irremediablemente, colisionando con nuestra Galaxia, con lo cual, las fuerzas de marea que esas enormes masas puden producir, son de impensable magnitud y, el desenlace tardará varios millones de años en finalizar hasta que de las dos grandes Galaxias del Grupo Local, sólo quede una enorme galaxia elíptica y, en el proceso, habrán nacido un sin fin de nuevas estrellas, otras habrán sido despladas de su regiones y lanzadas a distancias enormes, algunas habrán podido colisionar y, en definitiva, lo que allí pueda ocurrir en el futuro lejano, es de incalculable trascendencia para la Humanidad (si aún sigue aquí para ese tiempo).

Sí, existen muchos lugares a los que, cuando llegue el momento podremos viajar. Sin embargo, necesitamos muchos más conocimientos de los que actualmente tenemos para poder realizar esos viajes “imposibles” en las actuales circunstancias. Estamos comenzando, ahora, a poder realizar los primeros intentos de salir al Espacio, y, para cuando realmente podamos efectuar viajes espaciales, habrán pasado muchos, muchos, muchísimos años. No quiero mencionar, lo que podríamos tardar en dominar viajes hiperespaciales a velocidades superlumínicas. Claro que, la imaginación humana es… ¡”infinita”!

Si esto es así (que lo es), tenemos una buena excusa para pensar en posibles modos de escapar hacia otros mundos lejanos en los que poder asentar a la Humanidad lejos de esos acontecimientos de magnitud (para nosotros) infinita y contra los que nada podremos hacer, excepto, si podemos y buscamos el medio… huir a otros lugares más seguros.

Si, las distancias que nos separan de esos otros mundos parece una barrera difícil de franquear, y, sin embargo, tengo una gran esperanza puesta en que, la Humanidad, la inteligencia de los seres que la compone, y, sobre todo su imaginación, con el tiempo por delante tendrá la oportunidad de buscar esas difíciles soluciones que posibiliten nuestro traslado a las estrellas lejanas.

Para lograr eso, con nuestras limitaciones actuales, no tenemos más remedio que valernos de sondas robotizadas y, en el futuro, serán perfectos robots humanoides que, no tendrán ninguna de nuestras barreras para deambular por el cielo y visitar esas regiones lejanas en las que, posiblemente, se encuentren los planetas idóneos para habitats de seres como nosotros.

Esas son, en realidad, las miras que están puestas en todas esas misiones enviadas a las lunas y planetas cercanos para estudiar su entorno, la atmósfera, la superficie y las radiaciones. Se trata de ir conociendo el entorno y, con los adelantos tecnológicos que ahora mismo tenemos, se hace lo que se va pudiendo y, cada día, se avanza un paso más a la búsqueda de esas soluciones que, ese día muy lejano aún, llegará la debacle a la Tierra y, para entonces, no podremos continuar aquí. La única solución: Escapar a otros mundos.

emilio silvera

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Kepler-452b, destino Imserso para 2100

Acaba de salir publicado mi libro Exoplanetas para la colección Un paseo por el Cosmos de RBA. Uno de los capítulos que escribí para el primer borrador acabó descolgándose del texto final. No quiero que se pierda como lágrimas en la lluvia, así que os lo incluyo a continuación en los siguientes dos artículos (este es el primero). Tomadlos como un anexo a la Versión del Director. Que lo disfrutéis.

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El profe de Física

El blog de Arturo Quirantes

VIAJAR A LAS ESTRELLAS – Parte 1

Los exoplanetas se encuentran a grandes distancias, mucho más lejos de lo que un ser humano podría viajar. Aun así, los humanos no se resignarán a permanecer confinados en su propio sistema planetario. Las propias leyes de la Física imponen límites a la posibilidad de viajar a otras estrellas, pero hay otras opciones.

Descubrir la existencia y propiedades de mundos extrasolares tiene una gran interés para los científicos. pero su importancia se extiende mucho más allá. Las sociedades humanas, con apenas excepciones, han atendido siempre la llamada a expandirse por todo tipo de territorios en busca de espacio vital. Parece que se trata de algo consustancial al ser humano. Buscamos tierras de cultivo, recursos minerales, puertos naturales, territorios para colonizar, enclaves militares estratégicos. En el proceso algunas naciones prosperan más que otras, pero el resultado general es una expansión de la raza humana.

Hemos colonizado todos los continentes, hemos establecido colonias en la Antártida y en órbita terrestre baja. La siguiente frontera es el espacio. En las últimas décadas hemos desplegado un buen número de sondas interplanetarias, paso previo antes de la exploración tripulada. Ya hay planes para colonizar mundos en nuestro propio sistema solar y para explotar los recursos minerales de asteroides y cometas cercanos. Más cerca de casa, la Luna nos brinda una estación espacial natural en la que podemos extraer recursos como helio-3 y donde podemos establecer bases de exploración.

Tarde o temprano el hombre saldrá de su pequeña isla planetaria y colonizará el archipiélago que forma el Sistema Solar. Después de eso se plantearán dos alternativas: o bien la humanidad se contenta con ocupar su propio sistema planetario y nada más, o bien dará el gran salto a la búsqueda de nuevos mundos en otras estrellas. La primera alternativa es poco probable, dado el impuso natural que tenemos por seguir ampliando horizontes. En cuanto a la segunda, plantea problemas de enorme dificultad.

Resulta difícil comprender la enormidad del espacio entre las estrellas. En tiempos de Felipe II la mayoría de las personas tenían su movilidad limitada a pocos kilómetros por los medios de transporte de la época. El galeón de Filipinas unía dicho archipiélago con la Península una vez al año, recorriendo una distancia mil veces superior a la que una persona podía recorrer a pie o a caballo en un solo día. En la actualidad, la sonda New Horizons se dirige al exterior de nuestro Sistema Solar tras estudiar Plutón, un cuerpo situado a 6.000 millones de kilómetros de la Tierra que tardó nueve años en alcanzar. Es una de las sondas más rápidas jamás lanzadas por el hombre, pero a pesar de eso tardaría unos 300.000 años en llegar a la estrella más cercana a la nuestra. Las distancias interplanetarias se miden en millones de kilómetros, las interestelares se miden en millones de millones.

                Finalmente nadie podrá evitar el intento de colonizar otros mundos

Podemos diseñar naves más avanzadas y veloces. La duración de un viaje desde Filipinas hasta España se ha reducido del año que requería en el siglo XVII a apenas un día en la actualidad, y si hubiese incentivos económicos podría hacerse incluso en menos tiempo. El problema es que los viajes espaciales se parecen muy poco a los vuelos de avión. Una nave espacial es como una bola de billar, lanzada con gran precisión para llegar a su objetivo. Los ingenieros espaciales utilizan los planetas como ayuda gravitacional para poder desviar la sonda a donde interese y en el proceso la velocidad puede aumentar, pero ese efecto tiene sus límites.

Intentemos dotar a nuestra nave espacial de un poderoso motor y una gran cantidad de combustible. ¿Viajará así más rápido? La respuesta es sí, pero por desgracia la Física actúa en contra de los viajeros. La única forma que tenemos de propulsarnos está basada en la Tercera Ley de Newton: si queremos avanzar tenemos que dejar algo atrás. Para que una nave espacial avance tiene que llevar algo que pueda arrojar hacia atrás, como los gases de combustión del cohete. Ahora bien, si queremos viajar más rápido la cantidad de combustible necesario aumenta de forma exponencial: duplicar la velocidad requiere mucho más del doble de combustible.

Para aumentar la velocidad de una nave espacial, una de las cosas que pueden hacerse es elevar la velocidad de salida de los gases de combustión. Eso puede lograrse sustituyendo el motor clásico, en el que sustancias químicas reaccionan y salen del cohete a gran velocidad, por un motor iónico donde las partículas cargadas eléctricamente son aceleradas por un campo eléctrico. La velocidad de las partículas expulsadas por el cohete es mucho mayor, y también lo será la velocidad final de la nave.

Los primeros prototipos de motor iónico fueron probados por la NASA en la década de los sesenta y han sido usados con éxito en la sonda Dawn que fue enviada para estudiar los asteroides Vesta y Ceres. El motor iónico que la impulsa por el espacio es muy lento en términos absolutos, y su empuje es tan pequeño que la aceleración que produce es equivalente a pasar de 0 a 100 km/h en cuatro días. A su favor cuenta con una mayor eficiencia que un motor convencional, lo que se traduce en un menor consumo de material de propulsión, y su menor empuje es compensado de sobra por su mayor tiempo de funcionamiento.

                           Nuevas técnicas, nuevos materiales y nuevas energías

Más allá del motor químico o el iónico, un cohete propulsado mediante energía nuclear proporcionaría un empuje muy alto, permitiendo a la nave alcanzar velocidades muy altas. Existen diversos proyectos en los tableros de diseño esperando un apoyo presupuestario masivo para convertirse en alternativas viables. Los actuales viajes de exploración del Sistema Solar no precisan de motores nucleares, pero el salto a las estrellas será una empresa con necesidades muy distintas.

Buscando métodos para mejorar la eficiencia de futuras naves interestelares, los ingenieros han dado con una solución eficaz: no acarrear combustible. Eso se puede hacer de diversas formas. Una opción consiste en desplegar una gigantesca y finísima vela solar, capaz de captar los fotones emitidos por el Sol. Los fotones son partículas que carecen de masa en reposo pero pueden transportar momento lineal, o como se decía antiguamente, «cantidad de movimiento.» Cuando impactan contra una superficie, como la de una vela, pueden transmitir parte de su momento linean a ésta, actuando de forma similar al viento sobre una vela terrestre. También puede usarse la luz de un láser de alta potencia disparado desde el punto de origen del viaje.

       Del Espacio “vacío” por el que surcaran los caminos siderales recogerán su propio combustible

Una interesante alternativa, propuesta en los años sesenta por el físico norteamericano Robert Bussard, se basa en el hecho de que el vacío del espacio interestelar no está realmente vacío. Bussard imaginó un gigantesco colector formado por un campo magnético que recogería los átomos de hidrógeno desperdigados por el espacio. Ese hidrógeno podría ser usado como fuente de energía (mediante fusión termonuclear) y como sustancia arrojadiza. La idea cuenta con un serio inconveniente: el hidrógeno que va siendo recogido se encuentra prácticamente en reposo, y al colisionar con la nave crearía en esta un efecto de frenado.

Pero las enormes distancias interestelares hace que incluso los más eficientes y veloces sistemas de propulsión se encuentren con limitaciones impuestas por las propias leyes de la naturaleza. La primera proviene de la Teoría de la Relatividad de Einstein: nada puede viajar más rápido que la luz en el vacío. Se trata de una velocidad tan alta que a escala humana parece infinita porque no suelen abundar los casos en que podamos notar el retardo. Las comunicaciones por radio y televisión en nuestro mundo son prácticamente instantáneas, y los medios de transporte más veloces a nuestra disposición viajan a apenas una fracción de la velocidad de la luz, cuyo valor suele representarse mediante la letra c.

El efecto de c finito comienza a manifestarse en los vuelos interplanetarios. Cuando los ingenieros de la NASA o la ESA controlan una sonda espacial han de asumir que pasarán horas entre la transmisión de una orden y su recepción, lo que dificulta el control desde tierra. Cuando en julio de 2015 la sonda New Horizons pasó por Plutón, la señal de «todo en orden» que envió tardó casi cuatro horas y media en llegar a la Tierra; para entonces la sonda había avanzado casi un cuarto de millón de kilómetros. A tales distancias no se puede establecer una comunicación en tiempo real y por ese motivo la lista de instrucciones de la New Horizons estaba programada de antemano.

La situación empeora al salir del Sistema Solar. La estrella más cercana a nuestro sol, Próxima Centauri, se hallan a unos 4,22 años-luz de nosotros. Incluso viajando a la velocidad de la luz tardaríamos más de cuatro años en llegar a ella. Algunas de las estrellas de nuestros cielos se encuentran mucho más lejos. Polaris, la estrella polar, que indica el Norte a los marineros de nuestros mares, se encuentra a 434 años-luz, lo que significa que la luz que nos llega ahora de ella abandonó su superficie cuando el reinado de Felipe II estaba en su apogeo.

La segunda limitación es de índole matemática. Acelerar un objeto hasta alcanzar una velocidad próxima a la de la luz requiere una gran cantidad de energía. Para llevar una moneda de un euro desde el reposo a una velocidad de 0,9c necesitaríamos todo el suministro energético de una central nuclear durante diez días; la factura rondaría los treinta millones de euros. Y aumentar la velocidad será cada vez más difícil. Un objeto necesita tanta energía para pasar del reposo a una velocidad de 0,9c como para subir esa velocidad de 0,9c a 0,96c. Rozar la velocidad de la luz se hace prohibitivo. Lástima, porque viajar a altísimas velocidades tiene un efecto positivo para los viajeros: el tiempo viaja más despacio para ellos. Un viaje a Próxima Centauri a 0,99c tardaría unos cuatro años según el cómputo de la Tierrra, pero para los viajeros solamente habrían transcurrido siete meses. Se trata del efecto de dilatación temporal descrito por la Relatividad de Einstein.

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Impresión artística de Próxima b orbitando la estrella Próxima Centauri. Las estrellas Alpha Centauri A y B pertenecientes al mismo sistema se muestran …

A pesar de que la Humanidad no ha explorado aún a fondo algunos de los mundos más interesantes y prometedores de nuestro propio Sistema Solar, la NASA tiene ya la vista puesta en un objetivo mucho más lejano y ambicioso: el primer viaje interestelar.

Según ha revelado la revista New Scientist, en efecto, un grupo de investigadores del Jet Propulsion Laboratory acaba de presentar, en el marco de la Conferencia Anual de la Unión Geofísica Americana, celebrada en New Orleans, un plan para alcanzar el sistema de Alpha Centauri, la estrella más próxima a nosotros, a “solo” 4,3 años luz de distancia o, lo que es lo mismo, a casi 41 billones de km. de la Tierra.

                     Tienen la esperanza de encontrar ese mundo habitable

La fecha elegida para la hazaña tampoco es casual. Será en 2069, justo cuando se cumplan cien años de la llegada del primer hombre a la Luna.

La idea, tan nueva que aún no tiene nombre, nació para cumplir un mandato presupuestario de 2016 que se refiere, precisamente, a la necesidad de “hacer progresos” en el desarrollo de los viajes interestelares. Si este plan se convierte finalmente en una misión oficial, la agencia espacial norteamericana explorará, en las próximas décadas, varias tecnologías capaces de acelerar una nave a una fracción significativa (se habla de un 10%) de la velocidad de la luz, lo que permitiría alcanzar Alpha Centauri en alrededor de unos 40 años. Muy poco tiempo si consideramos que, con la tecnología actual, tardaríamos más de 30.000 años en llegar hasta allí.

Alpha Centauri es un sistema formado por tres estrellas diferentes. Las dos principales, Alpha Centauri A y B, se orbitan mutuamente. Y la tercera, Próxima Centauri, que probablemente esté solo “de paso”, es la estrella más cercana a nuestro Sol, su vecina inmediata.

Similar a la Tierra

“Alfa centauri es un sistema estelar formado por tres estrellas y que están  muy cercana al sistema solar, de las tres dos de ellas se encuentra separada 23 veces por encima que existe entre la distancia dede la tierra al sol, estas corresponden a alfa centauri A y a Alfa centari β y la tercera y ultima de este sistema estelar se le llamo próxima centauri, es una enana roja y es la que esta mas cercana a la tierra”

Como se recordará, el sistema cuenta, por lo menos, con un planeta, Próxima b, que hace apenas unos meses hizo correr ríos de tinta en todo el mundo, ya que es muy similar a la Tierra. Rocoso y del mismo tamaño que nuestro propio mundo, Próxima b se encuentra, además, en la zona de habitabilidad de su estrella, es decir, a la distancia adecuada para que las temperaturas de su superficie permitan la existencia de agua líquida. Descubierto por el español Guillem Anglada Escudé, Próxima b se ha convertido, de hecho, en uno de los mejores exoplanetas candidatos a albergar vida. Y su cercanía, en términos espaciales, está agudizando el ingenio de la comunidad científica, que busca la mejor manera de llegar hasta él.

Anthony Freeman, el científico del JPL que presentó el proyecto durante la Conferencia de Nueva Orleans, explicó cuáles serían los objetivos científicos de la misión. El primero y más importante será buscar signos de vida en el sistema vecino, pero también se han incluido el estudio de la composición de la materia y la radiación que la nave encuentre en su camino a través del vasto espacio interestelar, así como la realización de experimentos que pongan a prueba la relatividad general. A su llegada a Alpha Centauri, la sonda deberá observar el sistema, determinar si contiene más planetas (algo que hoy no sabemos) y analizar tanto la atmósfera como la superficie de Próxima b en busca de agua y signos que revelen la presencia de vida.

Según el plan, unos años después del lanzamiento la NASA enviaría un gran telescopio al espacio profundo. Allí, se posicionaría de forma que la luz de Alpha Centauri roce nuestro sol, creando una “lente gravitacional” que nos permita obtener una vista completa del exoplaneta.

Luces que se encienden

Según ha declarado a New Scientist Stacy Weinstein-Weiss, autora principal del documento que plantea la misión, “podremos caracterizar la atmósfera. Y podremos ver el planeta, suponiendo que no esté cubierto de nubes”. Las técnicas para detectar vida una vez en órbita incluyen la búsqueda de estructuras artificiales, el encendido y apagado de luces y la búsqueda de modificaciones de la tierra a gran escala.

Por supuesto, el mayor desafío para culminar con éxito la primera misión interestelar de la Humanidad pasa por desarrollar una tecnología de propulsión que sea realmente capaz de alcanzar el objetivo en un plazo de tiempo razonable. Una tecnología, por cierto, que aún no existe más que en el papel.

El equipo del JPL ha propuesto varias técnicas “prometedoras”, desde la propulsión nuclear a motores de antimateria. Y, por supuesto, las velas solares impulsadas por láser, el mismo sistema que se propone utilizar en el Proyecto Starshot de Breakthrough Initiatives, avalado por el mismísimo Stephen Hawking y que consiste, precisamente, en enviar a Alpha Centauri un enjambre de micro naves de apenas unos centímetros de longitud.

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Alyssa Carson, la adolescente que prepara la NASA para vivir en Marte y no volver jamás

Alyssa Carson es una adolescente de 15 años que aún no ha terminado el instituto y ya tiene claro lo que quiere hacer en 2030. Lleva años entrenándose para ello. Desde que tenía tres no ha dejado de prepararse con la NASA. Está dentro de Mars One y su sueño es llegar a ser astronauta y el culmen, formar parte del primer vuelo tripulado que viajará a Marte.

¿Cómo se entrena una persona para recibir la radiación existente en la superficie de Marte? y, cómo explicar la manera en que la expedición de Alissa solteara los muchos peligros que los acechan en tierras desconocidas con parámetros alejados de los terrestres a los que el cuerpo humano está acostumbrado?

Es una de las candidatas que más opciones tiene de formar parte de la primera expedición que viajará a Marte con la intención de crear una colonia humana que habitará el planeta en unos 20 años. Pero tiene un riesgo: no podrá volver jamás. Aunque a ella no le importa. Es su sueño y está dispuesta a cumplirlo.

La joven entrena a diario en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales durante varias horas al día y además organiza visitas a los ‘space camps’ de la NASA. En estos campamentos realiza experimentos y prácticas con elementos de robótica y aviación. También estudia varios idiomas extranjeros -francés, español y chino- para poder interactuar con los que serán sus futuros compañeros.

     Su carita de felicidad, nos habla de su inocencia y también… ¡de su ignorancia! Pero el tiempo pasa y mientras sigue su entrenamiento ella sigue creciendo… ¿Estará dispuesta cuando llegue el momento?

Carson ya ha conseguido logros como ser la primera persona en completar el NASA Passport Program al acudir a los 14 centros para visitantes y obtener el reconocimiento Right Stuff Award. “Mis amigas piensan que estoy un poco loca”, bromea. Ella está absolutamente convencida de que conseguirá su meta.

Mars One evalúa el coste del primer vuelo en torno a los 6.000 millones de dólares. Después se enviarán nuevos astronautas cada dos años, con un coste de 4.000 millones de dólares por viaje, hasta llegar a formar la colonia de 25 humanos.

Noticias NASA

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