"Perdidos en el espacio" y "Star Trek II": Criónica

Un hecho se repite en estas dos películas proyectadas en clase y en muchos otros filmes, series y videojuegos de ciencia ficción. Es el uso de técnicas que consiguen detener la vida durante un tiempo relativamente largo y que tras ese periodo logran despertar al sujeto, el cual está como nuevo. Hablamos de la criónica, llamada también con mayor o menor acierto criogenización, animación suspendida, criosueño, criostasis...

Desde antiguo, la humanidad buscaba muchos objetivos imposibles a su alcance. Quizá los más deseados, por cercanos que parecían, fueran los que se pueden ver en la naturaleza: volar, realizar viajes submarinos o, como es el caso que me ocupa, la posibilidad de dormir durante periodos prolongados. En el mundo vivo encontramos algunas variantes de este proceso: algunos vertebrados pueden hibernar, los insectos pueden hacer diapausa, y las semillas de las plantas son capaces de resistir décadas mediante el proceso llamado dormancia; pero quizá es la criptobiosis de los tardígrados (ese extraño animal de la imagen) el sistema más sorprendente.
Las posibilidades que se nos ocurren son amplias. ¿A quién no le gustaría despertar en el futuro y observar cómo es el mundo? En estas películas lo usaban como método para resistir viajes largos por el espacio, algo similar al uso que se le da para preservar cuerpos de recién fallecidos, ya que en ambos casos se busca despertar siglos más tarde; en el primero se persigue estar vivo para cuando la nave espacial llegue a un lugar del espacio muy alejado, mientras que en el segundo la vigilia se quiere recuperar en el momento en que la ciencia haya avanzado lo suficiente como para despertar y mantener con vida al sujeto.

Estas últimas técnicas se desarrollan en la actualidad en muy pocos lugares en el mundo. Uno de ellos, y casi seguro el más popular, es el Centro Alcor de Estados Unidos.
El procedimiento consiste en introducir el cuerpo, el cual no debe llevar más de 5 o 10 minutos muerto, en un recipiente con una sustancia llamada criopreservante a una temperatura cercana al punto de ebullición del nitrógeno, 77 K. Para mantener la temperatura Alcor utiliza un vaso Dewar enorme, en el que caben seis cabezas y 4 cadáveres (como en los maleteros de la mafia).
Un vaso Dewar, en honor de su inventor James Dewar, es lo que conocemos popularmente como "termo" (figura de la derecha). No es más que un recipiente compuesto por dos capas, entre las cuales se ha hecho el vacío. Como seguramente sabréis el calor se puede transmitir por tres procesos: conducción, convección y radiación (una vez más cito a Kane, Física, páginas 270-278). Para los dos primeros es necesario que haya algún material, ya sea sólido, líquido o gaseoso. Por lo tanto, con el vacío existente entre las dos capas del vaso Dewar la transmisión de calor entre el exterior y el interior puede deberse solo a la radiación. Ésta, como el calor que nos llega del Sol, puede transmitirse por el vacío, para lo que el inventor de este recipiente puso metales en las superficies internas y externas con fines reflectantes. Si os habéis fijado, los "termos" tienen su superficie externa de metal con color brillante.
Es cierto que existe una pequeña transmisión del calor por conducción, porque como es lógico el recipiente interno va unido al externo por unas pequeñas conexiones; aun con esto se consigue mantener la temperatura interior (ya sea el café calentito o los cadáveres helados) durante un tiempo relativamente largo sin que se precise de una energía externa.
El criopreservante que mencione antes debe tener una serie de características, pero desde el punto de visto físico la más interesante es que debe tener una gran afinidad por las moléculas de agua, para que estas, al solidificarse, no dañen los tejidos. En la criopreservación de espermatozoides se usa glicerol y en la de embriones propanodiol, moléculas similares estructuralmente.

Una vez conseguida la criopreservación, pasará el tiempo que consideremos necesario, y llegará el momento más complicado, aquel que implica "volver a la vida" al cadáver, espermatozoide, astronauta o embrión de turno.
Consiste, en el caso de embriones, en cambiar la solución en la que se encuentra la muestra, disminuyendo progresivamente la concentración de criopreservante y aumentando la de agua. En cambio con un cuerpo entero la tecnología actual está lejos de conseguir estos propósitos, si bien los científicos que trabajan en estos proyectos muestran esperanzas de que en un futuro se pueda lograr.

Así que, de momento, más vale preservar la vida que tenemos, porque estos métodos están todavía muy verdes.
Para terminar un apunte: cualquiera de vosotros se puede congelar en Alcor al final de vuestras vidas, el problemilla es que resulta un poco caro, unos 120.000€, así que todavía estáis a tiempo de pedírselo a los Reyes Magos. Feliz Navidad.

"Star Trek II": GJ 1214b

Tras hablar de la terraformación y las condiciones que hacen habitable un planeta en clase, el jueves 17 apareció una noticia al respecto en el diario El Mundo, que a su vez se hacía eco del hallazgo de un planeta extrasolar publicado en Nature. En la página web de esta revista podéis ver el artículo original de Charbonneau et al. (es necesario registrarse y pagar, pero desde algunas facultades se puede ver) y un blog que comenta la noticia.

El planeta (imagen de la derecha) en cuestión es llama GJ 1214b, y orbita alrededor de una enana roja, a unos 40 años luz de nosotros, relativamente cerca. Unos astrónomos aficionados lo descubrieron con medios no demasiado complejos, por lo que podéis animaros a buscar planetas vosotros mismos. El método es sencillo aparentemente: trata de conseguir apreciar un tránsito, es decir, el paso de un planeta entre la estrella y nosotros, de manera que es visto como una disminución en el brillo del astro.

Como comentamos en clase, las características que precisa en planeta para ser habitable son varias, y las podemos ir desmenuzando una por una con respecto a este nuevo planeta que se conoce:

• Es de naturaleza rocosa, por lo que podríamos "posarnos" sobre él sin problemas.
  

• Temperatura: es un factor clave para determinar la posibilidad de vida en un planeta. Los científicos consideran necesaria la presencia de agua en estado líquido para que pueda existir vida. En nuestro caso nos encontramos con el primer escollo: la temperatura estimada es de 200ºC en superficie. Este aspecto viene determinado por la tempeartura de la estrella y la distancia a la que se encuentra el planeta. El astro es una enana roja llamada GJ 1214, con una temperatura de unos 1400ºC en su superficie visible, muy baja, con lo cual es planeta está muy cerca de ella para que tenga una temperatura de 200ºC.
  

• Como consecuencia de esta cercanía el periodo de translación es muy corto con respecto a la Tierra. Completa una órbita cada 38 horas, con lo cual nos podemos olvidar en principio de las estaciones.

• La atmósfera tiene unas propiedades físicas poco recomendables. Presenta 200 kilómetros de espesor, siendo además muy densa y caliente. Puede deberse al hecho de que gran parte del agua esté en estado gaseoso. Por este motivo la presión en la superficie será muy elevada, no hace falta más que pensar que si la densidad es grande y el espesor de la atmósfera también, la presión atmosférica sera enorme. Este es otro de los grandes problemas. Además la falta de luz en la superficie impediría cualquier proceso necesario para la vida, como la fotosíntesis. Se desconoce por el momento la composición química de la atmósfera, por lo que todavía no se puede valorar este aspecto.
  

• La masa del planeta es 6,5 veces mayor que la de La Tierra. Según la Ley de Gravitación Universal de Newton, la fuerza de la gravedad que atrae a 2 objetos es proporcional al producto de sus masas. Por lo tanto la fuerza será unas 6,5 veces mayor, y con una masa dada la aceleración de la gravedad será de unos 65 m/s2.

Parece claro con estos datos que el titular del diario El Mundo :"Una 'supertierra' con agua helada y atmósfera" es demasiado optimista, y en cuanto se entra en detalle, se puede observar que la vida es difícil en estas condiciones. A pesar de esto, según los autores del artículo científico es el exoplaneta descubierto hasta el momento con el mayor parecido a nuestro mundo.

"Star Trek II": Radiactividad

En la parte final de esta película hay una escena cuanto menos sorprendente. En ella se puede ver como un simple cristal protege una zona de alta radiactividad del resto de la nave Enterprise; en la parte radiactiva Spock, inmortalizado por Leonard Nimoy, muere; mientras que al otro lado del cristal al resto de personajes no les sucede nada, por lo menos a corto plazo.

Los materiales radiactivos pueden sufrir desintegraciones de 3 tipos: (Kane: Física, páginas 699 y siguientes; y 719 y ss. , algunas de ellas en Google Books)

• Desintegración gamma: rayos gamma, fotones de alta energía, con gran capacidad de penetración.
• Desintegración beta : electrones, con penetración intermedia.
• Desintegración alfa: núcleos de helio, con la menor penetración de los tres.

Con la misma energía, estas diferencias en la capacidad de penetrar en la materia se deben a los principios básicos de la física. Las partículas alfa son las menos penetrantes porque chocan mucho con los electrones de la materia que atraviesan, ionizándo los átomos, y perdiendo energía (En la imagen no atraviesan una hoja de papel). Los electrones, partículas beta, también pierden energía por ionizar otros átomos, pero dada una energía su velocidad es mayor debido a su masa tan pequeña, penetrando del orden de 100 veces más que la radiación alfa (No atraviesan una capa de aluminio, como se ve en la imagen de la derecha). Los rayos gamma son los más penetrantes porque no producen ionización directa en los átomos, sino indirecta por medio de los electrones a través de 3 procesos, que según la energía que tengan son el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton y formación de pares electrón-positrón (de menor a mayor energía del rayo gamma) en los que no me voy a centrar (En la imagen, atraviesan capas gruesas de materiales pesados).
De esta manera, los núcleos de helio dañarán zonas más externas del organismo, mientras que los rayos gamma llegarán a las zonas más internas.

Por otro lado, el efecto sobre el organismo, medido por el factor de calidad (FC) es más severo en las partículas alfa que en las beta, ya que dejan más energía por unidad de longitud que recorren, y mayor en las beta que en las gamma.

Para evitar este tipo de radiaciones se han utilizado diferentes materiales en distintas aplicaciones, aunque el objetivo que se persigue es siempre el mismo, impedir que llegue al organismo una cantidad suficientemente alta como para producir daños.
En una central nuclear se usa blindaje con gruesas capas de cemento o acero que rodean el núcleo del reactor, así como láminas de metales pesados, sobre todo plomo, que son muy útiles en disminuir el alacance de los rayos gamma.
Una vez que el combustible nuclear ha sido usado en estas centrales, se precisa un desmantelamiento y un almacenamiento de los residuos. Este último paso se puede hacer de diferentes maneras:

• Llevar los residuos al espacio: eliminaría toda posibilidad de daño a los organismos vivos, pero aparte de costoso, es peligroso, por el riesgo que conlleva el lanzamiento de un cohete que lo transporte.
• Enterrarlos: es la opción más usada. Hay técnicas como el Almacenamiento Geológico Profundo (AGP) o el Almacén Temporal Centralizado (ATC).

El AGP implica enterrar los residuos a gran profundidad con una serie de barreras artificiales y naturales que los rodean. La primera barrera sería una cápsula de metal (acero, titanio o cobre), rodeada de una gruesa capa de arcilla que tiene la función de controlar la temperatura que pueda generarse y disminuir el paso de radiactividad. El almacenamiento se debe hacer en lugares con las rocas adecuadas, granito o arcilla principalmente, y que sean estables a largo plazo, es decir, zonas de baja actividad sísmica, con poca población y con pocos recursos naturales. La duración de este tipo de almacenamiento es en principio ilimitada.

En cambio el ATC, como su propio nombre indica, es temporal, de unos 60 años. Este almacenamiento se dispone, al contrario que el anterior, en superficie, y puede almacenar gran cantidad de residuos. Consta de una cadena de montaje del residuo para guardarlo de manera segura, que podéis ver en una animación que aparece en el siguiente enlace.

Volviendo al inicio, los materiales radiactivos son bastante peligrosos como para exponerse a ellos con tan solo un delgado cristal por medio, con lo cual sería recomendable que la Enterprise volviera al lugar donde se desarrolla el proyecto Génesis para que les devuelva la vida cuando comiencen a sufrir las consecuencias de la radiación elevada a largo plazo.

"El hombre sin sombra": Explosivos

En una escena proyectada en clase de la película "El hombre sin sombra" se ve como el protagonista consigue hacer un explosivo mezclando unos líquidos en un tubo, y lanzándolo. En uno de los botes que usa ponía 'ácido sulfúrico' y tras que el profesor nos dijera que podía ser un tema para el blog me puse a ello.

Con ácido sulfúrico, entre otros compuestos claro está, se puede hacer nitroglicerina. Hay mucha historia alrededor de esta síntesis, y me voy a centrar en algunos puntos.
Para empezar, puedo decir que la nitroglicerina fue descubierta en París en el año 1847 por Ascano Sobrero. En la página web del Ministerio de Ciencia y Tecnología, aparece una visita virtual por un museo científico que cuenta con una nitradora, un artilugio usado allá por los años 50 para hacer, como indica su propio nombre, nitraciones, fundamentalmente de glicerina, obteniéndose nitroglicerina. El aparato consiste en un recipiente metido dentro de otro; en el interior se produce la reacción, mientras que el exterior tiene una función de refrigeración. Tiene además en la parte superior un embudo de adición para añadir lo que queramos poco a poco, y en la parte de abajo una llave para sacar los productos.
El proceso es más o menos el siguiente: se mezclan 3 partes de ácido sulfúrico con una de ácido nítrico, este último cuanto más concentrado mejor. En un recipiente que rodea a este se coloca agua con hielos para refrigerar la reacción. En el embudo de adición se pone glicerina, la cual debe caer gota a gota muy lentamente sobre los ácidos mezclados. La reacción es la siguiente:

3 Ácido Nítrico + 1 Glicerina -----> 1 Nitroglicerina + 3 Agua

El ácido sulfúrico actúa como catalizador, formandose nitroglicerina. Es una reacción muy exotérmica, por lo que hace falta colocar el hielo alrededor. Si la temperatura pasa de 30ºC la nitroglicerina puede explotar.
En la parte superior de la disolución se acumulará la nitroglicerina (densidad 1600 kg/m3, menor que la del ácido sulfúrico: 1800), y se debe decantar todo en un recipiente con agua, así la nitroglicerina se quedará en el fondo al ser más densa que este.
Con el agua habremos conseguido que los dos ácidos queden disueltos en ella, y así podremos decantar hasta que nos quede solo la nitroglicerina.

En todo el proceso se debe controlar aparte de la temperatura, cualquier movimiento brusco que pueda hacer que reviente nuestro explosivo. Por lo tanto podemos decir que la energía de activación es muy pequeña. La indeseable reacción es la siguiente:

4C₃H₅(NO₃)₃(l) ---> 12CO₂(g) + 10H₂O(g) + O₂(g) + 6N₂(g)

Como podéis ver se forman 29 moles gaseosos a partir de 4 líquidos, es decir, el volumen aumenta considerablemente, teniendo en cuenta que de promedio un mol gaseoso ocupa 800 veces más volumen que uno líquido.

Por lo tanto, como se suele decir, no hagáis esto en casa, el riesgo es elevado.

Por otra parte, como apunte final, Alfred Nobel pasó a la historia por darse cuenta que al juntar nitroglicerina con tierra de diatomeas, con alto contenido en sílice, ésta se volvía mucho más estable: había creado la dinamita, explosivo de gran potencia y mucha mayor seguridad que la nitroglicerina.
Con todo el dinero que ganó extrayendo petróleo en Bakú, tuvo la magnífica idea de redactar en su testamento que toda esa fortuna serviría para premiar anualmente la labor brillante de personas en campos diversos del conocimiento humano, así como en la búsqueda de la paz. Es lo que conocemos como Premios Nobel en su honor.