El cinturón de asteroides y las películas

Cuando vemos una película como la guerra de las galaxias, hay escenas en las que el prota, con gran valor y temeridad, se mete en un campo de asteroides para dar esquinazo a los malvados enemigos. Es un recurso habitual que añade emoción a la trama (aunque ya sabes que siempre uno de los malos se acaba estampando con un asteroide). Pero, ¿cuánto de verdad tiene este tipo de escena?

Lamentablemente para el prota y afortunadamente para nosotros, exploradores del cosmos, esto no es así.

Si recuerdas las clases del cole, entre marte, planeta rocoso más alejado del sol, y Júpiter, primer planeta gaseoso, hay un cinturón de asteroides. Aunque intuimos que hay cientos de miles o millones de piedras de todos los tamaños allí dando vueltas al Sol, no son tantas como parecen.

Situación del cinturón de asteriodes
Situacion y tamaño del cinturón de asteroides. Crystalynk.com
Se puede ver más o menos la escala de distancias de Júpiter con el resto de planetas y lo ancho del cinturón.

El material del cinturón, apenas un 4 % de la masa de la Luna, se encuentra disperso por todo el volumen de la órbita, por lo que sería muy difícil chocar con uno de estos objetos en caso de atravesarlo.

Si observamos la imagen anterior, el cinturón es muy muy ancho y esta en una circunferencia mayor que la orbita de la tierra, eso es mucho espacio, millones y millones de kilómetros cuadrados. Además hay muy poca masa en él, la mayoría de los fragmentos son pequeños (comparados con los planetas) de unos pocos km de lado.

La mayor parte de la masa la acumula Ceres, hasta un tercio de la masa del cinturón, cuando se descubrió el 1 de enero de 1801, ya se sabía que era pequeño, pero se le consideró planeta durante más de 50 años.

Se cree que entre Ceres, Pallas y Vesta suman casi la totalidad de la masa del Cinturón de Asteroides siendo estos los de mayor diámetro (932, 538 y 522 Km, podríamos ponerla encima de España y su sombra no taparía todo el país). No se sabe cuántos asteroideos hay, se dan estimaciones de más de un millón el número de asteroides que sobrepasan el Km de diámetro. La realidad es que el volumen espacial del Cinturón es elevado por lo que las distancias entre cada asteroide y los demás es de millones de Km.

Bueno, a lo que nos ocupa.  En el origen del sistema solar se cree que la población de asteroides era mayor, pero una gran parte fueron eyectados fuera del sistema solar, sobreviviendo solamente menos del 1 % de los asteroides iniciales. Debido a la elevada población del cinturón principal las colisiones entre asteroides suceden de manera frecuente, en escalas de tiempo astronómicas. Se estima que cada 10 millones de años se produce una colisión entre asteroides de más de 10 km de diámetro. El último choque, estadísticamente, se produjo antes de que los hombres andasen por la tierra.

Tamaño comparativo de los planetas enanos del sistema solar
Tamaños a escala de varios cuerpos del cinturón, Vesta, Palas e Higia. Del resto hablaremos más adelante.

Hasta hoy se han descubierto más de 20.000 asteroides y de unos 15.000 se dispone de datos provisionales de sus órbitas, los demás deben seguir siendo observados para conocer mejor sus datos orbitales.

Si, todo esto es muy interesante, pero como de peligrosos son en realidad. Esto no nos ha preocupado en los primeros años de exploración espacial, con la Luna, Venus, Marte, Mercurio, el propio Sol y espiarnos a nosotros mismos desde el espacio, teníamos bastante. Pero un día decidimos ir a Júpiter, y éste está al otro lado del cinturón.

Se han lanzado un total de 13 sondas a cuerpos del cinturón de asteroides (simplificando, algunos estaban cerca de él, pero no pertenecían al cinturón)

11 sondas más han ido a júpiter, atravesando el cinturón de asteroides.

De ellas 3 siguieron a Saturno y dos de éstas a los gigantes de hielo, Neptuno y Urano y una más fue lanzada solo a Saturno.

Y por último la New Horizons que se lanzó a Plutón y aún sigue su camino más allá.

Ninguna de las 25 sondas que ha atravesado o navegado el cinturón ha tenido problemas, por lo que los campos de asteroides de Hollywood nada tienen que ver con la realidad.

Es más, de las cuatro primeras naves que cruzaron el cinturón de asteroides, las Pioneer 10 y 11 y las Voyager 1 y 2, en la década de 1970, ninguna pasó a menos de un millón de kilómetros (tres veces más lejos que la Luna) de ningún asteroide conocido. Como tampoco lo hizo la sonda Cassini en el 2000, en su viaje hacia Saturno.

Siendo justos, es cierto que estas sondas registraron pequeños impactos de polvo espacial… entre 20 y 40 impactos por sonda, pero como bien sabemos, han seguido funcionando sin problemas. No han tenido daños ni han afectado a la sonda o a la misión… mosquitos en el parabrisas.

Mi consejo, al igual que con los movimientos en el espacio, desconfía de Hollywood, normalmente se asesoran bastante mal.

Materia oscura

La materia oscura es uno de los grandes misterios de la cosmología, se habla de ella como de algo que no es de nuestro mundo, un cosa extraña que se ha colado de otra dimensión. ¿Qué es? Y ¿cómo sabemos que existe?

Para empezar, deberíamos decir que los extraños aquí somos nosotros. Usted y yo estamos hechos de materia, como todo lo que nos rodea y podemos tocar. Esta materia, familiar para nosotros, es lo que los físicos denominan materia bariónica.

Se estima que la materia bariónica representa el 4% de la masa y composición del universo. Hasta el 22 % es materia oscura. Como veis, lo extraños somos nosotros. El resto, un 74% es energía oscura.

Lo que sabemos es que:

  1. pesa, es decir, interactúa con la masa bariónica, así es como nos hemos dado cuenta de su presencia, hay mucha e influye en la masa que vemos, la atrae.
  2. no se ve, no es que sea negra, es que no interacciona con la luz, es decir no se puede ver, ni tapa la luz, este delante o detrás se otros cuerpos en el espacio. Pero no solo eso, no interacciona con nada del espectro electromagnético, ondas de radio, calor, microondas… es transparente a todo.
  3. no tiene carga eléctrica. Es decir, no podemos ver interacción, atracción o repulsión, con campos magnéticos

La materia oscura es el resultado de las observaciones realizadas en las galaxias. Al parecer, viendo sus movimientos y velocidades, los cálculos dicen que falta masa, que para que las estrellas se muevan como lo hacen en una galaxia y que las galaxias se muevan entre sí, falta masa que lo explique.

Lo mejor de todo es que, aunque seguimos sin verla existen al menos 11 evidencias distintas de su existencia, que además apuntan al mismo resultado en cuanto a las cantidades de masa que faltan y que no vemos.

Se ha intentado explicar cada una de ellas con otras propuestas, pero la materia oscura explica todas las observaciones y todas las observaciones cuadran con la hipótesis de la materia oscura.

Además se ha podido calcular su distribución en las galaxias, viendo que esta en todas partes, la materia oscura convive con la materia bariónica, ¡se atraen, pero no chocan! Estos tipos de materia ¡se atraviesan sin más!

Si estás pensando que no es posible que la materia oscura este ahí y no la veamos ya existen otras partículas con masa que nos rodean de forma constante, no las vemos, no las sentimos, incluso nos atraviesa. Mientras lees este artículo, millones de neutrinos te han atravesado. El Sol produce cantidades enormes de neutrinos que nos atraviesan, a nosotros y la tierra completa, y se pierden en el espacio.

Por analogía, la materia oscura, es como los neutrinos, salvo que los neutrinos los hemos podido detectar y la materia oscura no, tan solo sus efectos. Ambos están ahí, ambos nos traviesan, no los vemos, ni los sentimos… pero no, no son lo mismo. La cantidad de neutrinos, partículas de muy baja masa, no son suficientes para explicar las cantidades de materia oscura que interacciona con las galaxias.

Mi consejo, estad atentos, en los próximos años es posible que se solvente este misterio de la naturaleza, o que los seres oscuros, nos encuentren a nosotros… quien sabe.

Serie Hazañas en el cosmos. Capitulo segundo: Leonov

Comentario del 12/10/19: Mientras retocaba el articulo para su publicación este jueves, se ha publicado la noticia de la muerte de nuestro protagonista. Leonov ha muerto el 11/10/19 a los 85 años de edad. Lioska, has vuelto a las estrellas.

Los soviéticos avanzaron de forma espectacular en los inicios de la carrera espacial, en pocos años pusieron el primer satélite en órbita, el primer ser vivo, el primer hombre, la primera mujer y, lo que motiva esta entrada, realizaron el primer paseo espacial.

El paseo espacial requería una nave capaz de despresurizarse para salir y volver a presurizarse al entrar. Para ello, dos ocupantes, el piloto y el cosmonauta que daría el paseo espacial, tenían que viajar con trajes de presión adaptados al espacio, algo que nunca se había probado.

Este era el octavo vuelo tripulado de la URSS, y aunque el lanzamiento del cohete parecía ya algo rutinario y exento de peligro, era el segundo vuelo de la Vosjod, nave sucesora de la Vostok, que recordareis de la entrada sobre Yuri Gagarin, que tenía capacidad para tres cosmonautas en lugar del único ocupante de las Vostok. El esquema era el mismo, una esfera que sería el modulo de descenso y un módulo adosado con el combustible y los motores.

La nave se completó con un accesorio, un tubo extensible en la escotilla, que se desplegaba para permitir Alekséi Arjípovich Leónov (en ruso, Алексе́й Архи́пович Лео́нов), hacer la primera caminata espacial. Aleksei debía salir de la capsula al tubo y de ahí al exterior para luego regresar a la nave, mientras, su compañero, Pável Beliáyev (Павел Иванович Беляев) le esperaba dentro. Este tubo hacia las veces de exclusa, algo así como la doble puerta de los bancos, se abre una y después la otra, pero no las dos a la vez, así no pierdes el aire de la nave. Esta esclusa era un elemento “hinchable”, ya que se lanzó plegada sobre la escotilla y se extendió una vez en órbita. La esclusa, de nombre Volga era, una vez desplegada, un cilindro que tenía el tamaño de una persona. Contaba con una compuerta que se cerraba de forma automática, en el exterior y la propia compuerta de la nave en el interior.

Nave Vosjod 2
Voskhod 1, sin la esclura y Voskhod 2 con ella plegada. Wikipedia

Todo se desarrolló según lo previsto, estuvo en el exterior durante 12 minutos y 9 segundos, flotó, ligado a la nave, con un cordón de más de 5 metros. El problema vino al intentar entrar. La maniobra de salida se hacia con la cabeza por delante, pero al entrar, Alekséi debería entrar con los pies por delante para quedar al lado de la puerta exterior y poder cerrarla si esta fallaba. Cuando el cosmonauta quiso entrar, vio que no podía flexionarse para meter primero los pies, era un hombre “rígido” y maniobrando con las manos, solo conseguía meter primero la cabeza.

Esclusa y traje Berkut de la misión Vosjod 2
Esclusa Volga y traje extravehicular Berkut. Wikipedia

La maniobra debía realizarse al revés, es decir, entrar con los pies por delante. Al agarrarse al borde de la esclusa e intentar meter los pies, Alekséi no podía flexionar la cintura o las piernas para introducirlas primero. Simplemente, no cabía y no podía doblarse.

Al entrar con la cabeza por delante, una vez dentro, existía un mecanismo automático que cerraba la compuerta exterior, pero este elemento fallaba una de cada 10 veces, de ahí que, al entrar con los pies por delante, se quedaban los brazos en el lado exterior de la exclusa y podía cerrarla de modo manual.

Sello de la misión Vosjod 2
Sello postal de la misión. Wikipedia

La maniobra se había ensayado muchas veces en un avión en caída libre para simular la “falta de gravedad”, pero al hacerse a presión atmosférica, no se detectó el problema de hinchamiento del traje Berkut.

Al no tener presión exterior que mantuviese el traje en las dimensionen normales, al estar lleno de aire, el traje se hichó, como un globo a presión, por eso no podia doblarse para entrar en la esclusa.

Al entrar con la cabeza por delante, no podía darse la vuelta dentro de la esclusa hinchable, no podía cerrar la compuerta externa.

Si la cosa no estaba suficientemente tensa, el traje hinchado y deformado, estaba creciendo, asique las manos se le salían de los guantes, el traje había aumentado de talla y la cosa se le complicaba a Alekséi.

Aquí es donde la sangre fría y un poco la suerte, ayudan a resolver la situación. Los diseñadores del traje habían previsto que este pudiese trabajar a 0,27 o 0,4 atmosferas de presión por lo que tenía una válvula para poder vaciar de aire y bajar la presión interna (suerte que se había diseñado así). En este momento Alekséi era poco menos que un cosmonauta dentro de un globo. Lo que hizo fue deshinchar el traje para bajar la presión (sangre fría del cosmonauta, pues eso implica perder oxígeno).

Esta maniobra es más peligrosa de lo que creemos. Al bajar la presión del aire, que es oxígeno puro en el traje del cosmonauta, sucede lo mismo que pasa al subir a una gran altura, por lo que empezó a asfixiarse. Por ejemplo, la presión de oxigeno a nivel del mar es de 0.21 Atmosferas, en el Everest es de 0.07 atmosferas. Este descenso tan brusco podría haberlo matado por asfixia.

Al borde del desmayo, Alekséi consigue entrar y cerrar la compuerta exterior, está en el interior de esclusa, asique ahora, rápidamente, su compañero Pável, comandante de la misión, debía igualar las presiones rápidamente para que Alekséi pudiese entrar a la nave y respirar a presión normal.

Sin adornarlo más, lo consiguieron por los pelos.

Alekséi Leonov en el traje Berkut
Cosmonauta Soviético Alexei Leonov. Fuente: Roscosmos

Ahora, una vez cumplida la misión, solo quedaba volver, pero… tampoco iba a ser una tarea fácil.

El sistema automático de control falló, por lo que debieron encender los motores de forma manual, algo que no se había hecho antes. El problema de esto es la exactitud que debe tenerse para caer donde se quiere, el momento de encendido y la duración, deben ser muy precisos.

No contentos con esto, la presión parcial de oxigeno en la cabina, no paraba de subir. El aire dentro de las naves de la URSS y ahora de Rusia, es aire corriente N2 y O2 en la misma proporción que en la atmosfera. Pero al aumentar la proporción de Oxígeno, todo se vuelve más inflamable y con más facilidad, cualquier chispa puede producir un incendio.

No tardando más, había que volver, ya que no pudieron encontrar el problema del oxígeno. Recordemos que estamos sin control automático, hay que volver usando el Piloto Humano. Al hacerlo manualmente, la Vosjod 2 aterrizó en Siberia a 386 kilómetros del lugar previsto.

Aunque le quitemos suspense a este imprevisto, los servicios de rescate los encontraron con relativa rapidez, el problema era que estaban empapados de sudor y a menos de 20º bajo cero. Les lanzaron mantas y ropa desde los helicópteros, pero no pudieron posarse por estar en medio de un bosque, debían esperar a los equipos de tierra.

La primera noche la pasaron solos escuchando unos cuantos lobos aullando. Ambos cosmonautas, conocedores de lo que es Siberia, saben que hay poco alimento en esa época y que ellos están en el menú de los lobos.

La ayuda llegó tras la primera noche, hicieron fuego y e instalaron tiendas de campaña donde esperar el rescate, pero aún pasaron otro día y otra noche.

Postal de Leonov y Belyaev, de la Vosjod 2
Postal de ambos cosmonautas.

Aunque me extienda, leereis por ahí que la misión salió por los pelos y no se cuantos rankings de cosas que pudieron haber sido un fracaso. Desde mi punto de vista, la preparación, la técnica, el diseño y la planificación, hicieron un exito la misiuón a pesar de los incidentes.

Esta hazaña, digna de una película, se puede ver en el film ruso “El tiempo de los primeros” o en su versión en occidente “Spacewalker”. Mi consejo, no dejéis de verla, a ser posible, en ruso subtitulada. Otro consejo, Lioska era un gran pintor, échale aqui, un vistazo a su obra.

Cuadro de Alekséi Leonov
Alekséi se pinta a si mismo en el paseo espacial. Sputnik

Serie “Cómo funciona el cosmos”. Capitulo tercero Órbitas de Hohman

La Luna

En la primera entrada de esta serie hablábamos sobre estar en órbita. Todos nuestros viajes espaciales empiezan ahí, da igual si nos quedamos en orbita o, en el mismo impulso alcanzamos la orbita y seguimos a otro planeta o la luna.

Para hacerlo todo más sencillos, nos quedaremos en el sistema Tierra-Luna. Imaginemos que queremos ir a la luna. No “apuntamos”, disparamos un misil de 3000Tn y listo… no es tan sencillo.

Para empezar, debemos recordar que no flotamos en el espacio, estamos en orbita circular (circular por simplificar). Si encendemos el motor de la nave, la órbita se convertirá en una elipse. El punto más cercano será de donde partimos y el punto más lejano es donde queremos llegar.

Veámonoslo en la imagen inferior:

Órbitas de Hohman

Archivo:Hohmann transfer orbit.svg – Wikipedia, la enciclopedia libre

Estamos en orbita en la tierra (línea verde). Para ir a la luna, teneos que cambiar la forma de la órbita, con un impulso la convertimos en la amarilla. Hay que acelerar lo justo para que el máximo llegue al punto de destino. Si no hacemos nada más, tras pasar por la luna, volveríamos a casa (Trayectoria de retorno libre, ya hablaremos más sobre ello). Pero como lo que queremos es quedarnos debemos volver a encender los motores. En el dibujo no esta la luna, asique lo que hace es volver a acelerar para mantener la orbita roja. Si en lugar de “subir la órbita”, queremos quedarnos en la órbita de la luna, lo que debemos hacer en este punto es “frenar” para que nos atrape la gravedad de la luna en este caso:


W. David Woods. “How Apollo flew to the Moon”

Tras la pequeña orbita alrededor de la tierra (Earth), alcanzamos el punto de impulso TLI (¡al otro lado de la Tierra!), dejamos la óribita inicial para entrar en una órbita que llega hasta la Luna, después el punto de frenada LOI (al otro lado de la Luna) y lo que más me impresiona, las posiciones de la Tierra y Luna en el momento del lanzamiento y de la llegada.

Lo mejor de todo es que “disparan” no donde está la Luna, si no donde va a estar… ¡3 días después!

Si la luna no estuviese ahí y su gravedad no capturase la nave, vemos la trayectoria de vuelta en discontinua, en este caso no hace falta ningún impulso extra, solo frenar al llegar a casa para no volver a irnos tan lejos.

En el caso de abajo vemos que no frenamos y la gravedad de la luna no retiene la nave.


W. David Woods. “How Apollo flew to the Moon”

Esta mecánica es aplicable a cualesquiera de los cuerpos, normalmente la tierra y el destino, pero se puede complicar tanto como queramos e ir viajando de cuerpo en cuerpo del sistema solar, como las Voyager en su día.

Aunque hay órbitas más “estrechas” y por lo tanto más directas, requieren de más velocidad y por lo tanto de más energía. Las órbitas de Hohman, son las de menor energía, por lo que si no tenemos prisa, son las más interesantes para nuestro viaje. Esta es una pequeña aproximación a los que es la mecánica orbital, o como vamos de un sitio a otro en el espacio.

Mi consejo, cuando veas películas en la que las naves luchan entre sí con movimientos propios de los aviones, ya sabes que no es así como se mueven realmente, desconfía de Hollywood.

Interceptor de meteoritos

Ariculo sobre intercepción de meteoritos

Una de las cosas más interesantes de la inteligencia es la capacidad de estudiar el pasado, escribirlo con las pistas que nos deja el tiempo y tener la capacidad de previsión para el futuro. Nosotros, como especie inteligente, tenemos estas capacidades.

Sabemos que ha habido al menos 5 extinciones masivas a lo largo de la historia, algunas han acabado con más del 90% de los seres vivos del planeta en ese momento. Ha pasado y volverá a pasar. El tiempo es algo muy subjetivo, nuestra vida es a penas un suspiro en tiempo cósmico, y todo nos parece muy estable, pero no lo es.

Los volcanes, cambios del clima o grandes meteoritos, son fenómenos que alteran en poco tiempo el entorno, provocando desequilibrios en la naturaleza y las extinciones masivas. Organismos perfectamente preparados para su entorno, dejan de estarlo. El entorno ha cambiado.

Poco podemos hacer, más que saber que va a pasar, con nuestra inteligencia y tecnología, salvo para una de esas amenazas. La caída de un meteorito.

Si vemos los números, la probabilidad es pequeñas ¿por qué preocuparse? La probabilidad hoy es pequeña, pero en tiempo cósmico es del 100%. Es seguro que caerá un meteorito devastador, lo que no sabemos es cuando. Siendo conscientes de ello, muchas agencias espaciales estudian los NEAs (Near Earth Asteroids) que son aquellos que se aproximan a la tierra y cuyas órbitas están entre 0,7 y 1,3 veces la distancia al Sol. Muchos de ellos se mueven cruzando la orbita de la tierra. Su número es desconocido, pero se conocen 1.000 con diámetros de más de 30 km. Si bajamos el diámetro a 1000 metros, puede haber unos 20.000. Cuanto más pequeños son, más hay, y más difícil es encontrarlos y seguirlos. Aquellos que se acercan a menos de 0.05 UA o 7.5 millones de kilómetros, son los asteroides potencialmente peligroso o PHA (siglas en inglés de potentially hazardous asteroid)

Ilustración de un meteorito acercandose a la tierra.
La caida de un meteorito es una de las catastrofes que podemos evitar, con planificación y tiempo.

Hay otro problema, los que no conocemos. Hay objetos que nos visitan cada 1000, 2000, o 20000 años, los cometas o los asteroides de periodo largo y que no sabemos que existen porque, desde que tenemos registros, no han pasado ni están catalogados.

Esto se sabe desde hace tiempo y cada año de descubren y catalogan más objetos potencialmente peligrosos, sin embargo, aunque tenemos la tecnología, no existe un plan consistente para rechazar un objeto peligroso. En las películas catastrofistas que hemos visto, montan rápidamente una expedición para salvar la tierra, pero esto no es algo que se pueda hacer por la fuerza bruta y en poco tiempo.

Sin embargo, esto ha cambiado. Del 11 al 13 de septiembre, se reunieron en Roma más de 130 científicos de la NASA y la ESA para poner en marcha el proyecto HERA, que es una misión para probar desviar un asteroide mediante el impacto de una sonda.

Hay varios métodos para cambiar la trayectoria de un asteroide, todos requieren tiempo, ya que la energía para poder desviarlo a, digamos, la distancia de la luna es mucha. Sin embargo, moverlo un centímetro, cuando esta muy lejos, hará que se desvíe lo suficiente para cuando llegue a la tierra.

Los métodos, aunque te suenen muy descabellados son, por ejemplo, desviarlo mediante un pequeño empujón, o impacto. Desviarlo mediante la atracción gravitatoria de una sonda su alrededor, que irá corrigiendo su posición para moverlo… muy muy muy muy poquito. Otro método es usar el efecto Yarkovsky, y este método es la bomba.

Resulta que el ingeniero polaco Ivan Osipovich Yarkovsky  (1844–1902) calculó que si un cuerpo pequeño, hasta unos 10 km, no es uniforme en su superficie, hay unas partes que absorben y desprenden más energía procedente de la luz del sol que otras. Al emitir esa energía, se crea un desequilibrio en la emisión, algo así como un pequeño propulsor que se recarga cuando mira al sol y se descarga en la sombra… asique al final, la trayectoria se modifica por este pequeño empuje. ¿Y como usamos eso en nuestro beneficio? Fácil, pintando un asteroide con los colores que nos interese, eso sí, muuuucho tiempo antes de que llegue, recordemos que el empuje es muy pequeño y necesitamos tiempo. Lo malo, hay que ir allí con mucha pintura, a más pintura, más combustible.

Ilustración del efecto Yarkovsky
Efecto Yarkovsky. Wikipedia

La conclusión es que necesitamos conocer con gran exactitud la órbita de cada objeto, así podremos anticipar los acercamientos y trabajar durante meses o años para poder desplazar el objeto lo justo para que evitar la colisión. El otro problema es tener preparada una misión espacial y no perder la oportunidad de desviar el objeto peligroso.

Mientras escribía estas líneas se ha hecho público, según publica Daniel Marín en Eureka, que la nasa ha aprobado una misión para buscar asteroides potencialmente peligrosos (PHA) y NEAs. La NASA lanzará esta sonda al punto de Lagrange L1 y esperan detectar el 90% de los objetos de más de 140 metros.

Telescopio de infrarrojos NEOSM de la NASA
Telescopio Infrarrojo NEOSM. NASA

Esperemos que sea un éxito y tengamos nuestro entorno algo más controlado.