Física de lo imposible (26 page)

Si en realidad nuestra Luna ha sido visitada en el pasado, o ha sido el emplazamiento de una base nanotecnológica, esto explicaría por qué los ovnis no tienen que ser muy grandes. Algunos científicos se han burlado de los ovnis porque no encajan en ninguno de los gigantescos sistemas de propulsión que los ingenieros consideran hoy día, tales como estatorreactores de fusión, enormes velas impulsadas por láseres y motores nucleares, que podrían tener un tamaño de kilómetros. Los ovnis pueden ser tan pequeños como un avión a reacción. Pero si hay una base lunar permanente, producto de una visita anterior, los ovnis no tienen por qué ser grandes; pueden recargarse en su base espacial cercana. Así, los avistamientos pueden corresponder a naves de reconocimiento no tripuladas que tienen su origen en la base lunar.

Dados los rápidos avances en SETI y en el descubrimiento de planetas extrasolares, el contacto con vida extraterrestre, suponiendo que exista en nuestra vecindad, puede ocurrir dentro de este siglo, lo que hace de dicho contacto una imposibilidad de clase I. Si existen civilizaciones alienígenas en el espacio exterior, las siguientes preguntas obvias son: ¿tendremos alguna vez los medios de llegar a ellas? ¿Y qué pasa con nuestro propio futuro lejano, cuando el Sol empiece a expandirse y a devorar a la Tierra? ¿Realmente está nuestro destino en las estrellas?

La idea descabellada de ir a la Luna es un ejemplo del gran absurdo al que llevará a los científicos la especialización viciosa [...] la proposición parece básicamente imposible.

A. W. B
ICKERTON
, 1926

Con toda probabilidad, la mejor parte de la humanidad nunca perecerá: migrará de un sol a otro a medida que estos mueran. Y por ello no hay final  para la vida, el intelecto y la perfección de la humanidad. Su progreso es perenne.

K
ONSTANTIN
E. T
SIOLKOVSKI
, Padre de la tecnología
de los cohetes

Algún día en un futuro lejano viviremos nuestro último día en la Tierra. Llegará un momento, dentro de miles de millones de años, en que el cielo arderá en llamas. El Sol se hinchará en un infierno furioso que llenará el cielo entero, y empequeñecerá a cualquier otro objeto celeste. Cuando la temperatura de la Tierra aumente, los océanos hervirán y se evaporarán, y solo quedará un paisaje abrasado y agostado. Finalmente, las montañas se fundirán y se harán líquidas, y se formarán flujos de lava donde una vez hubo ciudades vibrantes.

Según las leyes de la física, este negro escenario es inevitable. La Tierra morirá en llamas cuando sea consumida por el Sol. Esta es una ley de la física.

Esta calamidad tendrá lugar dentro de los próximos 5.000 millones de años. En esa escala de tiempo cósmico, el ascenso y declive de las civilizaciones humanas son tan solo minúsculos vaivenes. Un día tendremos que dejar la Tierra o morir. Entonces, ¿cómo se las arreglará la humanidad, nuestros descendientes, cuando las condiciones en la Tierra se hagan intolerables?

El matemático y filósofo Bertrand Russell se lamentaba en cierta ocasión de «que ningún ardor, ningún heroísmo, ningún pensamiento o sentimiento por intenso que sea, puede conservar una vida más allá de la tumba; que todo el esfuerzo de los tiempos, toda la devoción, toda la inspiración, todo el brillo a pleno sol del genio humano, están destinados a la extinción en la vasta muerte del sistema solar; y el templo entero de los logros del Hombre debe quedar inevitablemente enterrado bajo los restos de un universo en ruinas».
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Para mí este es uno de los pasajes más soberbios de la lengua inglesa, pero Russell escribió este pasaje en una era en que los cohetes se consideraban imposibles. Hoy día la perspectiva de tener que dejar la Tierra no es tan improbable. Carl Sagan dijo en cierta ocasión que deberíamos convertirnos en «una especie biplanetaria». La vida en la Tierra es tan preciosa, decía, que deberíamos extendernos a al menos otro planeta habitable en caso de una catástrofe. La Tierra se mueve en medio de una «galería de tiro cósmica» de asteroides, cometas y otros residuos que vagan cerca de la órbita terrestre, y una colisión con cualquiera de ellos podría provocar nuestra desaparición.

El poeta Robert Frost preguntaba si el mundo acabaría en fuego o en hielo. Utilizando las leyes de la física, podemos predecir cómo acabará el mundo en caso de una catástrofe natural.

En una escala de milenios, un peligro para la civilización humana es la llegada de una nueva glaciación. La última época glacial terminó hace 10.000 años. Cuando llegue la próxima, dentro de 10.000 a 20.000 años, es posible que la mayor parte de Norteamérica esté cubierta por más de medio kilómetro de hielo. La civilización humana ha florecido dentro del reciente y minúsculo período interglacial, cuando la Tierra ha estado inusualmente caliente, pero este ciclo no puede durar para siempre.

En el curso de millones de años, los impactos de grandes meteoritos o cometas en la Tierra podrían tener un efecto devastador. El último gran impacto celeste se produjo hace 65 millones de años, cuando un objeto de unos 10 kilómetros de diámetro se estrelló en la península de Yucatán, en México, y abrió un cráter de unos 350 kilómetros de diámetro, lo que acabó con los dinosaurios, que hasta entonces eran la forma de vida dominante en la Tierra. Es probable otra colisión cósmica en esa escala de tiempo.

Dentro de miles de millones de años el Sol se expandirá poco a poco y consumirá a la Tierra. De hecho, calculamos que el Sol aumentará su temperatura en aproximadamente un 10 por ciento durante los próximos 1.000 millones de años y abrasará la Tierra. Nuestro planeta se consumirá por completo en 5.000 millones de años, cuando nuestro Sol se transforme en una estrella gigante roja. En realidad, la Tierra estará dentro de la atmósfera de nuestro Sol.

Dentro de decenas de miles de millones de años el Sol y la Vía Láctea morirán. Cuando nuestro Sol agote finalmente su combustible hidrógeno/helio, se contraerá en una minúscula estrella enana blanca y poco a poco se enfriará hasta que se convierta en un montón de cenizas nucleares negras vagando por el vacío del espacio. La Vía Láctea chocará con la galaxia vecina, Andrómeda, que es mucho más grande que nuestra galaxia. Los brazos espirales de la Vía Láctea se desgajarán, y nuestro Sol podría ser lanzado al espacio profundo. Los agujeros negros en el centro de las dos galaxias ejecutarán una danza de la muerte antes de colisionar y fusionarse finalmente.

Dado que la humanidad deberá dejar un día el sistema solar y dirigirse hacia estrellas vecinas para sobrevivir, o de lo contrario perecer, la pregunta es: ¿cómo llegaremos allí? El sistema estelar más próximo, Alfa Centauri, está a más de 4 años luz. Los cohetes convencionales con propulsión química, los caballos de arrastre del actual programa espacial, apenas alcanzan 70.000 kilómetros por hora.

A esa velocidad se necesitarían 70.000 años solo para visitar la estrella más próxima.

Si analizamos hoy el programa espacial, hay un enorme vacío entre nuestras pobres capacidades actuales y los requisitos de una auténtica nave estelar que nos permitiera empezar a explorar el espacio. Desde la exploración de la Luna a principios de la década de 1970, nuestro programa espacial tripulado ha enviado astronautas a una órbita a tan solo 500 kilómetros por encima de la Tierra en la lanzadera espacial y en la Estación Espacial Internacional. Para 2010, no obstante, la NASA planea sustituir la lanzadera espacial por la nave espacial
Orion
, que finalmente llevará de nuevo a los astronautas a la Luna el año 2020, tras un paréntesis de cincuenta años. El plan consiste en establecer una base tripulada y permanente en la Luna. Después de eso podría lanzarse una misión tripulada a Marte.

Obviamente hay que encontrar un nuevo tipo de diseño de cohete si queremos llegar alguna vez a las estrellas. O bien aumentamos radicalmente el empuje de nuestros cohetes, o aumentamos el tiempo durante el que actúan. Un gran cohete químico, por ejemplo, puede tener un empuje de varios millones de kilogramos, pero solo actúa durante unos pocos minutos. Por el contrario, otros diseños de cohetes, tales como el motor iónico (que se describe en los párrafos siguientes), pueden tener un empuje débil pero ser capaces de operar durante años en el espacio exterior. Cuando se trata de cohetes, la tortuga vence a la liebre.

A diferencia de los cohetes químicos, los motores iónicos no producen el chorro repentino y drástico de gases supercalientes que propulsa a los cohetes convencionales. De hecho, su empuje es mucho menor. Colocados sobre una mesa en la Tierra, son demasiado débiles para mover algo. Pero lo que les falta en empuje les sobra en duración, porque pueden actuar durante años en el vacío del espacio exterior.

Un típico motor iónico se parece al interior de un tubo de televisor. Una corriente eléctrica calienta un filamento y crea un haz de átomos ionizados, tales como xenón, que salen disparados por el extremo del cohete. En lugar de ser impulsados por un chorro de gases explosivos y calientes, los motores iónicos son impulsados por un tenue pero continuo flujo de iones.

El impulsor iónico NSTAR de la NASA fue probado en el espacio exterior a bordo de la exitosa sonda
Deep Space 1
, lanzada en 1998. El motor iónico funcionó durante 678 días, y estableció un nuevo récord para motores iónicos. La Agencia Espacial Europea también ha probado un motor iónico en su sonda
Smart 1
. La sonda espacial japonesa
Hayabusa
, que llegó a un asteroide, estaba impulsada por cuatro motores iónicos de xenón. Aunque no tenga mucho atractivo, el motor iónico podrá hacer misiones de largo recorrido (que no sean urgentes) entre planetas. De hecho, los motores iónicos pueden convertirse algún día en los caballos de tiro para el transporte interplanetario.

Una versión más potente del motor iónico es el de plasma, por ejemplo el VASIMR (cohete de magnetoplasma de impulso específico variable), que utiliza un potente chorro de plasma para impulsarse a través del espacio. Diseñado por el astronauta e ingeniero Franklin Chang-Diaz, utiliza radioondas y campos magnéticos para calentar hidrógeno hasta un millón de grados centígrados. El plasma supercaliente es entonces eyectado por el extremo del cohete, lo que produce un empuje importante. Prototipos del motor se han construido ya en tierra, aunque ninguno ha sido enviado todavía al espacio. Algunos ingenieros confían en que el motor de plasma pueda utilizarse para llevar una misión a Marte, reduciendo significativamente el tiempo de viaje a unos pocos meses. Algunos diseños utilizan energía solar para alimentar el plasma en el motor. Otros diseños utilizan fisión nuclear (lo que aumenta los problemas de seguridad, puesto que supone poner grandes cantidades de materiales nucleares en el espacio en naves que pueden sufrir accidentes).

Pero ni el motor iónico ni el motor de plasma/VASIMR tienen potencia suficiente para llevarnos a las estrellas. Para eso necesitamos una serie de diseños de propulsión completamente nuevos. Un serio inconveniente en el diseño de una nave estelar es la extraordinaria cantidad de combustible necesaria para hacer un viaje incluso a la estrella más cercana, y el largo período de tiempo antes de que la nave llegue a su lejano destino.

Una propuesta que puede resolver estos problemas es el velero solar. Explota el hecho de que la luz solar ejerce una presión muy pequeña pero continua que es suficiente para impulsar un enorme velero a través del espacio. La idea de un velero solar es antigua, pues se remonta al gran astrónomo Johannes Kepler en su tratado
Somnium
, de 1611.

Aunque la física que hay detrás de un velero solar es bastante sencilla, los avances se han centrado en crear realmente un velero solar que pueda enviarse al espacio. En 2004 un cohete japonés desplegó con éxito dos pequeños prototipos de veleros solares en el espacio. En 2005 la Sociedad Planetaria, Cosmos Studios, y la Academia Rusa de Ciencias lanzaron el velero espacial
Cosmos 1
desde un submarino en el mar de Barents, pero el cohete Volna que lo transportaba falló y el velero no llegó a su órbita. (Un intento previo con un velero suborbital también había fracasado en 2001). Pero en febrero de 2006 el cohete japonés M-V consiguió poner en órbita un velero solar de 15 metros, si bien la vela no llegó a desplegarse por completo.

Aunque los avances en la tecnología de veleros solares han sido penosamente lentos, sus defensores tienen otra idea que podría llevarlos a las estrellas: construir una enorme batería de láseres en la Luna que pueda disparar intensos haces de luz láser hacia un velero solar y hacerlo llegar a la estrella más próxima. La física de dicho velero solar interplanetario es verdaderamente abrumadora. La propia vela tendría que tener cientos de kilómetros y ser construida por completo en el espacio exterior. Habría que construir miles de potentes láseres en la Luna, cada uno de ellos capaz de funcionar continuamente durante años o décadas. (Se estima que sería necesario disparar láseres que tengan mil veces la potencia total actual del planeta Tierra).

Sobre el papel, un enorme velero ligero podría viajar a la mitad de la velocidad de la luz. Un velero solar semejante tardaría solo unos ocho años en llegar a las estrellas cercanas. La ventaja de tal sistema de propulsión es que podría utilizar la tecnología ya disponible. No habría que descubrir ninguna nueva ley de la física para crear dicho velero solar. Pero hay grandes problemas económicos y técnicos. Los problemas de ingeniería para crear una vela de cientos de kilómetros, impulsada por miles de potentes haces de luz láser colocados en la Luna, son formidables, y requieren una tecnología que podría estar a más de un siglo en el futuro. (Un problema con el velero solar interestelar es el regreso. Habría que crear una segunda batería de haces láser en una luna distante para propulsar el velero de vuelta a la Tierra. O quizá la nave podría rodear a una estrella y utilizarla como una honda para obtener suficiente velocidad para el viaje de regreso. Entonces los láseres en la Luna se utilizarían para decelerar el velero de modo que pudiera aterrizar en la Tierra).