Ilustración de la estrella enana ultra-fría TRAPPIST-1 y de sus tres planetas. (ESO)

                           El sistema de TRAPPIST-1 puede tener hasta 3 planetas habitables

En la actualidad nos parece cosa cotidiana el anuncio de las Agencias Espaciales de EE. UU. y de Europa cuando anuncian el descubrimiento de nuevos planetas que, alumbrados por alguna estrella y situados a la distancia adecuada, podría tener las condiciones para la Vida. NO hace mucho podíamos leer en las noticias:

“Tres planetas potencialmente habitables que orbitan alrededor de una estrella enana ultra-fría (TRAPPIST-1) a tan sólo 40 años luz de la Tierra, fueron descubiertos por un un equipo internacional de astrónomos desde el Observatorio La Silla, 470 kilómetros al norte de Santiago de Chile.

 

 

Claro que todos esos descubrimientos sólo nos podrán ser válidos para dentro de muchas décadas o siglos, ya que, nuestras tecnologías están en pañales para poder realizar viajes del calibre requerido en expediciones a otros mundos situados fuera del Sistema solar.

Acordémonos de que la NASA tardó un año en averiguar que la Voyager 1 había salido del Sistema solar, y, lo anunció hace relativamente poco tiempo, cuando el lanzamiento del Ingenio espacial data del año 1977 y ha tardado cerca de 40 años en sumergirse en la región exterior a la que no llegan las partículas del Sol.

Cuando pasen unos 5.000 millones de años, nuestro Sol, agotado el combustible nuclear de fusión, se convertirá en una Gigante roja (proceso que durará unos 600 millones de años) que engullirá a los planetas interiores, y, entonces, la vida, dejará de existir tal como la conocemos. Cuando  alcance su tamaño máximo, que se estima será casi 260 veces mayor y su luminosidad que llegará a 2 700 veces más de la que tiene hoy.

Nuestro Sol, cada segundo, fusiona 4.654.600 Toneladas de Hidrógeno, en 4.650.000 Toneladas de Helio y, las 4.600 Toneladas que en la transmutación se “pierden”, son lanzadas al Espacio Interestelar en forma de luz y de calor. Una pequeña fracción de esa luz y de ese calor (2.000 millonésimas), llega a nuestro planeta para que la Vida sea posible y se produzca el ciclo de la fotosíntesis entre otros beneficiosos fenómenos naturales.

Simulación de Próxima b en la órbita de su estrella, la enana roja Próxima Centauri (ESO/M. Kornmesser)

El empeño que tenemos de seguir oteando el Espacio Exterior y vigilando estrellas que, parecidas a nuestro Sol, puedan contener planetas en órbita que sean idóneos para la Vida, no es gratuito, ya que, aunque aún falta mucho tiempo, si conseguimos continuar por aquí, el suceso llegará y necesitaremos otros lugares en los que asentar colonias humanas.

Claro que, por muchos motivos, las cosas no serán nada fáciles y, no todos los mundos tienen las condiciones de la Tierra. Aunque puedan ser habitables sus variables pueden ser inmensas, y, habrá que adaptarse a nuevas condiciones naturales distintas de las de la Tierra.

Plantas con dos soles y con varias “lunas”, con unas condiciones climáticas distintas a las de la Tierra, con estrella que al no ser de la misma clase que nuestro Sol (G2V amarillo), nos enviarán una luz distinta que cambiará el color de las plantas y los paisajes…

Claro que, llegado ese momento, no tendremos otra salida, habrá que adaptarse a lo que podamos encontrar y que sirva para sustentar nuestras vidas. De los muchos planetas que para entonces tendremos a nuestra disposición, unos serán más idóneos que otros pero… ¡Nos olvidamos de lo más importante! CÓMO LLEGAR HASTA ELLOS.

 Imagen distribuida por el Observatorio Europeo Austral (ESO) el 24 de agosto de 2016 que muestra una recreación artística del cielo en torno a la estrella Alpha Centauri AB, y la enana roja Proxima Centauri, la estrella más cercana al Sistema Solar (Observatorio Europeo Austral/AFP

El rumor era cierto. Próxima Centauri, la estrella más cercana al Sol, alberga un planeta. Un mundo que además, se parece a la Tierra y está situado a una distancia de su estrella que en teoría, le permitiría tener agua líquida, un requisito necesario aunque no suficiente para que pudiera albergar algún tipo de vida

Próxima b, como ha sido bautizado, se convierte por tanto en el planeta más cercano a la Tierra encontrado fuera del Sistema Solar. En el catálogo de exoplanetas (como se denominan los planetas fuera de nuestro sistema) hay más de 2.000 mundos de características y tamaños muy diversos, pero hasta ahora no se había encontrado ninguno tan cercano.

                  Imagen de Próxima Centauri, tomada por el telescopio espacial Hubble (NASA

Esta es la estrella que orbita ese posible planeta habitable y, se encuentra fuera del Sistema solar a 4,2 años luz de nosotros y una distancia de 4,2 años-luz es equivalente a casi 40 billones de kilómetros, un 4 seguido de 13 ceros. Comparemos esto con cifras asociadas a la actividad humana en el espacio hasta la fecha. La máxima distancia de la Tierra a la que los humanos han volado se alcanzó en abril de 1970 cuando la tripulación del Apolo 13 pasó por detrás de la Luna a una altitud de 254 km sobre su superficie, lo que la situó a 400.171 km de la Tierra. Esto es apenas 1,33 segundos-luz de distancia, la máxima a la que ha estado el ser humano hasta el día de hoy. Los ingenios no tripulados, sí alcanzaron distancias más largas pero, eso no nos valdría. Además, fijáos que el Voyager-1 ha tardado 40 años en salir del Sistema solar. ¿Qué nave se necesitaría para hacer un viaje con garantías a Próxima CEntauri.

El calculo realizado con la velocidad que pueden alcanzar nuestras “naves” actuales de unos 50/60.000 Km/h, podríamos ir a Próxima Centauri en un viaje que duraría 30.000 años. ¿Cuántas generaciones tendrían que pasar hasta llegar allí. Además, habrá que contar con los imprevistos (que los habría), con las carencias de la nave no preparada para ese viaje y pondría en peligro la integridad de los viajeros. Cuando oímos decir que vamos a ir a Marte (mucho más cerca) en unos años… ¡Me entra la risa!

                      Estrellas más cercanas al Sol con distancias expresadas en años-luz

Con estos datos en la mano nos podemos desilucionar un poco, ya que, llegamos a comprender que, en ese ámbito de los Viajes Espaciales, estamos aún muy lejos de poder decir que dominamos la técnica de ir a otros planetas, ya que, no podríamos garantizar la seguridad física de los viajeros. Ahora estamos comenzando a vislumbrar ese futuro (aún muy lejos) en el que nuestros descendientes puedan visitar los planetas más cercanos de manera habitual.

Cuando hablamos acerca de por qué es tan difícil ir a Marte, tal vez el ambicioso próximo objetivo a conquistar en nuestro sistema solar, vemos que las dificultades para posar allí seres humanos derivaban principalmente de la distancia a ese planeta. Y, sin embargo, cuando trasladamos a unidades de tiempo-luz los 55 millones de km de distancia más cercana o los 400 millones de km de distancia más lejana a la que la Tierra puede estar del planeta en su recorrido orbital alrededor del Sol, estas distancias resultan ser equivalentes a 3 minutos-luz y a 22 minutos-luz respectivamente, comparables a los 8,3 minutos-luz que nos separan de nuestra propia estrella. Ciertamente, estas distancias palidecen ante la de Próxima b a pesar de ser el exoplaneta más cercano a nosotros.

Sonda Voyager 1. Fuente: NASA/JPL-Caltech.

A día de hoy, la sonda Voyager 1, lanzada al espacio en 1977, es el artefacto humano que más se ha alejado de nuestro sistema solar. La Voyager 1 entró en el espacio interestelar en agosto del 2012 y en la actualidad se encuentra mucho más lejos que Plutón, a algo más de 20 mil millones de kilómetros del Sol, una distancia absolutamente increíble, pero que es de tan solo casi 19 horas-luz, una distancia que sigue siendo imperceptible frente a los 4,2 años-luz que nos separan de nuestra estrella más cercana fuera del Sistema Solar y de su planeta.

Alpha Centauri situada a 4,3 años luz de nosotros nos obligaría a recorrer 41,3 billones de kilómetros de distancia para poder llegar hasta ella. Y, si tenemos en cuenta las velocidades máximas que pueden alcanzar nuestras navez actuales… ¿Cuándo llegaríamos hasta el planeta más cercano que orbita Próxima Centauri y que, posiblemente, sea habitable?

Inmensas Naves surcarán los Espacios Siderales en ese futuro que nunca podremos conocer. Tan grandes como ciudades y en las que, dotadas de toda clase de adelantos: Hospitales, Escuelas, lugares de cultivo hidrophónico, Laboratorios de todo tipo y, en definitiva, irán dotadas de todo aquello que los “habitantes aventureros” pudieran necesitar. No digamos de las tecnologías de a bordo que, como los materiales inteligentes capaces de repararse así mismo en caso de una colisión con micro-meteoritos, la gravedad simulada terrestre… ¡Y un sin fin de adelantos que ahora, ni podemos imaginar! Esas serán las naves que podrán llevar a nuestros descendientes a otros planetas antes de que el Sol, agotado, se despida para siempre antes de convertirse en una Gigante roja primero y en una enana blanca después que se situará en el centro de una bonita Nebulosa Planetaria.

emilio silvera

« Las cosas de la Naturaleza que tratamos de comprender

Los resultados obtenidos venían a desvelar algunos misterios que antes, no tenían explicación.

                 

“Una hipergigante (hypergiant en inglés) es una estrella excepcionalmente grande y masiva, incluso mayor que una supergigante. Su masa puede ser de hasta 1000 veces la masa de nuestro Sol, próxima al límite máximo teórico, el cual establece que la cantidad de masa en una estrella no puede exceder las 120 M_☉ (masas solares). Este límite en masa está asociado a la luminosidad de Eddington, por el que estrellas más masivas simplemente no pueden estar en equilibrio al vencer la presión de radiación interna a la fuerza gravitacional: producirían tanta energía que se desprenderían de la masa en exceso de las 120 M_☉. Aun así, algunas hipergigantes aparentan tener más de 100 M_☉ e, inclusive, haber tenido, inicialmente, entre 200 y 250 M_☉, al contrario de lo que predicen las teorías actuales sobre la formación y evolución estelar.”

A una distancia aproximada de 1100 años luz, R Leporis pertenece a la rara clase de estrellas de carbono, siendo su tipo espectral C6. En estas estrellas, los compuestos de carbono no permiten pasar la luz azul, por lo que tienen un color rojo intenso. En R Leporis la relación carbono–oxígeno estimada es 1,2, más del doble que la existente en el Sol. Tiene un radio entre 480 y 535 veces más grande que el radio solar, equivalente a 2,2 – 2,5 UA. Si estuviese en el centro del Sistema Solar, su superficie se extendería más allá de la órbita de Marte. Su temperatura superficial, extremadamente baja para una estrella, está comprendida entre 2050 y 2290 K. Brilla con una luminosidad entre 5200 y 7000 veces superior a la del Sol, siendo la mayor parte de la energía radiada como radiación infrarroja.çç

 « Nanopartículas

El universo entero es energía. En sus formas diferentes la energía cambia continuamente y lo mismo hace que brillen las estrellas del cielo, que los planetas giren, que los estables átomos formen moléculas y materia, que las plantas crezcan o que las civilizaciones evolucionen.

La ciencia del siglo XIX reconoció la universalidad de la energía y supo ver que la Humanidad sin energía que hiciera el trabajo más duro, no evolucionarían en el bienestar social y el saber.

De todas maneras, aún hoy día, a comienzos del siglo XXI, no tenemos un conocimiento unificado de todos los ámbitos y disciplinas, que relacionados de una u otra manera con la energía, nos presente una visión global y completa de este problema. Los estudios energéticos modernos se presentan fragmentados, divididos en disciplinas, y los científicos que trabajan en cada una de ellas están muy ocupados para leer el resultado obtenido en los otros estudios.

Los geólogos, por ejemplo, al tratar de entender las grandes fuerzas que transforman la superficie del planeta por el movimiento de las placas tectónicas, rara vez están al día de los descubrimientos en las otras ramas de la energética moderna, donde se estudia desde el esfuerzo de un corredor de élite hasta el vuelo de un colibrí.

Los ingenieros se preocupan por las plantas generadoras de electricidad y piensan poco en las constantes fundamentales de la energía o en los cambios que determinaron la evolución de las sociedades antes de la llegada de la civilización de los combustibles fósiles.

Energía es todo, desde el Sol hasta un embarazo; desde el pan que comemos hasta un microchip. Sin embargo, es difícil que un técnico pueda pensar en ello cuando está centrado en resolver el problema del momento.

La progresión lógica se realiza siguiendo una secuencia progresiva desde los flujos de energía planetarios a la vida de las plantas y los animales, siguiendo con la energía humana, la energía en el desarrollo de las sociedades preindustriales y modernas, y concluyendo con el transporte y los flujos de información, que son las dos características más importantes de la civilización de los combustibles fósiles.

Los que han leído algunos de mis trabajos saben que aquí podrán encontrarse con datos y materias diversas, y aunque el tema central, como he reseñado por título, es la evolución por la energía, también podrán leer sobre la entropía, las fuerzas de la naturaleza, el átomo, o incluso, del Sol, los vientos, radiación solar o cualquier dato que, en realidad, pueda estar conectado con el concepto de energía.

Operamos con unidades

El conocimiento, las peculiaridades y las complejidades de las diferentes formas de energías, así como su almacenamiento y transformación, requiere que cuantifiquemos esas cualidades y procesos. Para ello debemos introducir cierto número de conceptos científicos y medidas, así como sus unidades correspondientes.

Al hablar sobre energía nos encontramos con el problema de que el uso en el habla común de muchos términos científicos está equivocado. Como dice Henk Tennekes, “hemos creado una terrible confusión con los conceptos físicos simples en la vida ordinaria”. Pocos de esos malentendidos son tan generales y molestos como los relacionados con los términos energía, potencia y fuerza.

Definimos fuerza como la intensidad con la que intentamos desplazar – empujar, tirar, levantar, golpear… – un objeto. Podemos ejercer una fuerza enorme sobre la roca que sobresale en una montaña incluso si ésta permanece inmóvil. Sin embargo, sólo realizamos trabajo cuando el objeto que empujamos se mueve en la dirección de la fuerza aplicada. De hecho, se define el trabajo realizado como el producto de la fuerza aplicada por la distancia recorrida. La energía, como se define en los libros de texto, es “la capacidad de hacer trabajo”, y así, ésta se medirá con las mismas unidades que el trabajo.

Si medimos la fuerza en unidades denominadas newton (N), llamada así en honor de Isaac Newton, y la distancia en metros (m), el trabajo se mide en la malsonante unidad de newton-metro. Para simplificar, los científicos llaman al newton-metro julio (J), en honor de James Prescot Joule (1818 – 1889), quien publicó el primer cálculo preciso de la equivalencia entre trabajo y energía. El julio es la unidad estándar de trabajo y energía.

La potencia es simplemente la tasa de trabajo, es decir, un flujo de energía por unidad de tiempo. A un julio por segundo lo llamamos vatio (W) en honor de James Watt (1736 – 1819), inventor de la máquina de vapor mejorada y el hombre que estableció la primera unidad de potencia, que no fue el vatio sino el caballo de vapor (CV), una unidad aproximadamente igual a 750 W.

Seguimos con algunas tablas para documentarnos:

Para avanzar un poco más tenemos que pasar de empujar y tirar (lo que llamamos energía mecánica o energía cinética) a calentar (energía térmica). Definimos una unidad llamada caloría como la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de un gramo de agua desde 14’5 a 15’5 ºC. Usando esta unidad podemos comparar energías térmicas, pero una vez más, esta unidad no nos permite comparar todas las clases diferentes de energías.

Si nos preguntamos ¿qué es la energía?, esta pregunta no es fácil de contestar. Incluso uno de los más grandes físicos modernos resulta de poca ayuda: “es importante darse cuenta de que en física, en realidad, no se sabe muy bien qué es la energía. No tenemos una idea de por qué la energía está formada por pequeños pulsos de una cantidad definida”, decía Richard Feynman en su libro Lectures on Physics.

David Rose, para definir la energía, decía: “es un concepto abstracto inventado por los físicos en el siglo XIX para describir cuantitativamente una amplia variedad de fenómenos naturales”.

E: representa la energía

m: la masa

c: la velocidad de la luz en el vacío ¡casi 300 000 km/s!

Einstein nos dijo: “la masa y la energía son manifestaciones de una misma cosa”.

El conocimiento moderno de la energía incluye un número de descubrimientos fundamentales: la masa y la energía son equivalentes; los diferentes tipos de energía están relacionados por muchas transformaciones; durante esas transformaciones, la energía no se destruye (primer principio de la termodinámica) y esta conservación de la energía está inexorablemente acompañada por una pérdida de utilidad (segundo principio de la termodinámica).

El primer descubrimiento, descrito en una carta de Einstein a un amigo suyo como una “idea atrevida, divertida y atractiva”, se resume en su ecuación m = E/c², que en su versión más famosa se escribe como E = mc²; la ecuación más conocida de la física.

El segundo descubrimiento se demuestra continuamente en miles de trasformaciones energéticas que se producen en el universo. La energía gravitatoria mantiene las galaxias en movimiento, a la Tierra girando alrededor del Sol y confinada la atmósfera que hace nuestro planeta habitable. La transformación de la energía nuclear en el interior del Sol produce el continuo flujo de energía electromagnética, llamada radiación solar. Una pequeña parte de esa energía llega al planeta Tierra que, a su vez, libera energía geotérmica. El calor producido en ambos procesos pone en movimiento la atmósfera, los océanos y las gigantescas placas tectónicas terrestres.

Una pequeña parte de la energía radiante del Sol se transforma, a través de la fotosíntesis, en reservas de energía química, que son utilizadas por muchas clases de bacterias y plantas. Los seres heterótrofos (organismos que van desde las bacterias, los protozoos y los hongos hasta los mamíferos), ingieren y reorganizan vegetales de las plantas en nuevos enlaces químicos y los utilizan para crear energía mecánica (cinética).

La energía química almacenada durante millones de años en los combustibles fósiles se libera por combustión en calderas y máquinas como energía termal (térmica), la cual, a través de muchos procesos se convierte en energía mecánica, química o electromagnética.

La colisión entre las placas terrestres lleva a que las rocas conformantes de la corteza puedan romperse (fallarse) o bien plegarse. Este último proceso ocurre en aquellos estratos rocosos que se ven sometidos a altas presiones y temperaturas, que permiten que las rocas se tornen dúctiles. Las cadenas montañosas o cordilleras se generan por la colisión de las placas tectónicas y, por lo general, se localizan cerca de sus márgenes.

El segundo principio de la termodinámica se refiere a la inevitable realidad de que a lo largo de la cadena de transformación de la energía se va perdiendo la capacidad de realizar un trabajo útil. Hay una magnitud asociada con esta pérdida de utilidad de la energía que se llama entropía; en cada transformación la energía se conserva, pero la entropía del sistema en su conjunto sólo puede aumentar. No hay nada que podamos hacer contra esta disminución de utilidad. Un barril de petróleo es un almacén de energía muy útil y de baja entropía que se puede transformar en calor, electricidad, movimiento y luz. Las moléculas calientes de aire emitidas por el tubo de escape de un motor o la luz que rodea una bombilla representan un estado de alta entropía en el que se producen irrecuperables pérdidas de utilidad.

En un sistema cerrado, este proceso unidireccional de disipación entrópica tiene la inevitable consecuencia de una pérdida de la complejidad y un aumento de la homogeneidad. Esto se puede ver si usted compara la multitud de moléculas orgánicas que componen el petróleo con la monotonía de unos pocos tipos de moléculas sencillas que forman los gases del tubo de escape.

Por el contrario, todos los organismos vivos (desde las bacterias hasta las civilizaciones humanas) son sistemas abiertos, que están importando y exportando energía constantemente; son capaces de mantenerse en estado de desequilibrio químico y termodinámico, creciendo y evolucionando hasta una mayor heterogeneidad y complejidad. Desafían temporalmente la tendencia entrópica.

No conviene utilizar unidades inadecuadas para medir esta gran variedad de procesos, porque casi siempre las cifras estarían seguidas o precedidas de muchos ceros. Tanto el julio como el vatio representan respectivamente cantidades muy pequeñas de energía y potencia. Aproximadamente 30 microgramos de carbón o 2 segundos de metabolismo de un ratón de campo equivalen a 1 julio. Un vatio es la potencia de una pequeña vela encendida o el vuelo rápido de un colibrí.

Emilio Silvera