ii curso de ciencias planetarias - campus.usal.escampus.usal.es/~geozona/planetas/edicion2004/libro...

II Curso de Ciencias Planetarias

Universidad de Salamanca

Salamanca del 24 al 27 de Marzo

Ciencias Planetarias Salamanca 2004

Dedicado a todas la victimas del 11-M


Este libro recoge las ponencias del II Curso de Ciencias Planetarias, celebrado en la ciudad de Salamanca los días comprendidos del 24 al 27 de Marzo de 2004. Organizado por la Asociación de Estudiantes de Geología Geozona, perteneciente a la universidad de dicha ciudad.


Presentación

“II Curso de Ciencias Planetarias”

Las materias interdisciplinares muchas veces no tienen cabida en los planes de estudios oficiales, por lo que algunas parcelas del saber aunque desarrolladas parcialmente en distintas carreras universitarias no suelen ser expuestas en su totalidad a los estudiantes universitarios.

Este es el caso de las Ciencias Planetarias de las que los estudiantes de geología o

física aprenden algunos aspectos en su currículo docente pero nunca abordan en su contenido interdisciplinar.

Por ello es una excelente idea el planteamiento de este curso que viene a llenar una laguna existente en la formación de nuestros alumnos en un tema como la exploración de nuestro sistema planetario en el que últimamente se están obteniendo logros espectaculares. Los asistentes al curso cuyas lecciones se recopilan en este libro pueden acceder a temas tan diversos y atractivos como puede ser la estructura del sistema solar, la influencia de los campos magnéticos en el sistema de orientación animal, el futuro de la estación espacial internacional o la búsqueda de moléculas orgánicas fuera de nuestro planeta.

El curso plantea una acertada combinación de temas que permiten a los

participantes adquirir una visión muy completa de cual es la situación actual de los conocimientos en estas facetas tan distintas de las Ciencias Planetarias, por ello es agradecer a los investigadores participantes así como los organizadores y miembros de la asociación Geozona, su esfuerzo por poner a nuestra disposición este valioso instrumento.

Francisco Fernández

Decano de la Facultad de Ciencias.


Agradecimientos

Cuando nos propusimos preparar la segunda edición del curso, no lo dudamos. El interés que provoco la edición anterior tanto en asistentes como el los diferentes medios de comunicación, nos dio a entender que tenía que existir un segundo capítulo.

Para esta ocasión contamos con la colaboración de Mª Ángeles Bárcena y Mª

Dolores Pereíra, directoras del curso, a las cuales agradecemos su interés y esfuerzo en la preparación de este curso.

A todos los ponentes que van a participar por primera vez o aquellos que por

segundo año, han decidido en acompañarnos, muchas gracias por vuestra disposición incondicional.

Y como no, agradecer toda la ayuda prestada del resto de organizadores que

están al pie del cañón para que esta edición supere a la anterior. Este curso es un llamamiento, para que esta actividad no sea la única ocasión de

hablar, discutir y pensar sobre el Universo. A la Universidad de Salamanca le ha llegado el momento de mirar hacia las estrellas.

Juan Sesma e Iñaki Rubio


Organizadores Directoras del curso:

• Mª. Dolores Pereira Gómez • Mª. Ángeles Barcena Pernía

Organizadores:

• Javier Álvarez Lobato • Silvia Hernández Fernández • Juncal Rodríguez Grande • José Manuel Nieto García • Juan Sesma Plaza • Ruth Sanchidrían Martín • Aitor Martín Arenas • Liliana Hernández Manzano • Isabel Pérez García • Iñaki Rubio Muñoz

Diseño del cartel promocional y tríptico:

• Aitor Martín Arenas


Ilustraciones:

• Carlos Muñoz Moreno Diseño del logotipo del curso:

• Antonio Ruiz Andujar

Editores

• Juan Sesma Plaza • Iñaki Rubio Muñoz


Quiero conocer los pensamientos de Dios, el resto son detalles.

Albert Einstein


Las claves del sistema solar

Francisco Anguita Virella

Dpto. Petrología y Geoquímica Universidad Complutense de Madrid

[email protected]


9

¿Puede el hombre conocer el universo? Dios santo, no perderse en Chinatown ya es bastante difícil.

Woody Allen


10

En un cierto sentido, nuestro sistema planetario es un enorme museo histórico, con sus fósiles, sus reliquias y sus obras de arte. Es también, por supuesto, un museo científico, un lugar para comprender. Cada acontecimiento ha dejado su huella (a veces única, en general múltiple, en algún caso palmaria, en muchos inextricable), y desentrañando el pasado podremos conjeturar el futuro. Se trata del método reconstructivo (postdictivo, según algunos epistemólogos) de la Geología clásica, pero aplicado a todo el sistema. Esta metodología posee la gran ventaja de poner en un contexto mucho más amplio los hallazgos de los exploradores del pasado de nuestro planeta. Podemos llegar así a la conclusión, por ejemplo, de que los corales del periodo Devónico y los anillos de Saturno nos cuentan, por alejados que parezcan, historias semejantes.

Plutón-Caronte: el Sistema Solar primordial...¿o no?

Casi todos los textos de Ciencias Planetarias recogen la hipótesis de que Plutón es

un antiguo satélite escapado del sistema de Neptuno. Sin embargo, la idea que predomina actualmente es que se trata de un adelantado del Cinturón de Kuiper, el conjunto de pequeños cuerpos transneptunianos que giran en órbitas de tipo planetario. Se supone que el cinturón es el lugar de origen de los cometas de periodo corto; por lo tanto, que el ansiado y siempre pospuesto envío de una sonda planetaria a Plutón supondría una visita a los orígenes, ya que, por definición, estos arrabales del Sistema son tan poco frecuentados que nada importante ha sucedido en ellos en los últimos 4.500 millones de años.

Sin embargo, la comparación de los espectros de Plutón y de su satélite Caronte

han hecho dudar de esta verdad provisional: estos dos cuerpos tan próximos muestran espectros muy distintos. Plutón está cubierto de nitrógeno y metano, mientras que la superficie de Caronte es hielo de agua en forma cristalina, a pesar de que la radiación ultravioleta debería haberlo convertido en hielo amorfo. ¿Ha sido depositado recientemente, quizá por cometas? En todo caso, ¿por qué sólo en Caronte, y no en Plutón? ¿Cómo de lenta tiene que ser una colisión para depositar volátiles en un cuerpo de tan escasa gravedad (su radio es de sólo 1.170 km)? Y si hablamos de colisiones, ¿no podría Caronte ser el resultado del choque de un cometa contra Plutón? Así, los dos “planetas dobles” del sistema (el otro es, por supuesto, el par Tierra-Luna) tendrían igual origen.

En suma, parece que tendremos que llegar hasta los cometas para rastrear el

verdadero Sistema Solar primitivo. Suponiendo que estos visitantes no hayan sido también alterados en sus pasos por las zonas más habitadas del sistema.

Anillos: testimonios mal comprendidos de la mecánica celeste

Muchos corales antiguos son calendarios fosilizados. Al añadir diariamente un

anillo a su esqueleto, y al crecer en forma distinta en cada estación, registran el número de días que tenía el año en la época en la que vivieron. Así, paleontólogos metidos a astrónomos han concluido que hace unos 400 millones de años, los años tenían unos 400 días de 22 horas (Figura 1). A cientos de millones de kilómetros de distancia, Saturno está circundado por anillos formados por partículas de hielo. Como los de los corales, estos anillos también presentan una paradoja: las partículas que los forman tienden a caer sobre el planeta en tiempos cortos comparados con la edad del sistema. Entonces, ¿por qué siguen


11

ahí? Aunque muchos anillos están confinados por las llamadas lunas pastoras, las órbitas de estos mismos satélites son también inestables.

Por heterogéneos que parezcan, estos dos problemas tienen en común su relación

con la mecánica celeste, o sea con las acciones gravitacionales. La Luna gira lentamente en su órbita, y por ello es adelantada por la protuberancia mareal que crea en la Tierra. Ésta tira del satélite, que al aumentar su velocidad tiende a alejarse; pero, recíprocamente, la Luna frena a la Tierra, que cada vez gira más despacio sobre sí misma. Así, en su pasado geológico tenía tiempo de efectuar más rotaciones en el periodo de una revolución. En cuanto al problema de los anillos de Saturno, al menos algunas de las partículas pueden provenir del vulcanismo en sus satélites, como las del anillo llamado E, que coincide con la órbita de Encélado, un cuerpo misteriosamente activo; pero, por el momento, la única solución imaginable para el resto es que los anillos sean una formación reciente, algo que parece demasiado casual para ser satisfactorio.

Los maria lunares y las llanuras de Venus: energía primordial y energía residual

Las dataciones de las rocas lunares demostraron que la mayoría de los basaltos

que rellenan los maria se habían formado entre 3.900 y 3.000 millones de años. Después de esta última fecha apenas ha habido actividad en nuestro satélite, por lo que se puede considerar que su energía interna se agotó con aquella emisión masiva de lavas. Un tema a resolver es la causa de la asimetría de estas emisiones, casi todas localizadas en la cara visible. Modelizaciones recientes parecen indicar que para ciertas condiciones del interior lunar, se pudo generar una convección de armónico 1, o sea hemisférica.

Algo diferente pasó 3.000 millones de años después en Venus: su superficie fue

invadida por lavas basálticas, pero éstas no se limitaron a inundar las depresiones, ni tampoco a un hemisferio: cubrieron prácticamente todo el planeta, sepultando así toda su historia anterior. Mientras que parece lógico que el vulcanismo lunar se circunscriba a su etapa inicial, la edad del magmatismo venusino es más difícil de encajar en el esquema simple de un cuerpo que se enfría. Por el contrario, una época tan tardía (500 o, como mucho, 700 millones de años) de vulcanismo masivo parece contradecir el tercer principio de la termodinámica: ¿Dónde estuvo “almacenada” esa energía durante 3.000 millones de años? ¿Quizá Venus (quizá todos los planetas) emiten su energía en pulsos discretos, y no de forma continua?

Este problema enlaza con el planteado por unas misteriosas estructuras

bautizadas coronas, que en número de varios cientos jalonan las planicies volcánicas de Venus (Figura 2). En general atribuidas a la acción de penachos térmicos que perforarían la litosfera, nadie ha podido explicar satisfactoriamente por qué, si es así, no existen coronas en la Tierra, donde la existencia de penachos térmicos ha sido probada por la tomografía sísmica. Junto con el gran espasmo térmico venusino reciente, las coronas de Venus son el exponente más claro de que comprender la dinámica interna de los planetas es aún una asignatura pendiente de las Ciencias Planetarias.

Un último aspecto del mismo problema lo constituyen las rocas graníticas. Los

granitos son una de las rocas más abundantes en la superficie terrestre, y un componente básico de la corteza continental, una consecuencia del bajo punto de fusión (∼600ºC) de sus


12

componentes, en presencia de agua. La existencia de minúsculas cantidades de granitos en el regolito lunar demuestra que este magma tambi én se puede formar en condiciones anhidras; y algunos análisis de rocas marcianas tienen cantidades de sílice que se acercan tímidamente (sin alcanzarlas) a las de los granitos. ¿Habrá granitos en Marte? ¿Y en Venus? ¿Será necesaria la subducción (uno de los pasos de la tectónica de placas), que es el proceso típico de producción de granitos en la Tierra, para la génesis de estas rocas?

La cuestión de los volátiles: ¿Recursos propios, o comercio exterior?

¿Qué tienen en común las brumas de Titán, las antiguas riberas de Marte, el hielo

que parece persistir en los polos de Mercurio (Figura 3), y los océanos terrestres? Todas estas situaciones están relacionadas con elementos o compuestos volátiles. Y aunque nos parece natural que nuestro planeta esté envuelto por una atmósfera y una hidrosfera, lo cierto es que los elementos volátiles se consideran indeseables en el interior del sistema. Puesto que al parecer los planetas se formaron bajo un acusado gradiente térmico, la parte interior de la nebulosa era demasiado caliente para que se condensasen en ella elementos o compuestos de bajo punto de fusión (Figura 4). En los años 90, este inconveniente se ha intentado resolver imaginando que el agua de los planetas terrestres (o al menos, una parte importante de ella) fue depositada por cometas que bombardearon el interior del sistema tras la acreción planetaria.

El gran inconveniente de esta solución reside en la tercera ley de Kepler: los

cometas se aceleran cuando se acercan al Sol, por lo que su colisión contra los planetas terrestres (que, a su vez, en virtud de la segunda ley del mismo científico, poseen elevadas velocidades orbitales) difícilmente puede imaginarse como un acontecimiento pacífico. A altas velocidades, parecería más razonable que una colisión cometaria desalojase una atmósfera, en vez de depositarla. Los volátiles del Sistema Solar interior, incluyendo los grandes océanos de la Tierra, aguardan una explicación mejor. Más imaginable es que la atmósfera de nitrógeno de Titán tenga un origen cometario, ya que en la órbita de Saturno los cometas sí pueden viajar lentamente. El único punto enigmático sería más bien que sea éste el único satélite del sistema con una atmósfera densa.

De Patagonia al Polo Sur marciano: las claves del clima

Las huellas del paso de los glaciares que encontramos en latitudes medias (Figura

5) testimonian que habitamos un planeta cuyo clima se ha templado recientemente. De acuerdo con nuestro conocimiento de Marte, igual ha podido suceder en el planeta vecino, ya que también allí los depósitos glaciares son más extensos que los casquetes polares (Figura 6). Puesto que seguimos sin tener una idea fiable del origen de las glaciaciones, la idea de que pueda haber más de un planeta que haya conocido oscilaciones climáticas parece interesante. Si se pudiese demostrar que éstas fueron sincrónicas con las terrestres, la ciencia del clima habría avanzado un paso importante.

Isua y el carbono biosférico: albores y hazañas de la vida

Hace más de 3.850 millones de años, unas capas sedimentarias se depositaron en

un fondo marino que ahora se ha convertido en una zona rocosa de la costa Suroeste de Groenlandia (Figura 7). Su análisis ha permitido conocer su edad, y también que contienen


13

un exceso del isótopo de carbono de masa 12, un desequilibrio típico de la actuación de los seres vivos, que lo metabolizan con preferencia al isótopo pesado. Es el más antiguo rastro de vida que ha quedado en el planeta, la mejor evidencia indirecta de que el fenómeno vital es fácil de realizarse.

Una línea alternativa de pensamiento insiste, por el contrario, en las supuestas

dificultades de la vida compleja, que -se considera, tomando como base determinadas peculiaridades astronómicas o planetarias de la Tierra- podría no existir más que en nuestro planeta. Uno de estos parámetros teóricamente excluyentes es la cantidad de elementos pesados existentes en una nube protoplanetaria: sin elementos pesados, se argumenta, no podría existir vida. Sin embargo, el gráfico de la Figura 8 indica lo contrario: cómo, sobre un planeta pobre en uno de estos elementos críticos, el carbono, la biosfera incipiente ha logrado la proeza de construir un nivel (que llamamos biosfera) cuya concentración en carbono es muy superior a la solar. La lectura de fondo es que las bacterias, además de todas sus otras cualidades (adaptaciones increíbles, variadísimas especializaciones) son también capaces de realizar grandes obras biogeoquímicas que merecen con justicia la denominación de ingeniería planetaria.

Bajo el hielo de Europa, ante la cara oscura de Japeto: las fronteras

Existen, para terminar, rasgos que aún no sabemos calibrar o interpretar. Bajo la

corteza de hielo de Europa podría haber una segunda biosfera, pero también un océano yermo. Cassini Regio, la gran mancha oscura de Japeto, puede haberse formado cuando el satélite barrió materia carbonosa existente en su órbita, o bien haber surgido de su interior. En uno u otro caso, ¿por qué tanto carbono concentrado en este cuerpo, o en su órbita? Hay muchos otros ejemplos de signos colocados a lo largo de todo el sistema, un conjunto de señales que contienen las claves de su evolución pasada y, con ella, también de su destino. La tarea básica de los científicos planetarios es descifrar los extraños lenguajes en los que están grabadas. Pero su mayor esperanza no es completar el museo, sino ir desenterrando nuevos enigmas que exijan aprender otros idiomas. Un trabajo infinito como lo es la Ciencia.


14

Las claves del sistema solar Figuras

1. Número de días en un año a lo largo de los últimos 600 millones de años. Las barras azules son los intervalos definidos por los fósiles respectivos; la línea roja, el valor medio.

2. La corona Bhumidevi, de 200 km de diámetro, situada a 17ºS y 343ºE, en Venus.

3. Imagen de radar de Mercurio obtenida por el radiotelescopio de Arecibo. La mancha blanca del polo norte indica la existencia allí de una zona de alta reflectividad, que podría ser hielo conservado en el fondo de algún cráter de impacto.


15

4. Temperaturas de condensación supuestas para los planetas del Sistema Solar. La Tierra (representada por un círculo cruzado) se formaría a temperaturas demasiado altas no sólo para los volátiles (curva del hielo, a unos 200 K), sino también para los minerales hidratados (curvas de la tremolita y la serpentina). 5. Bloque abandonado por los glaciares en una llanura de Patagonia, a 52ºS.


16

6. Mapa geológico del polo sur de Marte. En azul, los depósitos glaciares. Su comparación con la reducida extensión actual del casquete glaciar sugiere que, como la Tierra, Marte está atravesando un periodo interglacial. 7. Estas rocas de la zona de Isua, en Groenlandia, son sedimentos marinos en los que se ha detectado una clara anomalía en la relación de los isótopos de carbono.


17

8. Este gráfico describe la abundancia de carbono en el Sistema Solar respecto a los otros elementos del Sistema Periódico (representados como Z). A pesar de la radical escasez de volátiles en las zonas internas del sistema, la biosfera ha conseguido una concentración de carbono 100.000 veces superior a la inicial, y unas 50 veces superior a la solar.

Ciclos astrológicos: Ritmos biológicos, Los ritmos circadianos

José Ramón Naranjo Orovio Dpto. de Biología Molecular y Celular

Centro Nacional de Biotecnología ,Madrid

Texto: Mª Ángeles Bárcena Pernía


19

Produce una inmensa tristeza pensar que la naturaleza habla mientras el género humano no escucha

Victor Hugo


20

La configuración geométrica del sistema Sol-Tierra-Luna condiciona directamente el modo de vida de los organismos. Factores como el movimiento de rotación de la Tierra, la inclinación del eje terrestre, o la forma elíptica de la órbita alrededor del Sol determinan las fases de día y noche, las horas de luz solar incidente en cada punto del planeta así como los cambios de estaciones, definiendo el clima de una región dada. Es igualmente conocida la influencia de la Luna en su movimiento alrededor de la Tierra sobre las fases lunares o la interacción Tierra-Luna y el ciclo mareal de los océanos. Todos estos factores tendrán pues una incidencia directa sobre el modo de vida y las adaptaciones de los organismos.

Los organismos responden a estas variaciones cíclicas externas y poseen “relojes

biológicos” que regulan los ciclos cotidianos de su actividad biológica. Los ritmos biológicos no son una respuesta casual ni pasiva a las condiciones ambientales, sino que forman parte de una adaptación al medio, fundamental para la supervivencia de las especies.

Se conoce como Cronobiología al estudio de los ritmos biológicos que regulan el

metabolismo de los seres vivos. Se define como Ritmos Biológicos aquellos cambios cíclicos que experimentan los distintos procesos fisiológicos que ocurren periódicamente en intervalos de tiempo determinados. Según la frecuencia de estos cambios se distinguen varios tipos de ritmos biológicos:

Ritmos Ultradianos: Tienen una frecuencia inferior a 20 horas, tienen lugar

varias veces a lo largo del día (secreción de neurotransmisores, latido cardíaco, ventilación pulmonar, etc.)

Ritmos Circadianos: Tienen una frecuencia próxima a la diaria, entre 20 y 28 horas (ciclo sueño-vigilia, temperatura, hormona de crecimiento, cortisol, etc.)

Ritmos Supradianos: Ocurren con frecuencias superior a la diaria. Cabría destacar los ciclos menstruales de mamíferos, los ritmos estacionales como la floración o la pérdida del follaje en las plantas, o ritmos anuales como la migración de las aves.

Los ritmos circadianos (del latín circa diem) son, sin duda, los ritmos más

estudiados y su periodicidad se sincroniza con los ciclos externos de luz y temperatura. Cabe destacar que son ritmos endógenos, basados en mecanismos moleculares y genéticos que se expresan en todos los organismos, desde bacterias, hongos, plantas, hasta en humanos, pero que se sincronizan a los ciclos externos ambientales como posible respuesta evolutiva. Desde un punto de vista de supervivencia de la especie resulta muy ventajoso regular sus hábitos. Así, una planta que quiera ser polinizada debe ofrecer al insecto todo su esplendor cuando pueda ser vista, es decir durante el día; los depredadores que dependan de su visión para cazar preferirán estar alertas durante el día, mientras que aquellos que se guían por señales sonoras deben mantenerse en vigilia durante la noche.

¿Por qué estudiamos los ciclos circadianos?. Aún tratándose el tema únicamente

desde una perspectiva médico-científica, se podría dar muchas respuestas. Por ejemplo, una buena parte de la población humana está afectada por problemas de insomnio; las personas que trabajan en el turno de noche deben alterar su ciclo de sueño-vigila; aquellas personas que realizan con frecuencia vuelos trans-oceánicos y se trasladan a regiones con distinto huso horario han de modificar su ritmo circadiano y padecerán el efecto conocido como jet-lag. Sin embargo, un impulso importante a esta investigación surgió con el desarrollo de la carrera espacial; los astronautas están sujetos a ciclos de luz y oscuridad


21

totalmente distintos a los terrestres por lo que será necesario comprender los mecanismos de los ritmos circadianos para prevenir los efectos de la luz en los ritmos biológicos cuando se envíen misiones de larga duración al espacio. De igual modo, se ha demostrado que la evolución sintomatológica de algunas enfermedades está relacionada con los ritmos circadianos; así los temblores de la enfermedad de Parkinson desaparecen durante las primeras horas de la noche; por el contrario, los ataques de asma empeoran durante la noche cuando la secreción de adrenalina alcanza su mínimo; o por ejemplo, la fiebre tiende a aumentar durante la noche. Hay que destacar también la incidencia de las variaciones circadianas en la actividad cardiovascular; por ejemplo, durante la noche se produce una disminución importante de la presión arterial y del ritmo cardíaco por lo que su evaluación es fundamental para prevenir posibles patologías cardiovasculares. Por lo tanto, la necesidad de dar solución a estos problemas mediante la bioquímica o la genética ha impulsado el desarrollo de estas investigaciones.

La estructura y fisiología de los ritmos circadianos en mamíferos se centra en el

Núcleo Supraquiasmático (NSQ) del hipotálamo. La mayoría de las neuronas del NSQ varían su actividad en respuesta a la entrada de luz por la retina, pero no esta influido por la temperatura. Experimentos de manipulación del NSQ demuestran que una pequeña modificación en el NSQ conlleva una alteración de todos los ritmos circadianos, sobre todo los relacionados con la actividad motora, con la ingesta de alimentos, la conducta sexual, el ciclo sueño-vigila y la secreción de algunas hormonas. Las investigaciones llevadas a cabo en este campo, parecen estar de acuerdo en la existencia de una base genética y molecular responsable del control fenotípico de la expresión de los ritmos endógenos circadianos.

Buena parte de las investigaciones sobre el “reloj biológico” se han centrado en el

cerebro como órgano de control interno de los ritmos de animales superiores. No obstante, la investigación médica de los últimos años ha detectado otras áreas nerviosas periféricas relacionadas con esta función que actúan como fotorreceptores. Así, en la mosca Drosophila se han detectado estos receptores en alas, patas, boca y antenas, de tal modo que cada fotorreceptor funciona independientemente incluso cuando la mosca es decapitada. En el caso de mamíferos la expresión de ciclos moleculares circadianos se ha podido observar en distintos tejidos no neuronales, como tejidos hepáticos así como en fibroblastos.

La manipulación genética sobre distintos organismos (Drosophila, el hongo

Neurospora, o en ratones de laboratorio) ha puesto en evidencia la existencia de genes que regulan la expresión de proteínas relacionadas con los ritmos circadianos. Así, en los últimos años se está intentando poner de manifiesto las bases moleculares endógenas que regulan los ritmos circadianos.

El “reloj biológico” se presenta como un mecanismo regulador del metabolismo en

muchos tipos celulares y como regulador molecular con efecto inmediato en el comportamiento de los seres vivos.

Orientación animal basada en el campo magnético terrestre

Francisco Javier Diego-Rasilla Dpto. de Biología Animal

Universidad de Salamanca Asociación Herpetológica Española

[email protected]


23

La naturaleza no hace nada en vano

Aristóteles


24

Los animales pueden orientarse en sus migraciones confiando en múltiples señales,

tales como estímulos celestes (Matthews, 1968; Emlen, 1972; Diego-Rasilla & Luengo, 2002), olores (Joly & Miaud, 1993; Wallraff, 2001), dirección del viento (Bellrose, 1967), sonidos de baja frecuencia (Diego-Rasilla & Luengo, 2004) y el campo magnético de la Tierra (Lohmann, 1993; Wiltschko & Wiltschko, 1995).

En algunos casos, los animales mantienen un rumbo constante hacia un

determinado destino. Tal orientación puede conseguirse con un sentido de brújula simple. Sin embargo, no basta esa brújula interna para guiar el regreso a casa desde un lugar desconocido. Es un hecho que diversas especies son capaces de encontrar el camino de vuelta a casa después de haber sido desplazadas a un lugar desconocido para ellas, y lo hacen en ausencia de referencias geográficas, estímulos familiares, información direccional obtenida durante el trayecto y de cualquier tipo de contacto sensorial con el lugar de destino (Walcott & Schmidt-Koening, 1973; Rodda 1984a, b, 1985; Phillips et al., 1995). Esta capacidad de navegación requiere un sentido direccional (“brújula”) y un sentido de posición geográfica (“mapa”) elaborado a partir de la información espacial disponible en el lugar en que se encuentra el individuo (Kramer, 1953). Actualmente sabemos que diversas especies de animales son sensibles a las variaciones en el campo magnético terrestre y utilizan la información obtenida a partir de estas variaciones para orientarse en el espacio, tanto al efectuar cortos desplazamientos dentro de sus dominios vitales como al realizar largas migraciones.

En cualquier punto de la superficie terrestre podemos describir el campo

magnético como un vector en un espacio tridimensional (Fig. 1a). Un vector en tres dimensiones requiere tres parámetros para definirlo totalmente sin importar qué sistema de coordenadas se elija. Los tres parámetros que usaremos más frecuentemente son la intensidad, F, decl inación, D, e inclinación, I. La intensidad del campo geomagnético varía desde 25 a 65 micro-Tesla (µT) y la dirección del vector resultante varía desde el ecuador magnético, donde es paralelo a la superficie de la Tierra, hasta los polos donde es perpendi cular (Fig. 1b).

Figura 1. El campo magnético terrestre. (a) Componentes del vector de campo magnético (F) en la superficie de la Tierra.


25

El vector de campo magnético puede descomponerse en sus componentes (flechas) según los ejes X (Norte), Y (Este) y Z (vertical). La componente en el plano horizontal (H) señala en la dirección de la aguja magnética de una brújula. La declinación (D) es el ángulo entre las componentes H y X, mientras que la inclinación (I) es el ángulo entre las componentes H y F del campo magnético. (b) Campo principal de la Tierra (generado en el núcleo). El campo atribuido al dipolo magnético del núcleo aparece representado por las líneas de campo, que muestran cómo la intensidad e inclinación del campo se incrementan sistemáticamente entre el ecuador magnético y los polos magnéticos.

Existen diversas fuentes de variación temporal del campo magnético terrestre.

Así, las corrientes eléctricas en la ionosfera y en la propia Tierra producen fluctuaciones diarias en el campo magnético. Estas variaciones incluyen las alteraciones diurnas regulares asociadas con el viento solar y las tormentas magnéticas asociadas con las llamaradas solares, además de algunas alteraciones producidas por los rayos en las tormentas. Estos cambios suceden en una escala temporal pequeña que va de milisegundos a horas. No obstante, existen cambios más graduales en el campo magnético que tienen lugar a lo largo de muchos años (variación secular) y originados por variaciones en el núcleo terrestre (Skiles, 1985).

A partir del campo magnético de la Tierra pueden obtenerse al menos dos tipos de

información, la necesaria para los sentidos de brújula y de mapa. Varios parámetros geomagnéticos varían geográficamente de forma predecible, por lo que pueden ser utilizados en el mapa de navegación (Skiles, 1985). Es el caso de la inclinación de las líneas del campo y la intensidad de campo en las direcciones horizontal y vertical. Cualquiera de estas magnitudes podría servir de componente de un mapa para determinar la posición respecto a un objetivo. Estudios experimentales han demostrado que diversos animales, incluyendo representantes de las cinco clases de vertebrados y algunos invertebrados, pueden percibir el campo magnético terrestre y utilizarlo como estímulo de orientación durante sus migraciones o sus desplazamientos dentro de sus hábitats (Wiltschko & Wiltschko, 1995). Sin embargo, puede resultar difícil para un animal establecer con exactitud su posición geográfica, dado que las variaciones temporales de tipo natural en el campo magnético terrestre señaladas anteriormente constituyen una fuente potencial de error. Además, los animales precisarían de un extremado nivel de sensibilidad para detectar las variaciones geográficas en los parámetros del campo magnético terrestre, tales como la intensidad total y la inclinación. Por ejemplo, el promedio de la variación geográfica en la intensidad total es apenas de alrededor de 0.01%/km, y la inclinación varía en promedio solamente alrededor de 0.01º/km (Phillips, 1996).

Debido a que la variación temporal en el campo magnético terrestre es mayor

durante las horas diurnas, algunos autores han sugerido que los animales toman estas lecturas durante la noche, cuando el campo magnético es relativamente estable (Rodda 1984a; Fischer et al., 2001; Phillips et al., 2002). Nuestros estudios (Diego-Rasilla, 2003; Diego-Rasilla & Phillips, en revisión) constituyen la primera evidencia de que los anfibios prestan atención a la información magnética obtenida durante la noche, cuando el campo magnético de la Tierra es más estable.


26

Debido a que los parámetros del campo magnético terrestre involucrados en el

sentido de brújula y en el de mapa difieren, existe la posibilidad de que algunas especies posean dos sistemas de magnetorrecepción independientes. Cada uno de ellos podría detectar características diferentes del campo geomagnético y cada uno podría utilizar receptores independientes, con diferentes mecanismos fisiológicos subyacentes. Aunque han sido propuestos diversos mecanismos para explicar la base del sentido magnético, las investigaciones más recientes con vertebrados señalan tres posibilidades: inducción electromagnética, reacciones químicas dependientes del campo magnético y magnetita (Fe3O4) (Kalmijn, 1984; Kirschvink & Gould, 1981; Schulten, 1982; Purcell, 1985; Kirschvink, 1989). Referencias:

Bellrose FC (1967) Radar in orientation research. In Proceedings of 14th

International Ornithological Congress, 281-309, Oxford, Blackwell

Diego-Rasilla FJ, Luengo RM (2002). Celestial orientation in the marbled newt

(Triturus marmoratus). J Ethol 20: 137-141

Diego-Rasilla FJ (2003) Homing ability and sensitivity to the geomagnetic field in

the alpine newt, Triturus alpestris. Ethol Ecol Evol 15:251-259

Diego-Rasilla FJ, Luengo RM (2004) Heterospecific call recognition and

phonotaxis in the orientation behavior of the marbled newt, Triturus marmoratus. DOI:

10.1007/s00265-003-0740-y

Emlen ST (1972) The ontogenetic development of orientation capabilities. In Animal orientation and navigation, number SP-262, 191-210. NASA

Fischer JH, Freake MJ, Borland SC, Phillips JB (2001) Evidence for the use of

magnetic map information by an amphibian. Anim Behav 62:1-10

Joly P, Miaud C (1993) How does a newt find its pond? The role of chemical cues

in migrating newts (Triturus alpestris). Ethol Ecol Evol 5:447-455

Kalmijn AJ (1984) Theory of electromagnetic orientation: a further analysis. In

International Conference on Comparative Physiology (Bolis L et al., eds), 525–560,

Cambridge University Press

Kirschvink JL, Gould JL (1981) Biogenic magnetite as a basis for magnetic field

detection in animals. BioSystems 13, 181–201

Kirschvink JL (1989) Magnetite biomineralization and geomagnetic sensitivity in

animals: an update and recommendations for future study. Bioelectromagnetics 10, 239–

259


27

Kramer G (1953) Wird die Sonnenhohe bei der Heimfindeorientierung verwertet?.

J Ornith 94:201-219

Lohmann, K.J. (1993) Magnetic compass orientation. Nature 362, 703

Matthews, GVT (1968) Bird Navigation. Bambridge: Cambridge University Press.

Phillips JB (1996) Magnetic navigation. J Theor Biol 180: 309-319

Phillips JB, Adler K, Borland SC (1995) True navigation by an amphibian. Anim

Behav 50, 855-858

Phillips JB, Freake MJ, Fischer JH, Borland SC (2002) Behavioral titration of

magnetic map coordinate. J Comp Physiol A 188: 157-160.

Purcell EM (1985) Electricity and Magnetism: Berkeley Physics Course (Vol. 2),

McGraw-Hill

Rodda GH (1984a) The orientation and navigation of juvenile alligators: evidence

of magnetic sensitivity. J Comp Physiol 154:649-658

Rodda GH (1984b) Homeward paths of displaced juvenile alligators as determined

by radiotelemetry. Behav Ecol Sociobiol 14:241-246

Rodda GH (1985) Navigation in juvenile alligators. Z Tierpsychol 68: 65-77

Schulten K (1982) Magnetic field effects in chemistry and biology. In

Festkörperprobleme (Advances in Solid State Physics) (Vol. 22) (Treusch, J., ed.), 61–83,

Vieweg

Skiles DD (1985) The geomagnetic field: its nature, history and biological

relevance. In: Kirschvink JL, Jones DS, MacFadden BJ (eds) Magnetite Biomineralization

and Magnetoreception by Living Organisms: A New Biomagnetism, Plenum Publishing

Corporation, New York, pp 43-102

Walcott C, Schmidt-Koenig K (1973) The effect on pigeon homing of anesthesia

during displacement. Auk 90, 281-286

Wallraff HG (2001) Navigation by homing pigeons: updated perspective. Ethol

Ecol Evol 13: 1-48

Wiltschko R, Wiltschko W (1995) Magnetic Orientation in Animals, Springer-

Verlag.

Granitos: un punto de vista planetario

Mª. Dolores Pereira Gómez Dpto. de Geología; Petrología y Geoquímica

Universidad de Salamanca [email protected]


29

Teoría es cuando se sabe todo y nada funciona, práctica cuando todo funciona y nadie sabe por qué

anónimo


30

Es posible que Venus, la Tierra y Marte se formaran siguiendo un proceso similar,

aunque a diferentes distancias del Sol, alcanzando diferentes tamaños. Durante la acreción planetaria, la mayor parte del agua que pudiese haber y otros volátiles fueron absorbidos por condritos carbonáceos y planetesimales helados. La contribución hídrica del vulcanismo parece ser insignificante. El agua existente podría haber sido retenida durante un largo periodo en la Tierra, pero en los otros planetas, al estar más cerca del Sol, podría haberse consumido antes. Las propiedades mecánicas de cada planeta son muy diferentes. Esto es indicativo de su composición química global. Los elementos pesados se concentran en los planetas terrestres, mientras que los elementos ligeros se concentran esencialmente en los planetas gigantes. Puede deducirse que el primer paso de la formación y evolución del Sistema Solar consistió en la individualización de los cuerpos celestes, produciéndose un intenso proceso de fraccionación química.

Se denomina fraccionación al movimiento diferencial de un elemento químico con

respecto a otros. Tiene lugar por migración de iones, átomos o grupos moleculares. En el proceso de condensación de los planetas, no sólo podemos distinguir entre

elementos ligeros, preferencialmente migrados hacia el exterior, y elementos pesados, preferencialmente retenidos en el interior, sino que dentro de éstos se establecerá una zonación interna, con capas concéntricas en la que predominarán determinados elementos, estableciéndose una relación entre la profundidad y la densidad: los más densos en el núcleo y los más ligeros en el exterior. Esto concuerda perfectamente con lo observado en la Tierra, con su división entre núcleo, manto y corteza.

La composición de la corteza terrestre es de un material enriquecido

químicamente, en comparación con el manto, que está empobrecido químicamente. Esta composición diferente se explica mediante la evolución térmica que se produce en la formación de la Tierra, con separación de elementos productores de calor (K, Th, U) hacia la corteza en los principios de su historia. La composición de la corteza de otros planetas tiene que hacerse muchas veces mediante extrapolación sobre la composición del polvo y material fino que los cubre.

Este material fino correspondería al material sedimentario que existe en la

corteza terrestre, y que se forma por la alteración y desintegración del resto de rocas, tanto ígneas como metamórficas, que son las realmente abundantes. En la Tierra, la diferenciación geoquímica que tiene lugar entre la corteza inferior y la corteza superior se debe en parte al movimiento de placas tectónicas. En otros planetas, como es el caso de Marte, domina el volcanismo basáltico. Esta composición se ha estudiado sobre todo en las misiones llevadas a cabo con los Viking y Pathfinder, en que se pudieron analizar estas rocas utilizando espectrometría de Rayos X y rayos Gamma. La diferenciación cortical no es tan severa en Marte, y en principio cabe pensar que la composición superficial de Marte puede ser equivalente a la composición total de la corteza terrestre.

La corteza continental de la Tierra cubre un total del 40% de la superficie, con un

espesor de unos 40 Km. Esto constituye aproximadamente el 0.5% de la masa del planeta. Marte es un planeta mucho más pequeño, con un espesor de corteza semejante al de la


31

Tierra, y por tanto ésta ocupa un porcentaje mayor del total. Se puede comparar el grado de acumulación de elementos radiogénicos en las cortezas terrestre y marciana.

Esencialmente, todos los modelos de evolución corteza-manto terrestres predicen

que entre el 25% y el 50% de elementos productores de calor residen en la corteza, fundamentalmente en la corteza continental. En la Tierra, la mayor parte del crecimiento cortical tuvo lugar durante el Arcaico y Proterozoico inferior y, por tanto, la transferencia de calor del manto a la corteza tuvo lugar probablemente entre un periodo de tiempo desde los 4.5 Ga hasta los 2.0 Ga. Por otro lado, la diferenciación corteza-manto en Marte pudo tener lugar muy pronto, durante la cual más del 50% (o incluso el 100%) de los elementos productores de calor fueros transferidos a la corteza. Tales escalas de transferencias de calor a la corteza pudieron haber tenido una gran influencia en la evolución térmica del planeta y puede explicar la falta de fusión catastrófica del manto durante la historia de Marte, así como la falta de una tectónica de placas.

Las rocas más abundantes en la corteza terrestre son las rocas ígneas, y dentro

de éstas los granitos. Cabría pensar entonces que las rocas más abundantes en otros planetas del Sistema Solar deberían ser los granitos también. Sin embargo, las distintas misiones espaciales no han encontrado muestras de esta litología. Tenemos constancia de la composición de Marte a partir de los meteoritos encontrados, sobre todo los condritos SNC (constituidos por sheergottita, nakhlita y chassignita). A partir de ellos y de datos recogidos por sensores remotos se deduce que un magmatismo silícico intermedio tuvo lugar con anterioridad, quedando ahora patente a modo de enclaves. Los meteoritos ofrecen información sobre la naturaleza y evolución de la materia extraterrestre, fundamentalmente de Marte. Sobre otros planetas, como Mercurio y Venus, de momento solo se puede especular, porque las misiones científicas no han sido tan intensas como en el caso de la Luna y de Marte. Sabemos que Venus tiene un tamaño similar a la Tierra, con una masa, densidad y composición similares, pero con una geología diferente. Para empezar, cabe decir que la superficie venusiana se caracteriza por una altísima presión atmosférica. Además, la capa externa del planeta consiste en una única placa litosférica. Los datos altimétricos son diferentes, también, aunque se observan relieves que evidencian regímenes tectónicos compresionales y extensionales, igual que en la Tierra. No se han encontrado granitos en Venus… ¡ pero no quiere decir esto que no los haya!

Granitos en la Luna y otros planetas

Puesto que los granitos son rocas muy abundantes en la corteza terrestre,

especular con la existencia de éstos en la Luna siempre fue una tentación, ya que tuvo un origen relacionado con el de la Tierra. Sin embargo, hasta ahora no ha sido posible su muestreo como rocas en sí, aunque se han encontrado como fragmentos dentro de brechas polimícticas, es decir, rocas fragmentarias compuestas por fragmentos de distinta composición. Esto puede querer decir que existe una roca original de composición granítica que dio lugar a la existencia de estos fragmentos.

La aproximación al estudio de los granitos lunares puede hacerse siguiendo el

mismo esquema que para los granitos terrestres: petrografía y análisis químico de las muestras. En cuanto a los elementos traza, se ha visto que los fragmentos que representan a los granitos de la Luna contienen una proporción mucho más elevada que los de la Tierra.


32

Estos resultados indican que la Luna está formada en parte por material muy

evolucionado, que podría proceder de la fraccionación de magmas basálticos. Comparada con la Tierra, la Luna tiene una historia magmática muy corta, con lo que la generación de granitos fue prácticamente insignificante.

En cuanto a otros planetas, tenemos conocimiento de su composición a través de

los meteoritos. Se considera que éstos proceden de Marte. No se conocen composiciones graníticas en éstos, por lo que en principio podría considerarse que la corteza de Marte no tiene componente granítico. Sin embargo, imágenes por control remoto sugieren que pudiese haber habido magmatismo ácido en Marte. Pudiera ser que no existiese en superficie, pero sí en profundidad, como componente cortical radiactivo.

La imposibilidad de detectar agua en otros planetas llevaría indefectiblemente a

la conclusión de que no hay granitos en otros planetas, pues estos necesitan agua para su formación. Pero podría ser que, aunque no existiese agua líquida, sí existiese un componente acuoso que produzca la fusión parcial y desarrollo de granitos. Aunque así fuese, este desarrollo sería volumétricamente insuficiente como para que se desarrollasen continentes en estos planetas extraterrestres.

La recogida de datos de los geólogos robot Spirit y Opportunity, actualmente en

Marte, puede dar lugar a resultados interesantes, que desvelen el significado de la Geología en otros planetas.

Referencias

Bonin, B., Bèbien, J. y Masson, P. (2002) Granite: a planetary point of view. Gondwana Research vol. 5-2, 261-273.

McLennan, S.M. (2001) Crustal and thermal evolution of Mars. Lunar and Planetary Sciences 32, 1949.

Agujeros Negros: los motores centrales de los Núcleos Activos de Galaxias

Antxon Alberdi Odriozola Dpto. de Radioastronomía y Estructura Galáctica Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC)

[email protected]


34

Nada perece en el universo ; cuanto acontece en él no pasa de meras transformaciones

Pitágoras


35

Fue en los años 20 cuando E. Hubble pudo determinar que algunas de los objetos con apariencia de nebulosidad que se habían observado en el cielo, eran en realidad otras galaxias situadas a millones de años-luz de nuestra propia galaxia. Fue Hubble también quien estableció un esquema de clasificación de la forma que presentaban estas nebulosidades, diferenciando dos categorías fundamentales: galaxias espirales y galaxias elípticas. La luz que emiten la mayoría de estas galaxias es moderadamente más intensa en sus partes centrales. Las galaxias activas, al contrario, tienen núcleos que brillan tanto, que pueden llegar a ser más luminosos que la galaxia que los alberga. Las galaxias activas se diferencian de las no activas en que l iberan grandes cantidades de energía mediante procesos que parece que no están relacionados con procesos estelares ordinarios. Toda la radiación emitida proviene de una región muy pequeña y brillante situada en el corazón de la galaxia. Sólo aproximadamente el 1% de las galaxias tienen un núcleo activo pero, a lo largo de la historia del Universo, los núcleos activos han emitido casi tanta energía como todas las galaxias juntas.

Con el descubrimiento de estos núcleos activos de galaxias surgió la necesidad de

encontrar un mecanismo de emisión que fuera capaz de liberar la cantidad tan enorme de energía que producen estos objetos. Se encontró que esa energía debería de tener un origen gravitatorio, siendo producida por un objeto muy masivo como pudieran ser estrellas supermasivas, cúmulos estelares o agujeros negros. Diversos indicios favorecen la hipótesis de que en el interior de las galaxias activas hay un agujero negro muy masivo (del orden de 1000 millones de veces la masa del Sol). La enorme fuerza gravitatoria que ejercen estos agujeros negros atrae el gas y las estrellas de las inmediaciones que son materialmente "trituradas" por efectos de marea. Esta nube de gas en rotación en torno al objeto central toma una forma aplanada por los efectos de la gravedad y de la conservación del momento angular. Se forma así el denominado disco de acrecimiento que está en rotación diferencial en torno al objeto masivo, es decir, la velocidad del gas aumenta conforme disminuye la distancia al agujero negro. El model o de "agujero negro + disco de acrecimiento" es el más satisfactorio hoy en día para explicar las propiedades de los núcleos activos de galaxias. Puede verse en la Figura 1 un esquema de lo que sería la región central del sistema.


36

Como puede verse en el esquema, en el centro de una galaxia activa hay un agujero

negro (de un minuto-luz a varios días-luz de tamaño), alrededor del cual se forma el llamado disco de acrecimiento, fundamentalmente compuesto de gas, a unos pocos meses-luz del centro. Alrededor de este disco, a varios años-luz, se encuentra una especie de donut de gas y polvo, llamado toro. En su interior hay nubes de gas que se mueven a muy alta velocidad (10.000 km/s), y que producen las líneas anchas del espectro. En su exterior, hay nubes de baja velocidad (100 km/s) que producen las líneas estrechas.

La principal característica de los agujeros negros, y que le da el nombre, es que ni

siquiera la luz puede salir de su entorno y por lo tanto no son observables salvo por los efectos que su tremendo campo gravitatorio ejerce sobre los objetos cercanos. Así, existen diferentes evidencias observacionales que sugieren la presencia de estos objetos supermasivos. Uno de los indicios más recientes es el descubrimiento y detección de la línea de Hierro a 6.4 kilo-electronvoltios (situada en el rango de los rayos X). Esta línea presenta una deformación gravitatoria que puede interpretarse de un modo sencillo asumiendo que se origina en las regiones del disco de acrecimiento (disco de materia que "alimenta" al "monstruo" central) más próximas al agujero negro.

Existen además indicios de carácter dinámico, basados en el movimiento de las

estrellas (dinámica estelar) y el gas (dinámica del gas) en torno al objeto central. Para el caso de la galaxia M87, los espectros obtenidos con el telescopio espacial Hubble han sugerido la existencia de un disco formado por gas nuclear ionizado rotando a 550


37

kilómetros por segundo y de un objeto central con una masa de 30 mil millones de masas solares.

Quizás el caso más impresionante para el que se han obtenido indicios de la existencia de un agujero negro es el de la galaxia NGC 4258. Esta galaxia se encuentra emplazada a una distancia de 23.5 millones de años-luz, en la constelación de la Osa Mayor. Un grupo de astrónomos japoneses realizaron un espectro de gran anchura de banda de la galaxia en torno a la línea de emisión del agua a 22 GHz, mostrando la presencia de emisión máser formada por componentes que se encontraban a la velocidad sistémica de la galaxia y por otras componentes de alta velocidad (+/- 1000 kilómetros por segundo). Una pequeña anotación: los mcseres corresponden a la emisión de una línea espectral que se encuentra muy amplificada al pasar a través de nubes de vapor de agua por un proceso que técnicamente se denomina de inversión de poblaciones de los niveles de energía.

Se han realizado observaciones de

los movimientos propios de estos máseres de agua, demostrando que las componentes de alta velocidad trazan una curva de rotación kepleriana en torno a un objeto central con una masa que han podido determinar de 37 mil millones de masas solares. Los mismos astrónomos han podido determinar que los máseres se encuentran ubicados en un disco cuyo radio interior es de 0.42 años-luz y cuyo radio exterior es de 0.82 años-luz, que se encuentra casi de canto, con una ligera inclinación de 8 grados. Asimismo, han podido determinar que la densidad del objeto central supermasivo es de unos 4 o 5 ordenes de magnitud superior a la de un cúmulo globular !!!

De esta forma, se ha podido trazar un esquema global de NGC 4258 (ver figura

adjunta): la galaxia está formada por un objeto compacto supermasivo y un disco de gas que rota alrededor del agujero negro del centro de la galaxia. Mediante observaciones radiointerferométricas se han podido estudiar los chorros relativistas perpendiculares al disco en rotación y se ha podido determinar con una precisión sin precedentes la posición relativa de estos chorros con respecto al centro del di sco, la ubicación del motor central de la galaxia, allí donde se origina su emisión.

Pero ¿qué pasa con nuestra galaxia? La Vía Láctea recuerda en muchos aspectos a

un núcleo activo de baja luminosidad. Además, observaciones radiointerferométricas han permitido encontrar un objeto compacto - que se denomina SgrA* -, con un tamaño inferior a 15 Unidades Astronómicas (una Unidad Astronómica es la distancia de la Tierra al Sol), y que está situado en el centro dinámico de nuestra Galaxia. Un grupo de astrónomos alemanes aportaron una prueba casi definitiva de la existencia de un agujero negro en el centro de nuestra Galaxia. Su descubrimiento es espectacular. Lo explicamos: Una de las maneras de detectar la posible existencia de un agujero negro en el centro de la Vía Láctea es mediante el estudio de los movimientos de las estrellas en su vecindad. Han determinado


38

que las estrellas vecinas alcanzan velocidades enormes, entre 100 y 500 kilómetros por segundo y en algunos casos de hasta 1500 kilómetros por segundo aumentando la velocidad conforme nos acercamos al centro de la galaxia, lo que sugeriría la existencia de un objeto con una masa de alrededor de 2.5 millones de masas solares y una densidad característica de un agujero negro, que es muy superior a la de una estrella de neutrones o a la de una enana blanca. Han encontrado además que dicho objeto masivo se encuentra a una distancia del objeto compacto SgrA* inferior a 0.1 años luz. El centro de la Galaxia se encuentra a una distancia de 24000 años luz de la Tierra, y estaría `alimentándose' con una estrella equivalente a nuestro Sol cada 100000 o 1000000 años. Véase la figura de la región central de nuestra galaxia.

En la charla mostraremos las evidencias observacionales de la existencia de

agujeros negros, los resultados más espectaculares que se han obtenido, y terminaremos con un estudio detallado del agujero negro en el centro de nuestra Galaxia.

¿Influye el Sol en los procesos geológicos de la Tierra?

Carlos Martín Escorza Dpto. de Geología

Museo Nacional de Ciencias Naturales, Madrid [email protected]


40

Cuanto más adelanta el hombre en la penetración de los secretos de la naturaleza mejor se descubre la universalidad del plano eterno

Johannes kepler


41

Introducción.

El Sol ejerce una acción directa sobre la atmósfera y superficie de la Tierra sobre las que incide con su radiación. El impacto de esas energías sobre cualquier masa provoca una excitación que da lugar a una elevación de la temperatura y a una emisión luminosa. Esto acontece en las masas de tierra, de los océanos y de la atmósfera. Según la intensidad y los diversos factores que dependen de esas masas, ese impacto origina respuestas diferentes, pues intervienen en ellas desde la posición geográfica, orientación, composición, rugosidad, forma, etc.

A su vez, cada modificación de la temperatura da lugar una serie de consecuencias

cuyo grado de importancia en la modificación de las condiciones hasta entonces existentes es muy variable y tiene un amplio espectro; por ejemplo, en una cadena montañosa con altitud elevada donde existan acumulaciones nivales, la incidencia desigual del impacto de los rayos solares pueden marcar substanciales diferencias de temperatura y por tanto erosivas ya que, a igualdad de las otras condiciones, el deshielo que se pr ovocará en las laderas orientadas hacia el Sur será diferente al que se origine en las laderas Norte.

Ante esa misma radiación, las diferencias de

temperatura que se alcance entre las masas de aguas oceánicas a la escala centimétrica no tienen que ser muy diferentes; sin embargo, a mayor amplitud, donde a distintas latitud el ángulo de incidencia solar es diferente, esos gradientes termométricos si serán apreciablemente distintos, con lo que se pondrá en marcha un mecanismo dinámico tratando de igualar ambos valores lo que provoca el desplazamiento de esas masas oceánicas con efectos, tanto directos como indirectos, que pueden ser muy notables sobre amplias regiones no sólo oceánicas sino también continentales. Estos mismos fenómenos pueden aplicarse al caso de las masas atmosféricas.

El efecto luminoso de la radiación solar es un

fenómeno que afecta de forma especial a nuestro planeta, marcando con ello diferencias muy notables respecto a la de los otros cuerpos que constituyen el Sistema Solar, ya que aquí hay seres vivos. Y la vida, en general o en su mayor parte, necesita de esa radiación para continuar existiendo, ya sea por causas directas o por razones indirectas. La presencia de seres vivos da lugar a variaciones en la Tierra de muy diferente manera desde, por ejemplo, las grandes acumulaciones de pequeños esqueletos calcáreos en los fondos marinos que luego formarán cordilleras, hasta pequeñísimas y lentas alteraciones de rocas sobre su superficie en la escala de los centímetros. Por tanto, la existencia de cuantas y de que tipo formas de vida se desarrollen en un lugar y del de su grado de dependencia con la radiación solar conduce a que ésta sea un factor de primer orden en muchos otros y variados procesos geológicos.

Las diferentes temperaturas existentes en los días señalados de 1993 en el Océano Pacífico, captadas por el satélite. Se manifiesta también su desplazamiento hacia el Este.


42

Variación del número de manchas solares (promedio anual) según los datos de Zurích (Wolf Sunspot Counts) según los datos suministrados por la Nacional Geophysical Data Center Boulder, Colorado, USA, alisados

recogiendo 5 datos.

Estos factores y los hechos aquí expuestos como ejemplos son evidentes a

nuestra comprensión y para los que transcurren en el presente son evidentes a la observación. Sin embargo, también ello lleva a la reflexión de sí en el pasado, a lo largo de la historia de la Tierra, esas influencias y los grados de variabilidad con que hoy las conocemos se han mantenido o, por el contrario, se han modificado en grado tal que su índice de influencia haya provocado una mayor o menor acción sobre la Tierra a como la detectamos hoy. Esta reflexión será el objetivo de los siguientes párrafos y de la charla.

Las Manchas solares.

Uno de los fenómenos que presenta más sospechas de relación entre la conexión

Sol-Tierra es el de la variación del número de manchas solares que se observan en su superficie. Son debidas a procesos que suceden en el interior del Sol y, aunque su mecanismo se desconoce, son causantes de estallidos de energía que irradia expandiéndose por el Sistema Solar en forma de radiaciones (X, ultravioleta, partículas, etc.,..) que en el caso de la Tierra impactan en primer lugar con el campo magnético y la atmósfera para algunas de ellas llegar a la superficie.

Desde 1937 se sabe, por las investigaciones de Scout E. Forbush, que hay una

relación inversa entre la importancia de estas manchas y la intensidad que llega a la Tierra. Como quiera que la presencia de las manchas solares no es constante sino que su número varía a lo largo del tiempo con un ritmo que se aproxima a ser undecenal, la incidencia de radiación sobre la superficie de la Tierra también habrá variado según esos cambios.

El período

del que se dispone datos acerca del número de manchas solares es desde 1650 hasta la actualidad con regularidad, pero se disponen de datos


43

parciales discontinuos desde 1611 en que Galileo empezó a observarlas con su telescopio. Y, según esos datos, el número de manchas solares oscila entre cero y casi 200 como promedio al año.

La curva de variación refleja obviamente esa casi constante periodicidad de 11

años, aunque hay anomalías en el número total de manchas de cada ciclo y, lo que más sobresaliente, arrancan de un tiempo (entre 1645 y 1715) en que prácticamente no hubo ninguna. Curiosamente, y a pesar de la marcada ciclicidad undecenal detectada, no es en ella en donde se han marcado relaciones entre la presencia de mayor / menor número de manchas con variaciones en algunos fenómenos ocurridos en la Tierra, por ejemplo en el clima.

En efecto, es preciso recoger la envolvente de las variaciones ocurridas en varios

ciclos undecenales para poder detectar relaciones entre lo que ocurre en el Sol y algunos procesos que han sucedido en la Tierra. Así, por ejemplo, J. A. Eddy suscitó la concordancia entre la variación del número de manchas solares según episodios supra undecenales con las del contenido de carbono-14 en la atmósfera; similitudes de variación que son más ostensibles en el caso de los períodos de máximos, como es de 1100 a 1250 y de mínimos como el caso del mínimo de Maunder que transcurrió entre 1645 y 1715.

Esta dependencia entre el Sol y la atmósfera se traducen en relaciones directas o

indirectas con el clima, como por ejemplo han llegado a establecer S. Baliunas & W. Soon desde 1750, para la actividad magnética solar y la temperatura del Hemisferio Norte terrestre.

Relación entre variaciones del número de manchas solares (m s) y del contenido de C 14 en la atmósfera para los pasados mil años. Según J. Eddy, 1976.


44

Estas cuestiones abren posibilidades de cuestionar hasta que punto ‘todo está

escrito ya en el Sol’ o además algo puede re-escribir el hombre. Un planteamiento muy de actualidad en el que la duda y la polémica están adheridos. No podemos resolver estas cuestiones ni dar ni quitar la razón a unos u otros, por tanto no podemos detenernos aquí. Debemos seguir planteando aun más preguntas y más dudas, puesto que se nos viene encima la cuestión de que tampoco debemos considerar que estos procesos estuvieron ocurriendo en el pasado tal cual hoy se nos presentan. En efecto, expondremos nuevas incertidumbres porque el Sol ni se ha mantenido con el diámetro con que hoy tiene ni con la luminosidad actual, por lo que su influencia en la Historia de la Tierra ha variado según parámetros múltiples de los que todavía nos queda mucho que conocer.

Relación entre la temperatura media terrestre en el Hemisferio Norte (gris) y la variación de la actividad del campo magnético solar, desde 1750 (negro),

según S. Baliunas & W. Soon, 1996.

Extremófilos, acidófilos, ciclo del hierro. Importancia en la búsqueda de vida en Marte.

Ricardo Amils Pibernat

Dpto. de Biología Molecular Universidad Autónoma de Madrid

Centro de Astrobiología [email protected]


46

La intensidad de la convicción de que una hipótesis es cierta no tiene ninguna influencia sobre si es cierta o no.

Peter Madawar


47

El descubrimiento de que la vida es extremadamente robusta, a finales de los 70, abrió un nuevo campo de exploración en biología, la extremofilia. Durante años los cazadores de microbios han explorado los lugares más insólitos en busca de los límites de la vida. Continuamente leemos que las antiguas marcas se van desvaneciendo. Hoy en día conocemos microorganismos capaces de crecer a 120oC o a-35oC a tres kilómetros de profundidad en los hielos polares camino del lago Vostok, a varios kilómetros de presión en las simas oceánicas, en soluciones saturantes sal, a pHs negativos o en lagos alcalinos, frente a radiaciones esterilizantes... Una de las últimas fronteras exploradas es el subsuelo. En condiciones difíciles de creer, en presencia de una fuente de energía geoquímica y algo de vapor de agua y de CO2 existen comunidades capaces de gestionar recursos muy limitados con el fin mantener los ciclos necesarios para sustentar vida (obviamente con estrategias muy distintas a las competitivas que se desarrollan en la superficie del planeta). La extremofilia ha abierto un amplio ventanal a la astrobiología , en su búsqueda de vida en el Universo, más allá del planeta azul.

De entre los extremófilos que conocemos, los acidófilos (literalmente amantes de

pHs ácidos), constituyen una clase especial, ya que el ambiente extremo no es una constricción geofísica del medio sino el producto del metabolismo de seres vivos, concretamente microorganismos quimiolitótrofos. La quimiolitotrofía basada en los sulfuros metálicos ha dado un salto cualitativo importante al poderse sustanciar que el metabolsimo que domina el sistema se debe, contra todo pronóstico, en el ciclo del hierro y no en el del azufre como parecía más razonable desde un punto de vista termodinámico. La exploración de un sistema dominado por la geomicrobiología del hierro, como es el del río Tinto, ha permitido demostrar que este tipo de estrategia ecológica no es sólo posible, sino que ha probablemente ha tenido mucho éxito en tiempos pretéritos. Datos recientes de la exploración de Marte ha revelado la existencia en dicho planeta de minerales, como la jarosita, que indefectiblemente tuvo que generarse en un ambiente acuoso y ácido, así como de óxidos de hierro, tales como los hematites, todos ellos presentes en el sistema del Tinto. La validez del Tinto como análogo de Marte cobra cada vez más importancia. En esta comunicación se analizarán los datos más interesantes sobre la reciente exploración de Marte y se discutirá sobre las posibilidades que la vida ha podido tener o incluso tiene de desarrollarse en el planeta rojo.

Moléculas orgánicas en el sistema solar: ¿dónde y cómo encontrarlas?

Jordi Llorca i Piqué

Dpto. Química Inorgànica Universitat de Barcelona

Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña [email protected]


49

La química orgánica es la química de los compuestos de carbono. La bioquímica es el estudio de los compuestos de carbono que andan a cuatro patas

Mike Adams


50

El universo está repleto de moléculas orgánicas en fase gas, aunque con un grado de complejidad limitado debido a la acción de radiaciones ionizantes que rompen con facilidad enlaces químicos. Pero existen otros ambientes en los que las moléculas orgánicas son estables y pueden evolucionar a estructuras más complejas. La adsorción sobre determinados sólidos que actúan como catalizadores permite que las moléculas orgánicas sencillas interaccionen entre ellas y den lugar a nuevas especies. En la historia del sistema solar se dieron las condiciones para que este tipo de interacciones tuviera lugar en distintos enclaves. La pregunta ahora es cuáles son estos enclaves y cómo podemos estudiarlos.

Sabemos con certeza que los cometas y determinado tipo de meteoritos tienen un

contenido orgánico muy rico, de hecho contienen incluso muchos de los ingredientes básicos para la vida. Gracias a la luminosidad que alcanzan al acercarse al Sol, desde hace tiempo se conoce por medios espectroscópicos que en los hielos de los cometas existen distintos tipos de moléculas orgánicas, con un amplio abanico de grupos funcionales. A partir de la composición isotópica de estas especies se cree que una parte importante de ellas provienen directamente del espacio interestelar, o como mínimo algunos de sus precursores. No obstante, aún estamos lejos de conocer con detalle el contenido orgánico de los cometas puesto que no hemos tenido la oportunidad de hacer estudios in situ; en este sentido, los resultados que pueda proporcionar la misión espacial Rosetta en los próximos años van a ser muy importantes.

Moléculas identificadas en el cometa C/1995 O1 Hale-Bopp a 1 unidad

astronómica. Se indica la técnica espectroscópica utilizada así como su abundancia relativa al agua.

Una manera interesante de estudiar el contenido orgánico de los cometas lo

constituye el análisis de espectros de meteoros. El medio interplanetario está repleto de minúsculos fragmentos de cometas y asteroides (de unos pocos milímetros) que llamamos meteoroides y que entran a gran velocidad en la atmósfera de la Tierra. Cuando esto ocurre, la fricción entre el meteoroide y las moléculas del aire resulta en la total


51

vaporización e ionización de éstos, momento en el que es posible capturar su espectro y asignar las distintas líneas de emisión a especies concretas. Además de los meteoros esporádicos también existen enjambres de meteoros asociados a cometas concretos y bien conocidos. A partir del estudio individual de cada uno de los enjambres es posible comparar distintos cometas y el efecto que el tiempo de residencia en el espacio puede tener sobre la naturaleza del material orgánico.

Existe además en el espacio interplanetario una multitud de partículas

submilimétricas que proceden, principalmente, de la erosión de los cometas. Estas partículas de polvo interplanetario no interaccionan de forma violenta con la atmósfera, sino que se sedimentan suavemente en ella y de este modo preservan casi intacto su contenido orgánico. Gracias al avance de las técnicas microanalíticas hoy sabemos que estas partículas contienen moléculas orgánicas, aunque todavía no tenemos el grado de desarrollo instrumental suficiente para poder saber cuáles son estas moléculas orgánicas. Dado que a lo largo de la historia de la Tierra han ido llegando ininterrumpidamente una gran cantidad de estas partículas, hay quien propone que el material orgánico que contienen pudo haber contribuido a la aparición de la vida en nuestro planeta

Partícula de polvo interplanetario capturada en la estratosfera terrestre y vista a

través de un microscopio electrónico de barrido. La partícula mide alrededor de 15 �m de ancho.

A diferencia de los cometas y de las partículas de polvo interplanetario, los

meteoritos ofrecen una oportunidad única de conocer con detalle el origen y evolución del material orgánico de los cuerpos menores del sistema solar, puesto que ofrecen la posibilidad de realizar análisis químicos e isotópicos muy detallados. No todos los


52

meteoritos contienen moléculas orgánicas, únicamente aquellos que no han sufrido un metamorfismo elevado pero, en cambio, sí que han experimentado alteración acuosa, muestran una gran cantidad y variedad de especies orgánicas. En este tipo de meteoritos, las condritas carbonáceas, se han identificado más de seiscientas moléculas orgánicas discretas distintas, además de polímeros poco definidos. Entre las moléculas orgánicas se encuentran hidrocarburos, ácidos carboxílicos, alcoholes, cetonas, aldehidos, aminas, amidas, ácidos sulfónicos, ácidos fosfónicos, aminoácidos, bases nitrogenadas, etc. El análisis químico de las moléculas orgánicas de los meteoritos está lo suficientemente maduro como para saber con certeza si existe o no contaminación terrestre. Las condritas carbonáceas presentan hasta un 5% en peso de carbono. Llama la atención la gran variedad de grupos funcionales así como la diversidad estructural de muchas de estas especies. A partir de las distintas familias de compuestos y su composición isotópica se sabe que este material orgánico se sintetizó en distintos lugares y en momentos también distintos. Como mínimo tenemos constancia que parte de las moléculas orgánicas se originaron en el medio interestelar, como en los cometas, pero también sabemos que en la nebulosa solar tuvieron lugar reacciones catalíticas en fase heterogénea entre el gas y partículas de polvo nebulares que fueron importantes en la construcción de algunas de las especies orgánicas en meteoritos (también en las partículas de polvo interestelares). Por último, la alteración hidrotermal de los cuerpos progenitores de los meteoritos favoreció reacciones de condensación y polimerización que muy posiblemente dio origen a las estructuras poliméricas que hoy vemos en las condritas carbonáceas. Recientemente se ha puesto de manifiesto que una parte importante de las moléculas orgánicas de las condritas carbonáceas se encuentran asociadas de manera preferente con los filosilicatos, que a su vez son el resultado de la alteración hidrotermal de otros silicatos de estructura más simple en los cuerpos asteroidales.

Fragmento de la condrita carbonácea Murchison, caída en 1969 en Australia. En

este meteorito se han identificado centenares de moléculas orgánicas distintas. Respecto a la existencia de moléculas orgánicas en los cuerpos planetarios del

sistema solar, pocas cosas sabemos con certeza. Además de la Tierra, no tenemos indicios


53

que existan materiales orgánicos con un cierto grado de complejidad en otros planetas o satélites, y cada vez el número de candidatos es menor. Podemos decir que los tres candidatos del momento son Marte, Europa y Titán, los cuales constituyen el objetivo de las agencias espaciales. La hipotética existencia de moléculas orgánicas e incluso evidencia de vida fósil en el meteorito marciano ALH84001 siguen sin estar demostradas, y las condiciones en los satélites de Júpiter y Saturno pueden no ser las mejores desde el punto de vista de evolución orgánica. El estudio de la transformación de material orgánico bajo las condiciones presentes en los cuerpos planetarios, no obstante, puede ser fundamental para entender su evolución en el sistema solar.

Marte tuvo en el pasado unas condiciones climáticas que permitieron la

existencia de agua líquida en su superficie. En la actualidad es uno de los objetivos de las agencias espaciales en su afán de encontrar vestigios de vida fósil, pero aún no sabemos si ni tan solo tuvo alguna vez moléculas orgánicas simples.

El satélite Europa contiene cráteres

y estructuras lineales que han profundizado bajo el hielo. En estas zonas han aflorado materiales coloreados que se piensa que pueden tener relación con material orgánico.

El satélite Titán tiene una atmósfera rica en metano y aerosoles. Se piensa que su superficie puede albergar océanos o zonas lacustres ricas en moléculas orgánicas.

Radiación ultravioleta solar en Marte: Implicaciones biológicas y búsqueda de ambientes

potencialmente habitables

Carmen Córdoba Jabonero Laboratorio de Geología Planetaria Centro de Astrobiología, Madrid

[email protected]


55

La frase mas excitante que se puede oír en ciencia, la que anuncia nuevos descubrimientos, no es "¡Eureka!" (¡Lo encontré!) sino 'Es extraño ...'

Isaac Asimov.


56

Introducción.

Marte es el cuarto planeta desde el Sol y suele recibir el nombre de Planeta Rojo, sobre todo por el característico color rojo que fue observado por los astrónomos a lo largo de la historia.

Antes de la exploración espacial, Marte era considerado como el mejor candidato

para albergar vida extraterrestre. Los astrónomos creyeron ver líneas rectas que atravesaban su superficie. Esto condujo a la creencia popular de que algún tipo de inteligencia había construido algún tipo de canalizaciones de agua. Otra razón que condujo a los investigadores a esperar la presencia de vida en Marte eran los cambios estaciónales de color en la superficie del planeta. Este fenómeno llevó a especular sobre la posibilidad de que las condiciones de la superficie produjeran un florecimiento de la vegetación durante los meses cálidos y un estado de latencia durante los períodos más fríos.

En Julio de 1965, la nave Mariner 4 de la NASA, transmitió 22 imágenes cercanas

de Marte. Todo lo que se podía ver era una superficie con muchos cráteres y canales de origen natural pero ninguna evidencia de canales artificiales o agua circulante. Finalmente, en Julio y Septiembre de 1976, las sondas Viking 1 y 2 se posaron sobre la superficie de Marte [1]. Los tres experimentos biológicos realizados por las sondas descubrieron una actividad química muy fuerte en el suelo marciano, pero no suministraron ninguna evidencia clara sobre la presencia de microorganismos vivos en el suelo cercano a las sondas. Por otro lado, otros instrumentos no encontraron signo alguno de química orgánica en los dos puntos de aterrizaje, pero sí suministraron un análisis preciso y definitivo de la composición de la atmósfera marciana y se encontraron trazas de elementos no detectados con anterioridad.

Además, Marte es un planeta que recibe en su superficie radiación ultravioleta

(UV) solar con una fuerte componente biológicamente muy perjudicial (UV-C y UV-B), lo que influye notoriamente en el deterioro de la superficie en vistas de poder encontrar algún signo de vida [2, 3, 4].

Por lo tanto, Marte puede ser considerado un planeta auto-esterilizante, es decir,

la combinación de la radiación UV solar que alcanza la superficie, la extrema sequedad del suelo y la naturaleza oxidante de la química del suelo impiden la formación de organismos vivos en el suelo marciano. Sin embargo, permanece abierta la pregunta sobre la existencia de vida en Marte en un pasado lejano o de la presencia actualmente de condiciones óptimas quizás estaciónales de habitabilidad en otras zonas del planeta, como puede ser en su subsuperficie, en donde hasta ahora no se ha realizado ningún estudio concreto. Solamente con la sonda Beagle 2 de la misión Mars Express de la ESA, que llegar a Marte a finales de Diciembre de 2003, se obtendrán los primeros datos de la subsuperficie de Marte, además de contar con un sensor UV que registrará los primeros datos experimentales de radiación UV que alcanza la superficie de Marte [3], a fin de contrastar los resultados obtenidos hasta entonces por medio de modelos de transferencia radiactiva [2, 3, 4].


57

1. Radiación UV solar en Marte. 1.1 La atmósfera marciana.

La radiación UV solar que alcanza la superficie de Marte está fundamentalmente determinada por su atmósfera, tanto en magnitud como en rango espectral. La atmósfera de Marte es bastante diferente de la atmósfera de la Tierra. Está compuesta fundamentalmente por dióxido de carbono (CO2) con pequeñas cantidades de otros gases. En la tabla 1 se puede ver la gran diferencia en composición de las atmósferas de Marte y de la Tierra [5, 6].

Tabla 1. Composición (%) de las atmósferas de la Tierra y Marte.

Componente Tierra Marte CO2 0.33 95.32 N2 78.08 2.7 Ar 0.93 1.6 O2 20.95 0.13 CO 0.19 × 10-4 700 × 10-4 O3 0 - 12 × 10-4 0 - 0.0008 × 10-4

H2O 0 - 0.04 × 10-4 0 - 0.00086 × 10-4 Ne 18.2 × 10-4 2.5 × 10-4 Kr 1.14 × 10-4 0.3 × 10-4 Xe 0.09 × 10-4 0.08 × 10-4

Como se puede ver, el componente mayoritario de la atmósfera de Marte es el CO2, que equivaldría al aire (N2+O2) en la Tierra; además este “aire marciano” puede contener incluso 1/1000 veces menos de agua que nuestro aire, pero esta pequeña cantidad puede condensarse, formando nubes que se desplazan por las zonas altas de la atmósfera o remolinos alrededor de las laderas de los sobresalientes volcanes. Existe la evidencia de que en el pasado una atmósfera más pesada podría haber permitido que el agua circulase sobre el planeta. Rasgos físicos que asemejan costas, gargantas, cauces e islas sugieren que alguna vez grandes ríos marcaron al planeta. También el CO2 sufre ciclos estaciónales de congelación-sublimación a lo largo del año, lo que provoca que la presión atmosférica varíe también. Así por ejemplo, la presión diaria media medida por la sonda Viking 1 en invierno bajó hasta 6.8 mbar, aunque en otras estaciones del año subió hasta 9.0 mbar; en el caso de la sonda Viking 2 las presiones fueron de 7.3 y 10.8 mbar, respectivamente. En comparación, la presión media de la Tierra es de unos 1000 milibares. La temperatura media registrada en Marte es -63°C con una temperatura máxima de 20°C y un mínimo de -140°C. En la Tabla 2 se comparan la presión y la temperatura superficial de Marte con la Tierra [5].


58

Tabla 2. Presión y temperatura en la superficie de la Tierra y Marte.

Tierra Marte Presión atmosférica (mbar) 1013 mbar 4 – 7 mbar Temperatura (mín.) -90ºC -140ºC Temperatura media 15ºC (288 K) -63ºC (210 K) Temperatura (máx.) 60ºC 20ºC

1.2 Atenuación atmosférica de la radiación UV.

Entre los gases que componen la atmósfera de Marte, el dióxido de carbono (CO2) y el ozono (O3) son los principales que absorben la radiación UV. El CO2 es el responsable del “corte” de la radiación UV a longitudes de onda λ < 200 nm, papel que en la Tierra juega el aire, es decir, el oxígeno (O2) del aire. En cuanto al O3, a diferencia de la Tierra, en Marte no existe la llamada “capa de ozono” que protege la superficie, los niveles son muy bajos, se consideran valores normales en Marte el 1 % del ozono terrestre, por Ej. , 350 Unidades Dobson, D.U.), por lo que radiación UV de longitud de onda entre 200 y 300 nm (UV-C, principalmente) consigue llegar a la superficie. Por el contrario, en la Tierra la radiación UV que llega es de λ > 290 nm (UV-B y UV-A).

150 200 250 300 350 40010

-4

10-3

10-2

10-1

1

Irradiancia solar a 1.524 UA

(43 % Tierra a 1 UA)

Condiciones en Marte:

Latitud = 65ºSLs = 250º (perihelio)

Tiempo solar: mediodía

AZS = 41.4ºO

3 = 1% Tierra

τpolvo

= 0.3

Condiciones en la Tierra:

AZS = 41.4º

O3 = 300 D.U.τ

polvo = 0.1

Irra

dian

cia

sola

r (W

*m-2*n

m-1)

λ (nm)

Fig. 1. Irradiancia UV a una distancia de 1.524 UA desde el Sol,

y la recibida en la superficie de Marte y de la Tierra.

En la Figura 1 se muestra la irradiancia UV solar que reciben Marte y la Tierra en la superficie (se muestra también el espectro solar que Marte recibe a 1.524 Unidad Astronómica, UA), obtenida para cada caso por medio de un modelo de transferencia radiativa [4, 6] bajo determinadas condiciones atmosféricas (la nomenclatura de algunos parámetros que aparecen en esta figura se explica más adelante en el texto). Esta diferencia espectral es muy importante por la gran implicación biológica que conlleva: la exposición de los organismos a la radiación UV-C (λ < 280 nm) y parte del UV-B (280-320 nm) es sumamente perjudicial para los procesos biológicos que gobiernan el desarrollo y evolución de tales organismos (se explicará en mayor detalle en el siguiente apartado). La


59

idea de que la presión hubiera sido mucho mayor en el pasado, incluso hasta ser similar a la de la Tierra actual (1 bar, aprox.), indica que el “corte” espectral de la radiación UV en Marte hubiera sido a longitudes de onda mayores, pero aún así hubiera seguido llegando suficiente radiación UV-C a la superficie para no permitir el desarrollo de materia biológica.

Otro factor atmosférico que también influye en la propagación de la radiación UV hasta la superficie es la dispersión por los aerosoles presentes en la atmósfera, principalmente el polvo en suspensión. Y Marte es caracterizado por poseer un alto contenido de polvo, incluso llegando a producirse las famosas “tormentas de polvo”, sobre todo en el hemisferio sur, que puede durar varios días. Además, hay que señalar que tanto los gases como el polvo a su vez pueden tener una distribución espacial y temporal muy variable, por lo que los niveles de UV en el planeta pueden sufrir también variaciones.

Por último, otros factores que afectan a los niveles de UV que alcanzan la

superficie son la distancia al Sol, ya que influye en la radiación solar que llega a Marte, así como el ángulo zenital solar (AZS) que se calcula por medio de determinados parámetros geométricos y orbitales. Las diferencias de tales parámetros respecto a la Tierra se resumen en la Tabla 3 [5].

Tabla 3. Parámetros geométricos y orbitales de la Tierra y Marte.

Parámetro Tierra Marte

relativo a la Tierra

Masa (Kg) 1.49×10+25 1.64×10+24 0.11 Densidad Media (g/cm3) 5.52 3.94 0.71 Radio Ecuatorial (km) 6400 3400 0.53 Distancia media al Sol (km) 1.496×10+8 2.2794×10+8 1.524 (UA) Período Rotacional (horas terrestres)

23.9 24.6 1.03

Período Orbital (días terrestres)

365 687 1.88

Excentricidad 0.016 0.093 5.81 Inclinación del eje (º) 23 25 1.09 Gravedad superficial en el ecuador (m/s2)

9.8 3.72 0.38

Factor atmosférico de escala (m)

∼ 8 ∼ 11 1.38

Entre estos parámetros, las diferencias más notables son la distancia media al

Sol, ya que de este modo Marte al estar más lejos que la Tierra recibe solamente el 43 % de la radiación solar que llega a la Tierra, de la cual un 9 % aproximadamente es la radiación UV, así como la duración del año marciano (casi dos años terrestres) y la excentricidad (casi 6 veces mayor), lo que provoca que las estaciones del año sean de diferente duración en cada hemisferio, es decir, el verano marciano dura menos en el hemisferio sur que en el norte, al contrario que el invierno, por lo que existen grandes diferencias de temperaturas entre los


60

dos hemisferios, siendo el polo sur mucho más frío que el norte, aunque por otro lado también a su vez recibe mucha más radiación solar.

En la Figura 2 se muestra un “mapping” de la radiación UV que recibe la superficie de Marte en condiciones de un contenido no muy alto de polvo atmosférico (espesor óptico τpolvo = 0.32), y con un perfil atmosférico cuya presión y temperatura superficiales son de 6 mbar y 210 K, respectivamente. La longitud aerocéntrica (Ls) es un parámetro que define el año marciano, dividiendo la órbita sideral en 360º, de los que cada porción de 90º expresa una estación anual, con el origen (Ls = 0º) en el equinoccio de primavera (hemisferio norte). Como se puede observar en la Figura 2 el hemisferio sur recibe más radiación UV que el hemisferio norte, habiendo así una descompensación de ambos hemisferios, como ya se ha comentado anteriormente. En la Tierra, sin embargo, la distribución de la radiación UV que reciben ambos hemisferios es casi simétrica.

0 9 0 180 270 360

-80

-60

-40

-20

0

2 0

4 0

6 0

8 0

50ºS

50ºN

Tiempo solar: mediodía

τ = 0.32

FlujoUV (W*m-2)

Ls (º)

Latit

ud (

º)

58.5 -- 65.0

52.0 -- 58.5 45.5 -- 52.0

39.0 -- 45.5

32.5 -- 39.0 26.0 -- 32.5

19.5 -- 26.0

13.0 -- 19.5 6.50 -- 13.0

1E-4 -- 6.50

Fig. 2. Radiación UV solar en la superficie de Marte al mediodía solar (τpolvo = 0.32).

1.3 Radiación UV biológicamente activa.

La sensibilidad de los organismos a la radiación UV solar viene determinada por el llamado espectro de acción biológica (BAS, Biological Action Spectrum). Dicho espectro expresa relativamente (normalizado a 300 nm) el daño producido por la exposición a la radiación UV en un determinado proceso biológico que tiene lugar en un organismo. En la Figura 3 se pueden ver varios ejemplos de los espectros de acción de los blancos biológicos más importantes [7-11].


61

200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 40010

- 5

10- 4

10- 3

10- 2

10- 1

1

10

102

103

UV-B UV-AUV-C

daño en el ADN

daño en la fotosíntesis eritema (quemado de la piel) daño generalizado en plantas

fotoinhibición del fitoplankton

Res

pues

ta r

elat

iva

(uni

d. a

rb.)

(nor

mal

izad

a a

300

nm)

λ (nm)

Fig. 3. Espectros de Acción Biológica (BAS).

Como se puede ver, en general, para todo espectro de acción, el daño será mayor

cuanto menor sea la longitud de onda de la radiación recibida por un organismo, aunque dependiendo de la clase de organismo, cada parte del espectro UV solar afectará de una manera diferente a cada uno de ellos. Así, la radiación UV-C es la más perjudicial en todos los procesos; la radiaci ón UV-B afectará mucho más al ADN que a otros blancos; mientras que el UV-A influirá más en el fitoplancton, la fotosíntesis y el eritema que en otros procesos. En cuanto a la dosis biológica efectiva recibida por cada uno de los procesos biológicos dependerá también del tiempo de exposición a la radiación UV. 2. Los polos de Marte: ambientes potencialmente habitables.

Dada la atmósfera actual de Marte, como ya se ha indicado anteriormente, una gran cantidad de radiación UV del rango de 200 – 300 nm (UV-C, principalmente) consigue llegar a la superficie, al contrario de lo que ocurre en el caso de la Tierra, en que generalmente λ > 290 nm (UV-B y UV-A) es la única radiación UV que alcanza la superficie terrestre gracias a la capa de ozono que posee (ver Figura 1). Esto provoca, entre otros factores, que la superficie de Marte sea considerada un medio extremo y hostil con un alto grado de oxidación para la aparición y desarrollo de microorganismos.

Por este motivo, y con el fin de buscar un candidato “potencialmente habitable”

entre los diversos ambientes marcianos capaz de poseer las condiciones óptimas necesarias para ello, se podría pensar lógicamente que fuera en la subsuperficie donde se pudieran encontrar tales “señales biológicas”, ya que sería el medio adecuado donde existiría la suficiente protección contra la radiación UV. Y es precisamente este tema lo que está todavía por explorar.

Siguiendo este razonamiento, y dado el hecho de que el hielo puede atenuar

considerablemente la radiación UV, sea hielo de H2O como ocurre en la Antártida [12, 13] como hielo de CO2 (hielo seco) [14, 15], un ambiente-candidato importante de protección frente a la radiación UV podrían ser los polos de Marte, ya que reunirían las condiciones ambientales necesarias, desde un punto de vista radiativo, para el desarrollo de “materia biológica” en las subcapas heladas de la superficie, compuestas de una primera


62

capa de hielo de CO2, cuyo espesor varía a lo largo del año debido al ciclo estacional de deposición-sublimación del CO2 atmosférico, como ya se ha comentado anteriormente, pudiendo llegar a ser de 1 metro de profundidad, y que cubre el suelo de permafrost donde se encuentra la capa de hielo de H2O. Esta aparición-desaparición de la capa de CO2 helado durante el año dará lugar a su vez a variaciones estaciónales en los niveles de UV en la propia superficie y subsuperficie. Así, por ejemplo, podría estimarse la profundidad óptima en la capa de los polos de Marte donde se esperaría encontrar un entorno apropiado según las condiciones radiativas ambientales para encontrar algunas “señales de vida”. Y esto serviría como aplicación en futuras misiones con sondas destinadas a las altas latitudes de Marte, por ejemplo, para indicar hasta que profundidad habría que perforar para “encontrar” tales señales de vida. Referencias:

1. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/viking.html 2. Cockell C., D.C. Catling, W.L. Davis, K. Snook, R.L. Kepner, P. Lee and C.P.

McKay. The Ultraviolet Environment of Mars: Biological Implications Past, Present, and Future. Icarus 146, 343–359 (2000). .

3. Patel M.R., J.C. Zarnecki and D.C. Catling. Ultraviolet Radiation on the Surface of Mars and the Beagle 2 UV Sensor. Planet. Sp. Sci. 50, 915-927 (2002).

4. Córdoba-Jabonero C., L.M. Lara, A.M. Mancho, A. Márquez and R. Rodrigo. Solar ultraviolet transfer in the Martian atmosphere: biological and geological implications. Planet. Sp. Sci. 51, 399-410 (2003).

5. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/marsfact.html 6. Iqbal M. An Introduction to Solar Radiation, Academic Press, 1983

(Original source: U.S. Standard Atmosphere. U.S. Government Printing Office, Washington, D.C., 1976).

7. Setlow R. and B. Doyle. The action of radiation on dry Deoxyribonucleic acid. Biochim. Biophys. Acta 15, 117-125 (1954).

8. Jones L.W. and B. Kok. Photoinhibition of chloroplast reactions. I. Kinetics and action spectra. Plant Physiol. 41, 1037-1043 (1966).

9. McKinlay A.F. and B.L. Diffey. A reference action spectrum for ultraviolet-induced erythema in human skin. In Human Exposure to Ultraviolet Radiation: Risks and Regulations (W. R. Passchler and B. F. M. Bosnajokovic, Eds.), Elsevier, Amsterdam, 83-87 (1987).

10. Green A.E.S., T. Sawada and E.P. Shettle. The middle UV reaching the ground. Photochem. Photobiol. 19, 251-259 (1974).

11. Cullen, J.J., P.J. Neale and M.P. Lesser. Biological weighting function for the inhibition of phytoplankton photosynthesis by ultraviolet radiation. Science 258, 646-650 (1992).

12. Perovich D.K. A theoretical model of ultraviolet transmission through Antarctic sea ice. J. Geophys. Res. 98 (C12), 22579-22587 (1993).

13. Cockell C.S. and C. Córdoba-Jabonero. Coupling of climate change and biotic UV exposure through changing snow–ice covers in terrestrial habitats. Photochem. Photobiol. 79(1) (2004).

14. Hansen G.B. Control of the radiative behaviour of the Martian polar caps by surface CO2 ice: Evidence from Mars Global Surveyor measurements. J. Geophys. Res. 104 (E7), 16471-16486 (1999).


63

15. Córdoba-Jabonero C., M.R. Patel, M.P. Zorzano and C. Cockell. Assessment for the possibilities of habitability in martian polar environments. Proceedings of the 3rd European Workshop on Exo/Astrobiology, Madrid (Spain), November 18-20, 2003, ESA SP-545 (2004).

¿Vale para algo la estación espacial internacional?

Luis Ruiz de Gopegui

Master Science Electrical Engineering Ex-Jefe de los programas espaciales de NASA en España


65

La ciencia puede descubrir lo que es cierto, pero no lo que es bueno, justo y humano

Marcus Jacobson


66

La estación espacial internacional (ISS, en siglas americanas) ha tenido siempre muchos detractores. El principal motivo ha sido porque desde el año 1972 ha habido casi continuamente alguna estación espacial o alguna mini estación en orbita terrestre y durante algunos períodos ha habido dos. A pesar de estos más de 30 años de estaciones en órbita, nunca se ha logrado demostrar que un laboratorio en órbita terrestre sea algo esencial para la investigación científica.. Si a esto se añade el desorbitado coste de la ISS, equivalente a más de 20 telescopios espaciales como el Hubble, no es de extrañar que el número de los detractores sea grande.

En un principio (los años 90) la ISS se proyectó con cuatro objetivos principales; que sirviera como laboratorio avanzado para experimentar en microgravedad; que sirviera también como laboratorio avanzado de medicina espacial en microgravedad; que pudiera utilizarse como plataforma para colocar sensores remotos para el estudio de la tierra con operación y mantenimiento centralizados ; idem para telescopios astronómicos. Pronto se vio que dado el elevado coste de la ISS los objetivos tercero y cuarto no tenían ningún sentido. También se comprendió que el laboratorio de medicina espacial solo sería de utilidad si se pensaba hacer algún viaje a Marte en cuyo caso la Estación debería estar dotada de gravedad artificial, algo que no existe en la ISS. Además en la actualidad no hay ningún proyecto de viaje a Marte. Finalmente el laboratorio de microgravedad no parece muy prometedor ya que después de más de 30 años de experiencias con ella no se ha encontrado que esa línea de investigación tenga mucho interés industrial y en el supuesto que se encontrara alguna aplicación importante se podría realizar en plataformas robóticas o en el Transbordador Espacial de la NASA con un coste de varios órdenes de magnitud inferior.

A pesar de estas críticas ¿por qué se ha construido la ISS?. Para contestar a esta pregunta hay que conocer el importante papel que juegan los grupos de presión en el gobierno de los EE.UU. De estos grupos hay tres que apostaron muy fuerte por la ISS: los grandes magnates de la industria, los militares y el ala fuerte de la NASA formada por los directivos de Houston. Por eso se construyó la Estación.

Planetas de ciencia ficción

Miquel Barceló García

Dpto. de Lenguajes y Sistemas Informáticos Universidad Politécnica de Cataluña

[email protected]


68

En la vida humana sólo unos pocos sueños se cumplen; La gran mayoría de los sueños se roncan

Jardiel Poncela


69

Introducción

El ser humano tiende a recurrir a su potente imaginación cuando carece de

conocimiento más seguro y fiable sobre ciertas cosas. Por ejemplo, durante muchos siglos, el rayo era la manifestación del enfado de Zeus hasta que se descubrió su explicación científica: una diferencia de potencial eléctrico entre el cielo y la tierra...

Afortunadamente, la ciencia, con sus explicaciones seguras y fiables, nos permite

un mayor control del mundo que nos rodea. Siguiendo la vieja idea de Francis Bacon en su NOVUM ORGANUM (1620), nuestro conocimiento de la naturaleza ha de servir para dominar el mundo. Así, saber cómo funciona el rayo permite inventar el pararrayos y limitar los efectos de una tormenta. Y lo logra con mucha mayor eficacia que ofreciendo a un dudoso Zeus sacrificios de todo tipo para reclamar su benevolencia y evitar que, enfadado, nos lance sus demoledores rayos.

También los planetas (como ocurre con tantos otros fenómenos que han sido

objeto del estudio científico: robots, clones, viajes espaciales, etc.), han sido objeto del imaginario popular antes de la llegada del conocimiento científico en sí. Las manifestaciones más características han sido las de la ciencia ficción. La ciencia ficción es una narrativa específica, nacida en el siglo XIX y desarrollada básicamente, en literatura y cine, a lo largo del siglo XX. En adecuada definición de Isaac Asimov, la ciencia ficción sería esa narrativa especializada en "estudiar la respuesta humana a los cambios en el nivel de la ciencia y la tecnología". Lo que proporciona tanto el aspecto humano que da interés a las narraciones de ciencia ficción, como la reflexión sobre el alcance y el efecto de los conocimientos tecnocientíficos.

Respecto de la imaginación popular en torno a los planetas, el ejemplo más

significativo lo ofrecen, como no podía ser de otra manera, los planetas más cercanos a la Tierra en el Sistema Solar: Marte y Venus. Aunque no son los únicos: Júpiter, Mercurio y el cinturón de asteroides también han ocupado la imaginación de los escritores de ciencia ficción aunque, de momento, en este resumen, nos limitaremos a Marte y Venus.

Marte

Tim Burton lo vio claro y así nos lo mostró en su reciente MARS ATTACKS!: la imagen tópica del extraterrestre ha sido siempre la de esos supuestos "marcianos" que, desde los mal interpretados "canali" de que hablara Schiaparelli en 1877, han poblado la imaginación de muchos: los "marcianos" son bajitos, verdes, cabezudos y, todo hay que decirlo, según Burton resultan más bien perversos y malvados.

Hoy sabemos que Marte es muy distinto de lo imaginado por Percival Lowell en su

libro MARTE (1896). Para Lovell, Marte era un mundo frío, árido y lleno de rojos desiertos, pero con unas escasas áreas de tierra cultivable perfectamente capaces de sustentar la vida. Por eso Herbert G. Wells, en LA GUERRA DE LOS MUNDOS (1898), hacía llegar de Marte una amenaza que, años más tarde, Orson Welles convertiría en pánico generalizado en toda Norteamérica cuando, en 1938, realizó la famosísima versión radiofónica de esa novela.


70

Setenta años después de Lowell, los datos del Mariner VI (llegada a las cercanías

de Marte en julio de 1965) nos aportaron la evidencia de lo que muchos ya sospechaban: un planeta extremadamente frío, casi sin atmósfera y sin vida. No hay marcianos. Después hemos ido aprendiendo más y más datos sobre el vecino planeta.

Pero, mientras tanto, la ciencia ficción ha usado y abusado de Marte como posiblemente no haya hecho con ningún otro lugar del universo. Ese Marte imaginado contempló las extravagantes aventuras de John Carter, escritas por Edgar Rice Burroughs (el creador de Tarzán) a la busca de otros ambientes exóticos para las aventuras de sus protagonistas cuando África empezaba a parecer agotada en este sentido. La serie se inicia con UNA PRINCESA DE MARTE (1912), una heroína tal vez guapa pero, por cierto, de piel rojiza y reproducción ovípara...

Marte fue también el planeta donde Stanley Weinbaum imaginó uno de los seres

más curiosos de la ciencia ficción de todos los tiempos: Tweel, el pseudo-avestruz de UNA

ODISEA MARCIANA (1934). Y fue también el referente poético de ese Marte imposible pero entrañable de las CRÓNICAS MARCIANAS (1950) de Ray Bradbury que tanto gustaron a Jorge Luis Borges. Y ello sin olvidar las irónicas y divertidas peripecias de esos marcianos incordiantes y chismosos de MARCIANO, VETE A CASA (1955) de Fredric Brown, o ese iluminado mesías marciano que lo revolucionaba prácticamente todo en FORASTERO EN TIERRA

EXTRAÑA (1961) de Robert A. Heinlein. Imaginación desbordada que se refería a Marte sin atender a su posible realidad,

aunque hubiera curiosas excepciones como LAS ARENAS DE MARTE (1951) de Arthur C. Clarke que, desgraciadamente, no marcaron la pauta.

Pero los Mariner y el Viking lo cambiaron todo. En los años setenta, la ciencia

ficción comprendió que, a falta de marcianos, si ha de haber vida en Marte habrá que modificar o bien al ser humano o, mucho más agresivamente, alterar toda la ecología planetaria marciana para que pueda albergar con comodidad la vida nacida en la Tierra.

En el primer caso, Frederik Pohl, en HOMO PLUS (1976), postula el uso de la cirugía

y nuevos órganos artificiales para completar aquello que nos ha proporcionado la evolución. Para explorar y vivir en Marte, el Homo sapiens deberá convertirse en un nuevo ser (ese Homo plus del título), un cosmonauta cyborg, mitad humano y mitad robot con mayores pul-mones para respirar una atmósfera enrarecida, ojos multifacetados adaptados para ver en la gama de los infrarrojos, una piel casi acorazada, alas añadidas para incorporar baterías solares que alimenten su mitad cibernética, y un largo etcétera de modificaciones. Ese sería el precio de querer habitar el planeta rojo.

Más recientemente, la imprescindible adaptación del ser humano para poder vivir

en Marte se resuelve con la ayuda de la nanotecnología en obras de gran brillantez temática y estilística como MARTE SE MUEVE (1993) de Greg Bear.

La otra posibilidad es la "terraformación planetaria", uno de los más descomunales

proyectos de ingeniería biológica que el ser humano ha imaginado: modificar la entera ecología de un planeta para que, en el menor tiempo posible, desarrolle unas condiciones adecuadas para que los seres humanos podamos vivir en él. Fue el fallecido Carl Sagan quien


71

abordó el tema de la terraformación en su interesante libro de divulgación científica LA

CONEXIÓN CÓSMICA (1973). Y una reciente trilogía de Kim Stanley Robinson: MARTE ROJO

(1991), MARTE VERDE (1992) y MARTE AZUL (1996), es, hasta la fecha, la mejor muestra de esa necesaria y escalonada transformación del planeta rojo hasta convertirse en otro maravilloso planeta azul, hijo esta vez de la tecnología del Homo faber terrestre.

Venus

El caso de los presuntos "canales" de Marte que nunca existieron, es un ejemplo

claro de un error que, por diversas razones, se difunde y pervive durante muchos años. Pero, al menos, en el caso de Marte, existen las viejas observaciones de Schiaparelli y esa referencia a unos posibles "canali" de los que él mismo hablara en 1877. No es demasiado extraño que, buscando precisamente esos canales, Percival Lowell imaginara haberlos encontrado y la imagen de un Marte surcado por canales y posiblemente habitado haya pervivido mucho años.

Mucho peor ha sido lo que ha pasado con Venus. A los ojos de los primeros

astrónomos que lo estudiaron, el planeta que los clásicos asociaron al amor ofrece una imagen brillante y sin relieves. A finales del siglo XIX y principios del XX, Venus era un misterio para los observadores. Muy pronto se concluyó que estaba cubierto de una capa permanente de nubes. Si se veían nubes, tenía que haber agua y, seguramente por eso, el Venus de la imaginación popular se convirtió en un planeta oceánico dominado por las aguas y, como complemento, la posibilidad de inmensas junglas de lujuriosa vegetación.

La sonda Mariner II, lanzada el 27 de agosto de 1962, llegó a unos 30.000

kilómetros de Venus el 14 de diciembre del mismo año. Nos enseñó que no había líquido alguno en la superficie de Venus, y que las nubes observadas, formadas en su mayoría por dióxido de carbono, creaban un enorme efecto invernadero que mantenía en la superficie temperaturas de varios centenares de grados centígrados. Posteriormente, en 1964, con estudios realizados con ondas de radar se averiguó que Venus completaba una rotación cada 243 días (en realidad, 18 días más que la duración de su año) y, lo más curioso, esa rotación era en dirección contraria a la del resto de los planetas.

Con toda seguridad, al menos para los intereses de la imaginación, tal vez era

preferible el poético planeta oceánico con mucha vegetación. Resultaba fácil imaginar en él la continuación de las aventuras de descubrimiento que en la Tierra ofrecieron durante el siglo pasado las por entonces ignotas tierras de África.

Así lo hizo, por ejemplo, C.S. Lewis en PERELANDRA (1943) donde un Venus

oceánico, con grandes islas de vegetación flotante, era el ambiente ideal para rediseñar y actualizar el mito de Adán y Eva. La idea de las islas flotantes de Venus parece proceder de otro autor británico: Olaf Stapledon, quien en su obra ÚLTIMOS Y PRIMEROS HOMBRES (1930) ya habla de islas flotantes en Venus. Y lo hace como consecuencia de lo sugerido en "El último juicio", un artículo de 1927 del biólogo J.B.S. Haldane (también británico) quien sugería que Venus podría ser un hogar adecuado para la humanidad cuando la Tierra dejara de ser habitable.


72

Con el devenir de la imaginación volcada al espacio que representa la primera

época de la ciencia ficción, Venus fue escenario de todo tipo de aventuras como las de LOS

MERCADERES DEL ESPACIO (1953) de Frederik Pohl y Cyril M. Kornbluth con un Venus inevitablemente húmedo y con minas en las que el protagonista debe reconstruir su futuro personal amenazado en una civilización excesivamente dependiente de la publicidad y el consumo.

Incluso Isaac Asimov recurrió al Venus oceánico como escenario de una de las

aventuras de Lucky Starr, el Ranger del Espacio que protagonizó una serie de novelas para adolescentes publicadas en los años cincuenta y que, al principio, iban firmadas con el seudónimo Paul French. La fama de Asimov ha hecho que se reediten a menudo esas novelas pese a los errores astronómicos que ahora sabemos que contienen. Desde 1970, Asimov obliga a que se publique una breve introducción de dos páginas aclarando el carácter irreal del Venus que nos presenta, por ejemplo en LOS OCÉANOS DE VENUS (1954), al igual que exigió cuando se reeditó la novela de esa misma serie ambientada en Marte: LUCKY STARR: EL RANGER DEL ESPACIO (1952).

Conocida ya la realidad, otros autores de ciencia ficción han abordado la dura tarea

de imaginar un Venus habitable por los humanos y, por consiguiente, la difícil terraformación de un planeta hoy muy alejado de poder permitir la vida humana en su superficie. El más interesante de esos esfuerzos puede ser el que realizó Pamela Sargent con VENUS OF DREAMS (1986) y VENUS OF SHADOWS (1988), y cuyo éxito en Estados Unidos ha hecho que, años después, apareciera el volumen que cierra la trilogía: CHILD OF VENUS

(2001). Pero muchos, terrible paradoja, siguen prefiriendo ese Venus oceánico y

aventurero que conocieron en su infancia, cuando el Mariner II todavía no había destruido los viejos sueños de aventura con la ayuda de la más cruda realidad...

Planetas inventados: la imaginación controlada

Pero no basta con la imaginación desbordada en torno a planetas realmente existentes. La ciencia ficción cubre más facetas.

Uno de los más serios problemas a los que se enfrentan algunos autores de ciencia

ficción, es el imaginar de forma coherente nuevos entornos planetarios. El problema incluye diversos aspectos que han de ser analizados con rigor en función de los conocimientos astronómicos y cosmológicos de que disponemos.

Es un problema que incluye diversos y variados aspectos: desde la dinámica de

sistemas solares con más de una estrella, a la forma en que las estrellas afectan la formación de los planetas, pasando por los efectos de la masa, la gravedad y el campo magnético del planeta en cuestión, etc. Y todo ello sin olvidar el complemento que pueda representar la bioquímica de una posible vida planetaria y la forma en que las condiciones físicas del planeta y de su sistema solar influencian la evolución de la vida.


73

No son problemas banales ni sencillos y, aunque muchos autores (literatos en

suma) evitan detenerse en ellos, hay también brillantes especialistas en imaginar mundos diversos e intentar hacerlo de forma respetuosa con lo que la ciencia actual conoce.

Uno de los autores que más destaca en este campo es Hal Clement, quien, en

MISIÓN DE GRAVEDAD (1953), describe la vida en las duras condiciones del planeta Mesklin, un planeta con un gran gradiente de gravedad y con unos curiosos habitantes.

El planeta Mesklin, casi en forma de disco y con gran velocidad de rotación, es

grande y muy denso. La gravedad en su superficie varía enormemente desde 3g en el ecuador hasta los 700g de los polos. Los océanos son de metano líquido y la nieve es amoníaco congelado. En esas condiciones de pesadilla viven los "mesklinitas" quienes, debido a la práctica bidimensionalidad de sus vidas (mirar hacia arriba es algo incluso físicamente difíci l a causa de la gravedad), han tenido que desarrollar una curiosa cultura y una sociedad perfectamente acordes con las condiciones de su entorno. La novela es un perfecto ejemplo de la construcción coherente de un mundo en el que las condiciones físicas representan una dificultad adicional para la vida.

La problemática de una gravitación exagerada ha sido recogida y actualizada por

el Dr. Robert L. Forward en HUEVO DEL DRAGÓN (1980). En un evidente homenaje a la obra de Clement, el Dr. Forward especula con la posible vida de unos seres francamente distintos que habitan nada más y nada menos que en la superficie de una estrella de neutrones.

Las condiciones en la estrella de neutrones son, evidentemente, infernales.

Sesenta y siete mil millones de veces la gravedad terrestre han comprimido la estrella a una esfera de sólo veinte kilómetros de diámetro que experimenta una revolución (un "día") en sólo 200 milisegundos. Y, por si ello fuera poco, además la fuerza del campo magnético (un billón de gauss), altera los núcleos de la corteza y, también, las reacciones químicas habituales en nuestro mundo son reemplazadas por nuevas reacciones de neutrones.

En ese mundo imposible, el Dr. Forward imagina que existe vida, la de los "cheela",

los seres ameboides de la corteza de la estrella, que experimentan en una hora el equivalente de más de cien años de vida terrestre. Los detalles técnicos de su anatomía y biología son también verosímiles por su correcta adaptación al difícil mundo en que viven. Como era de esperar, (e incluso agradecer) la novela dispone de un interesante "Apéndice técnico" donde el autor, investigador en el campo de la astronomía gravitatoria, expone el posible fundamento de ésas que, a primera vista, parecen especulaciones un tanto exageradas.

Se trata, en ambos casos, de algunos de los mejores exponentes de la mejor

ciencia ficción hard, de esa ciencia ficción no siempre tan abundante como sería de desear, que intenta especular coherentemente al amparo de los conocimientos científicos disponibles. Una forma amena de sugerir especulaciones en torno a la ciencia por medio de una trama de aventuras que las hagan aún más amenas. El verdadero núcleo de la ciencia ficción.


74

Planetas inventados: la imaginación desbordada

A veces los autores de ciencia ficción imaginan cosas francamente sorprendentes.

A mediados de la década de los cincuenta, un astrónomo famoso, Fred Hoyle, especuló novelísticamente con la idea de lo que pudiera ocurrir si una masa de materia interestelar pudiera llegar a estar dotada de inteligencia. La idea que Hoyle planteara en LA NUBE NEGRA (1957), fue retomada recientemente por otro autor de ciencia ficción, el veterano Frederik Pohl, en EL MUNDO AL FINAL DEL TIEMPO (1990).

Otra idea un tanto paradójica y no menos sorprendente es la de imaginar una mente única a nivel planetario. Uno de los mejores ejemplos de ello es el descrito en SOLARIS (1961), la magistral novela de Stanislaw Lem que, diez años después, dio lugar a una dilatada y reflexiva vers ión cinematográfica dirigida por Andrei Tarkovski y. mucho después, otra, estadounidense esta vez, protagonizada por George Clooney. Y conviene destacar que la novela de Lem se escribió incluso antes de la hipótesis Gaia de James Lovelock, quien ve también a nuestro propio planeta como un descomunal organismo vivo, un todo viviente, coherente, autorregulador y autocambiante, sometido a las reglas de la homoestasis.

Solaris es un curioso planeta que orbita entre dos soles, uno rojo y otro azul. Es

evidente que tal supuesto es arriesgado. Sabemos que, en esas condiciones, la órbita no puede ser estable y que, tarde o temprano, el planeta será engullido por uno de los dos soles.

Pero, nos cuenta Lem, eso no ocurre con Solaris. Milagrosamente la órbita

permanece estable y lo lógico es suponer que algo o alguien colabora a ese hecho insólito según la mecánica celeste.

Solaris es un planeta cuyo diámetro sobrepasa en un quinto el diámetro de la

Tierra, pero que dispone de una masa varias veces inferior a la de nuestro planeta. La superficie de Solaris está cubierta por un océano tachonado de innumerables islas, a modo de al tiplanicies. Pero todas esas islas suman una superficie que es incluso inferior a la de Europa. Se trata, evidentemente, de un mundo acuático.

En la hipótesis de Lem, ese océano es una formación orgánica, una entidad

compleja que viene a representar toda la vida existente en Solaris: un único habitante pero gigantesco. Una vida que parece haber evolucionado no sólo para adaptarse al medio, sino para dominarlo. Efectivamente: la razón última de la imposible estabilidad del planeta parece residir en ese océano al que los físicos, sin por ello asignarle la categoría de ser vivo, han denominado "máquina plasmática" por haber encontrado cierta relación entre los procesos que tienen lugar en ese océano y el potencial de gravitación medido localmente. La estabilidad de la órbita se explica en cierta forma a expensas de generar un misterio mucho mayor.

Tanto la novela como las versiones cinematográficas, parecen orientadas a sugerir

los inevitables límites del ser humano y de su capacidad de comprender lo intrínsecamente distinto. En realidad, SOLARIS viene a ser un caso extremo de "contacto con inteligencias extraterrestres" (otro tema especulativo muy propio de la ciencia ficción) y, en el fondo,


75

una reflexión que bordea la metafísica en torno a si existe o no una verdad absoluta. Inevitablemente seres tan distintos como ese océano y el humano protagonista parecen condenados a no comprenderse.

Lem imagina, consecuentemente, una nueva ciencia, la "solarística" construida en

torno a las raras experiencias que surgen en un mundo como Solaris donde incluso las mediciones de los aparatos electrónicos muestran una actividad fantástica agravada por el hecho de que esas mediciones nunca resultan ser repetibles. Posiblemente la interacción de ese misterioso océano altera los datos y amenaza incluso a un hecho capital en la ciencia observacional moderna: la postulada capacidad de poder repetir los experimentos. Un postulado que, simplemente, no se da en Solaris, lo que, implícitamente, deja en mal lugar a la ciencia como herramienta última de conocimiento. La "solarística" empieza a alzarse como una nueva fe disfrazada de aspectos científicos, como una posible nueva religión de la era cósmica.

De una arriesgada hipótesis planetaria, Lem extrae como consecuencia un

interesado análisis de los límites propios del ser humano. Límites individuales cuando las mentes de los protagonistas rehusan aceptar sus creaciones mentales que parecen haberse convertido en reales en Solaris; y límites como especie incapaz de superar las barreras del propio antropocentrismo. La comprensión de la inteligencia alienígena resulta imposible al margen de nuestro propio marco de referencia cultural y filosófico, evidentemente limitado.

Planetas inventados: la imaginación disciplinada

Pero no basta con la imaginación controlada o desbordada propia de la ciencia

ficción. Incluso en ámbitos más cercanos al desarrollo de la tecnociencia, cuecen las habas de la imaginación más fecunda y, al menos por esta vez, en cierta forma disciplinada. Y Epona es uno de los mejores ejemplos.

EPONA es un planeta nuevo. Una posibilidad maravillosa para explorar y poner a

prueba el alcance de nuestros conocimientos científicos. Un verdadero reto. Epona es el tercer mundo de un sistema planetario centrado en la estrella Taranis,

originalmente 82 Eridani. Taranis es una enana amarilla (G5 V en la secuencia principal) que tiene, aproximadamente, unos cinco mil millones de años. Tal y como su nombre original indica, la estrella se encuentra en la constelación de Eridani, y se halla a unos 21 años luz de nuestro Sol.

En ese sistema solar, los cuatro planetas más interiores son de naturaleza rocosa,

con tamaños que van desde, aproximadamente, 0.1 a 2.0 veces la masa de la Tierra, y

densidades en el rango de 3.8 a 6.4 g/cm3. En concreto, Epona, el único de esos planetas que está dotado de vida, tiene una masa 0.55 veces de la Tierra, una atmósfera oxigenada de unos 0.577 bars de presión media, y sus continentes parecen ser de roca silícea. Epona dispone de un clima templado y hay mares y océanos de agua.

Tras esos cuatro planetas rocosos, el sistema de Taranis incluye otros cuatro

planetas gaseosos con masas que van desde 5.9 a 206 veces la de la Tierra y con


76

densidades en el rango de 0.7 a 2.4 g/cm3. El grupo está dominado por el gigante Borvo (con un 65% de la masa de Júpiter al que, en cierta forma, se parece). Sirona, el último planeta del sistema es parecido a Tritón y está formado por hielos.

Además de muchas informaciones sobre el sistema planetario y las características generales de cada uno de los planetas, se conoce bastante de la geología de Epona, el planeta más estudiado del sistema. También, como en la Tierra, en Epona la evolución ha generado diversas especies vivas que interaccionan en una ecología compleja no siempre evidente.

La mayor diferencia del sistema de Taranis con el de nuestro Sol o, si se quiere,

de Epona con nuestro planeta Tierra es el grado de realidad. Epona y el sistema planetario de Taranis son criaturas de la imaginación. No existen en la realidad. Sólo son posibles en el universo de los estudiosos y especialistas dedicados a la creación y estudio de mundos (world builders), a menudo al servicio de los escritores de ciencia ficción. Con toda seguridad, de entre los muchos experimentos mentales posibles, el de Epona es uno de los más completos y realistas.

Todo empezó cuando los miembros de Contact celebraron su congreso de 1993.

Contact es una organización educativa con raíces en la ciencia ficción. En una de sus actividades, COTI (Cultures Of The Imagination), un grupo de especialistas preparó con gran detalle las características de un mundo alienígena inventado, mientras que un segundo grupo trabajó aisladamente en la futura historia humana hasta hacernos alcanzar el viaje interestelar. Después, en el congreso anual de Contact, se simuló un primer contacto entre ambas culturas. Es una actividad francamente divertida y, además, de gran interés científico.

En 1993, Martyn J. Fogg utilizó un sofisticado programa informático de creación

propia para generar un complejo sistema planetario en torno a esa hipotética estrella llamada Taranis. La riqueza de esa simulación fue tal que las 72 horas del congreso resultaron insuficientes. Pronto se decidió crear un boletín (COTI Mundi Newsletter ) que se envió a un amplio grupo de interesados en la "construcción de mundos". Lo demás ya es historia: más de una treintena de especialistas de todo tipo (biólogos, químicos, astrónomos, antropólogos, escritores de ciencia ficción, artistas, etc.) desarrollaron hasta el extremo más inesperado las posibilidades, de todo tipo pero esencialmente astronómicas, geológicas y ecológicas, del sistema planetario de Taranis.

Hoy en día, Epona ya no queda restringida a Contact. Desde 1995 los participantes

en la creación y desarrollo de Epona han formado un grupo llamado precisamente WorldBuilders que prosigue el estudio y el desarrollo de Epona. Una actividad que sólo cabe etiquetar como "divina" o, al menos, de ese tipo de poderes parece reclamarse...

Y ése es solo un primer boceto de un posible mundo, de un nuevo planeta creado y

habitado por la potentísima imaginación humana. Por ahora uno de los casos más característicos de los innumerables planetas de ficción.

Estudios de la NASA sobre los efectos biomédicos del vuelo espacial

Jaime Miquel Calatayud Dpto. de Biotecnología

Universidad de Alicante Ex-Jefe de Patología Experimental NASA


78

Las fuerzas naturales que se encuentran dentro de nosotros son las que verdaderamente curan las enfermedades

Hipócrates


79

Introducción: aspectos históricos.

Antes de los primeros vuelos espaciales se temía que la exposición a la radiación cósmica y a la microgravedad ("ingravidez") podría ser muy peligrosa o incluso causar la muerte de animales y sujetos humanos. Causaba especial preocupación el efecto que pudiera tener sobre el encéfalo y la retina la irradiación con protones y partículas pesadas de origen cósmico. No obstante el programa de investigación de la Experimental Pathology Branch de la NASA en colaboración con la Universidad de California en Berkeley, proporcionó numerosos datos (obtenidos en animales de laboratorio irradiados en aceleradores de partículas) que sugerían que la radiación cósmica no haría peligrar la salud de los astronautas excepto en misiones espaciales de varios años de duración. Por ello el interés de nuestros estudios se concentró en la reacción de los organismos a la otra importante alteración medio-ambiental a la que se exponen los viajeros espaciales, o sea la microgravedad. Afortunadamente, pronto se demostró en los programas de investigación espacial soviético y americano que tanto los animales de laboratorio como los cosmonautas y astronautas podían adaptarse a la microgravedad a la que estaban expuestos en vuelos balísticos y orbitales. Misiones posteriores de mucha mayor duración, como la Skylab americana y vuelos en los vehículos soviéticos Soyuz y la estación espacial Salyut demostraron que los viajes espaciales podían completarse con éxito por los sujetos humanos pero que la microgravedad desencadenaba un gran número de respuestas fisiológicas de adaptación al medio e incluso algunos procesos fisiopatológicos que, por su amenaza para la salud y rendimiento, podrían imponer límites al tiempo de permanencia de las tripulaciones en el espacio.

Merece mención que los resultados de los programas espaciales soviético y

americano parecían confirmar las hipótesis enunciadas por el precursor de las ciencias del espacio Konstantin E. Tsiolkovsky. En efecto, a finales del siglo XIX, este matemático ruso ya propuso la utilización de cohetes para propulsar vehículos espaciales tripulados y predijo los más importantes efectos de la microgravedad: "No tendremos peso, solo masa. Podremos tener en nuestras manos cualquier masa sin sentir ningún peso. No hay arriba ni abajo". Tsiolkovsky no se limitó a especulaciones teóricas sino que fue el fundador de la fisiología gravitacional experimental , al llevar a cabo experimentos de centrifugación de insectos y aves que mostraron que "el aumentar cinco veces su peso no tenían efectos perjudiciales sobre estos animales". Por otra parte predijo que la anatomía y fisiología de animales y plantas sí que podría alterarse como consecuencia de la exposición a un ambiente ingrávido.

Desde 1948 a 1961, las investigaciones de los EEUU en preparación de los vuelos

espaciales tripulados se iniciaron con una serie de vuelos en los que ratones, ratas y monos alojados en el cono de cohetes balísticos fueron expuestos brevemente a numerosos estreses que incluían la microgravedad. Por otra parte, de 1951 a 1960 la Unión Soviética utilizó en su programa de fisiología espacial perros entre los que destaca "Layka", que en el vuelo del Sputnik-2 (de 1957) fue el primer "viajero" que orbitó la Tierra en un satélite artificial. Poco después, el vuelo de Yuri Gagarin en Vostok I dio un gran impulso al desarrollo de la tecnología necesaria para los vuelos tripulados así como a la investigación biomédica necesaria para aumentar la seguridad de las tripulaciones.


80

Los vuelos tripulados de la NASA, desde el programa Mercury hasta los viajes a la

Luna del programa Apollo, y especialmente las misiones del laboratorio espacial Skylab, proporcionaron mucha información sobre las reacciones de los sujetos humanos a la ingravidez. Sin embargo, en comparación con el programa soviético, en los primeros vuelos de la NASA hubo una relativa falta de interés en el desarrollo de la biología espacial, pues en pocas ocasiones animales de experimentación fueron enviados al espacio con los astronautas en los vehículos americanos. Los primeros estudios de biología espacial de la NASA, en los años sesenta, se realizaron exponiendo cultivos celulares e insectos a la microgravedad en biosatélites automáticos, y en las décadas de los setenta y los ochenta, se obtuvieron numerosos datos en un programa conjunto URSS/USA que utilizaba como vehículos espaciales biosatélites Kosmos. Gracias a este programa, en el que la Experimental Pathology Branch de la NASA dirigió dos experimentos para investigar los efectos de la ingravidez sobre el desarrollo y el envejecimiento del insecto Drosophila melanogaster, fue posible exponer una variedad de organismos a los estreses del vuelo espacial durante períodos de hasta 20 días. Como resumiremos a continuación, los resultados de estas investigaciones demostraron que algunos procesos biológicos fundamentales son mas insensibles a la ingravidez de lo que se esperaba, mientras que otros, como el envejecimiento, son muy sensibles a cambios en la intensidad de las fuerzas gravitacionales.

Conceptos básicos y modelos de "ingravidez".

Los factores físicos que intervienen en la producción de microgravedad han sido

objeto del siguiente comentario: "Desde un punto de vista físico, un cuerpo sólo podría ser ingrávido en ausencia de las fuerzas de aceleración, lo que, según la Ley de Gravitación Universal, es teóricamente imposible. Sin embargo, la ingravidez puede ser simulada por la "caída libre" en aviones que descienden en picado y en satélites en órbita en los que la fuerza centrífuga contrarresta la atracción de la Tierra. Por ello la NASA recomendó la utilización del término ingravidez para designar esta variedad de situaciones "sin peso demostrable ni sus efectos". Y aunque ningún procedimiento consigue la total eliminación de la fuerza gravitacional y de aceleración, por lo cual los términos hipogravedad o microgravedad son más correctos, a menudo se les substituye por ingravidez.

La denominación gravitational physiology fue aceptada en una reunión del

Committee on Space Research, en 1971, porque "se estaba demostrando que el estudio de los efectos del medio ambiente espacial sobre los organismos de la Tierra era factible y válido científicamente, como una rama de la fisiología ambiental". Concretamente, "la fisiología gravitacional investiga las reacciones de los organismos a todo el rango de fuerzas gravitacionales de mayor o menor intensidad que la fuerza que ejerce la gravedad sobre todos los objetos que permanecen inmóviles en la superficie de la Tierra". Además, se puede considerar la fisiología gravitacional desde el punto de vista de tres áreas de estudio interconectadas: (a) Relación con la salud y supervivencia de los sujetos humanos en el espacio. (b) Utilización de la microgravedad en los vuelos espaciales como un medio para investigar aspectos fundamentales de biología y medicina. (c) Modelos experimentales para poder observar en la Tierra reacciones de los organismos semejantes a las que causan fuerzas gravitacionales mayores o menores que la gravedad terráquea.

Numerosas investigaciones de la NASA utilizaron los modelos de bed rest y de

inmersión en agua (para sujetos humanos), y de suspensión del cuerpo e inmobilización (para


81

animales de laboratorio), pues a causa de la hipokinesia e hipodinamia que las acompañan tienen algunos efectos semejantes a los de la microgravedad en vuelo espacial. Por otra parte, la rotación horizontal en clinostatos (un modelo de los expertos en fisiología vegetal para estudiar la influencia de la gravedad sobre las plantas) también mostró su utilidad en experimentos realizados en nuestro laboratorio en preparación de los mencionados vuel os en biosatélites espaciales para investigar los efectos de la microgravedad sobre el desarrollo y el envejecimiento de los insectos.

El primer estudio americano de larga duración sobre los efectos de la

hipergravedad (conseguida mediante rotación en grandes centrífugas) se realizó en 1953. Esta investigación, en la cual se mantuvo a ratas en campos de 3g y 8g de fuerza centrífuga en períodos de hasta un año, fue continuada por otros estudios, incluido uno de nuestro laboratorio, que demostraron que, de acuerdo con la teoría gerontológico del rate-of-living, la exposición prolongada de ratas a 3.5g aumentaba su consumo de alimento y aceleraba su envejecimiento.

El uso de clinostatos y centrífugas gigantes en el Ames Research Center de la

NASA, en California, ha sido muy útil para el desarrollo de la fisiología espacial, y más concretamente para ayudar en el proceso de selección de los proyectos que, por sus expectativas de rendimiento científico, merecen llevarse a cabo en biosatélites o vehículos espaciales tripulados.

Estudios de biología espacial.

Además de las investigaciones en sujetos humanos que revisaremos seguidamente,

la NASA ha realizado experimentos más básicos para comprender mejor el papel de la fuerza de gravedad en la biología celular y en la formación de la estructura y funciones de los organismos. Así, las numerosas investigaciones en animales revisadas por J. Miquel y K.A. Souza (NASA Technical Memorandum: An Overview of Gravitational Physiology, 1991) sugieren que los procesos fundamentales de mitosis, diferenciación celular y desarrollo embrionario no son directamente alterados por la microgravedad. Por otra parte, los estudios de nuestro laboratorio en insectos adultos de la especie Drosophila melanogaster expuestos a la microgravedad (en el biosatélite del vuelo espacial Kosmos-936) muestran una aceleración del envejecimiento de estos insectos.

Los mecanismos responsables de este efecto están probablemente ligados a una

mayor actividad motora y consiguiente "estrés metabólico". Es lógico que sin la orientación que proporciona la percepción del vector de la gravedad por sus órganos sensores, las drosófilas tengan dificultad para controlar el vuelo. Esto puede causar una actividad desordenada con aumento del consumo de oxígeno, que según la teoría de los radicales libres acelera el envejecimiento.

Por su pequeño tamaño y fácil mantenimiento, la rata ha sido el mamífero de

laboratorio más utilizado en los estudio de biología y fisiopatología gravitacional. Según numerosos estudios de los programas americano y soviético la microgravedad causa la siguiente secuencia de reacciones adaptativas y fisiopatológicas en este mamífero: I. Ligero estrés. II. Adaptación al ambiente espacial. III. Un estado de "pérdida de rendimiento"


82

(acompañado de cambios atróficos en el miocardio y músculos esqueléticos) que se observa cuando los animales vuelven a la Tierra tras el vuelo espacial.

Por otra parte, el aparente efecto inhibidor de la microgravedad sobre el

desarrollo del sistema esquelético de ratas alojadas en vehículos espaciales ha sido exhaustivamente investigado como modelo experimental para una mejor comprensión de la pérdida de calcio que tiene lugar en el sistema esquelético de los astronautas.

Con respecto a la cuestión clave del programa de investigación biológica de la

NASA o sea la identificación de las células y sistemas fisiológicos que se alteran durante el vuelo espacial, los datos sugieren que dos tipos de células diferenciadas (para realizar funciones fisiológicas especializadas) son especialmente vulnerables a la microgravedad. El primer tipo celular es el principal componente del sistema músculo-esquelético, que ha evolucionado para hacer posible la locomoción contrarrestando la atracción de la fuerza de gravedad de la Tierra. El segundo tipo celular se encuentra en los órganos de orientación (estatocistos, otolitos, etc.) que "perciben" la dirección del vector de la gravedad.

Reacciones fisiológicas de los sujetos humanos expuestos a la microgravedad en vuelos espaciales.

Numerosos estudios realizados en astronautas muestran que generalmente las

náuseas y otros síntomas del "mareo espacial" que a menudo causa la microgravedad desaparecen con la adaptación, aunque algunos sujetos son incapaces de adaptarse. La mayoría de los astronautas describen la experiencia del vuelo espacial como agradable si se evitan los movimientos bruscos de la cabeza. Por otra parte, otro de los efectos de la microgravedad es una redistribución de los fluidos de las piernas hacia el torso y la cabeza, que puede resultar molesta. Más importantes son los cambios en el sistema músculo-esquelético (cierto grado de atrofia y pérdida de calcio), que aunque no suponen una amenaza para el mantenimiento de la salud y la capacidad funcional en los vuelos actuales (sobre todo si se realiza ejercicio físico), ponen límites (junto con dosis excesivas de radiación cósmica) a la duración máxima de futuras misiones espaciales.

Un tema al que la NASA dedicó atención por su interés teór ico y práctico es el

probable efecto de una exposición prolongada a la microgravedad, en vuelos espaciales de muy larga duración, sobre el proceso de envejecimiento. A diferencia de lo que ocurre con las drosófilas, la microgravedad podría frenar el envejecimiento humano en lugar de acelerarlo. Así, según nuestra hipótesis (presentada en el Workshop on Space Gerontology, NASA Ames Research Center, 1978): "A pesar de la aceleración del envejecimiento del sistema músculo esquelético, si se pudiera permanecer muchos años en microgravedad, se podría aumentar la duración de la vida a causa de la disminución del metabolismo". Esta hipótesis está de acuerdo con datos que sugieren que aproximadamente un tercio de las calorías ingeridas por los sujetos humanos en condiciones normales, en la Tierra, se usa para aportar la energía necesaria para contrarrestar los efectos de la gravedad. De acuerdo con actuales conceptos sobre las causas del envejecimiento, el descenso del metabolismo tendría un efecto protector contra la desorganización de células y órganos que tiene lugar con el paso del tiempo y lleva a la pérdida de rendimiento fisiológico. Como ejemplo de la probable utilidad desde el punto de vista biomédico de futuros experimentos a realizar en vuelos espaciales, concluíamos en el mencionado Workshop: "El estudio del envejecimiento


83

en el espacio podría aclarar las oscuras relaciones entre los estímulos ambientales y los órganos diana que modulan el proceso de envejecimiento y establecen un límite a la duración máxima de la vida de todos los organismos de las especies superiores, incluidos los miembros de la especie humana".

Vientos en los planetas gigantes

Agustín Sánchez Lavega Dpto. Física Aplicada

Universidad del País Vasco [email protected]


85

Profundizar en el conocimiento científico es una de las mejores vías para lograr plenitud y libertad

Pilar Álvarez Pellicero


86

Cuando observamos al telescopio o desde las naves espaciales los planetas

gigantes Júpiter y Saturno, y los gigantes “helados” Urano y Neptuno, lo que vemos son las capas superiores de nubes y nieblas formadas por pequeñas partículas en suspensión sobre profundas atmósferas de hidrógeno (en aproximadamente un 90% de composición) y helio (un 10%) (Figura 1). Las nubes superiores de estos planetas se ubican en los niveles de presión entre aproximadamente 0.5 y 10 bares, y las partículas que las constituyen actúan como reflectores difusos de la radiación solar a la vez que como filtros opacos a la radiación infrarroja que escapa del interior de estos planetas. Salvo en el caso de Urano, cuya fuente interna de calor es muy débil, en el resto de los planetas esta fuente energética es del orden de magnitud de la debida a la irradiación solar absorbida por los gases atmosféricos y las nubes. Tiene su origen la fuente interna de energía en el calor generado durante la fase de formación y subsiguiente contracción de estos planetas. Por ejemplo, en el caso de Júpiter, la emisión actual de energía interna puede explicarse si el planeta se enfría a razón de un grado por millón de años a la vez que se contrae unos 3 centímetros al año. Con todo, la energía calorífica disponible en estos planetas apenas alcanza, en el caso de Júpiter, 1/30 de la energía solar disponible en la atmósfera de la Tierra, es decir apenas una decena de vatios por metro cuadrado. Para Neptuno, el planeta más alejado, apenas se llega a 1 vatio por metro cuadrado (dado que el flujo energético solar decrece con el inverso del cuadrado de la distancia).

Figura 1: Aspecto visual, a escala de tamaño, de Júpiter, Saturno, Urano y

Neptuno, según imágenes del Telescopio Espacial (Júpiter) y de la nave Voyager (Saturno, Urano y Neptuno). Los colores de las nubes han sido intensificados. NASA-JPL.

Con tan poca energía disponible, sería en principio de esperar que los movimientos

atmosféricos de escala global no fueran muy intensos. Sin embargo, las observaciones precisas realizadas en el curso de las últimas dos décadas de todos estos planetas con las naves “Voyager”, con “Galileo” (en Júpiter) y con “Cassini” (en Júpiter, a la espera del comienzo de su exploración de Saturno en el 2004), así como con el Telescopio Espacial “Hubble” (HST) y con diferentes telescopios en Tierra, demuestran lo contrario. Siguiendo el movimiento de las pequeñas formaciones nubosas en el curso de unas horas, se observa que los vientos que las arrastran se dirigen en los planetas gigantes a lo largo de los paralelos, en una circulación denominada “zonal”, sin apenas movimientos meridionales. Además los vientos se organizan de forma diferente en Júpiter y Saturno, que en Urano y Neptuno (Figura 2). En los dos primeros, los vientos alternan hacia el este y el oeste con la latitud, con unas 8 corrientes zonales (o “jets”) por hemisferio en Júpiter y 4 en Saturno. Además en el ecuador existe una ancha e intensa corriente en chorro de más de 100 m/s en Júpiter y de cerca de 500 m/s en Saturno, lo que equivale en este último planeta a unos


87

2/3 de la velocidad del sonido (nótese en este caso, al calcular la velocidad del sonido, la diferente composición y temperatura atmosférica con respecto a la Tierra). Por el contrario Urano y Neptuno solo tienen una corriente hacia el este en cada hemisferio, mientras que en el ecuador la corriente se dirige hacia el oeste, con velocidades máximas de 100 m/s en Urano y 400 m/s en Neptuno. Dado que estos planetas carecen de una superficie sólida que sirva de sistema de referencia, se miden los vientos con respecto a la velocidad angular de rotación de su campo magnético (cuya estructura espacial no es homogénea), que se supone ligado al interior del planeta, representando por lo tanto la verdadera rotación del planeta. Se conoce a este sistema de referencia rotante como “Sistema III”.

Figura 2: Perfil de vientos zonales en los cuatro planetas gaseosos. Eje vertical:

latitud en grados desde el Polo Norte (90N) pasando por el Ecuador (EQ) al Polo Sur (90S). Eje horizontal: Velocidad del viento zonal (positiva hacia el este, negativa hacia el oeste) en metros por segundo (multiplicar por 3.6 para pasar a km/hr).

La alta velocidad y peculiar organización de las corrientes de vientos en los

planetas gigantes tiene a buen seguro que ver por una parte, con el hecho de que estos planetas tienen una estructura totalmente diferente a la de los terrestres, y por otra a su alta velocidad angular de rotación con períodos de unas 10 hr para Júpiter y Saturno y 16-17 horas para Urano y Neptuno. Siendo la circulación de los planetas gaseosos un problema básico de la geofísica de fluidos, hemos de decir que aún no somos capaces de explicar como se originan los vientos, desconocemos hasta que profundidad se extienden, como se genera el intenso chorro ecuatorial hacia el Este en Júpiter y Saturno, o que papel juegan las diferentes fuentes de energía. En definitiva desconocemos como funciona una máquina térmica que con tan baja energía calorífica disponible, genera sin embargo movimientos tan intensos. En lo que sigue, comentaré algunas de las ideas que se emplean para aproximarse a una solución a este problema y las aportaciones que nuestro equipo de investigación viene realizando en este campo.

Modelos de circulación general

Nos ceñiremos en lo que sigue al caso de Júpiter y Saturno que son, de entre los

cuatro, los planetas mejor estudiados. Existen básicamente dos grupos de modelos que intentan reproducir el sistema de vientos alternantes con la latitud de la figura 2. Todos ellos parten de los datos bien conocidos de tamaño (radio unas 10 veces el terrestre), rápida rotación, es decir intensas fuerzas de Coriolis, y escasa fricción (y por lo tanto


88

escasa disipación de energía) al no existir una superficie (un “suelo”) con el que interaccionar. Difieren sin embargo en la fuente de energía que domina el control de estos movimientos. Para los modelos de tipo “profundo” es el calor interno el que genera los vientos mientras que en los modelos de tipo “superficial” es la insolación la que, al igual que en los planetas terrestres, impulsa las masa de aire.

1. Modelos profundos

Para entender este grupo de teorías es necesario conocer primero la naturaleza

del interior de estos planetas. El hidrógeno, componente fundamental, se encuentra en la parte exterior de los planetas gigantes en forma molecular (H2) es decir formado por dos átomos de hidrógeno (cada uno con un protón en el núcleo y su electrón) unidos por fuerzas internas. El estado del hidrógeno molecular al nivel de las nubes superiores de amoníaco (presiones en torno a 1 bar) es el de un gas frío con dos estados posibles en la orientación de los espines del protón, paralelos (hidrógeno orto) o antiparalelos (estado para). A las bajas temperaturas al nivel de las nubes, de unos -150° C y -180° C para Júpiter y Saturno respectivamente, ambos estados del hidrógeno hacen que se comporte como dos gases distintos, liberándose calor latente durante la transformación de uno en otro. Sería esta una fuente adicional de energía para los movimientos.

A medida que penetramos hacia el interior de los planetas, las capas exteriores

aplastan a las interiores, con lo que la presión aumenta con la profundidad, y consiguientemente con ella, la temperatura. El hidrógeno molecular se transforma gradualmente en un fluido líquido hasta que, llegadas las presiones cercanas a 1 Mbar (1 millón de bares) siendo entonces la temperatura en Júpiter de unos 6.000 ° C, la presión rompe la molécula de hidrógeno, separa protones y electrones, que quedan en forma de un plasma conductor eléctrico (H+). Se trata del estado metálico del hidrógeno, una fase aún inalcanzable a esas altas temperaturas en los laboratorios terrestres. No se sabe si la transición del hidrógeno molecular al metálico es gradual o brusca, pero esta debe de acontecer, según la ecuación de estado teórica que describe este comportamiento, entre 1 y 3 Mbar de presión. Acontece tal situación a una profundidad aproximadamente de 0.8 veces el radio de Júpiter y 0.6 veces el de Saturno. Se considera pues como atmósfera de esos planetas la envoltura externa de hidrógeno molecular de un espesor de unos 13.000 kms y 24.000 kms para Júpiter y Saturno, respectivamente. El hidrógeno metálico se considera la base de la atmósfera, la región en donde se engendraría el campo magnético y en donde la rotación sería justamente la del interior planetario. Más hacia el interior es posible que ambos planetas posean un núcleo diferenciado formado por una cubierta de “hielos” sobre una esfera de metales y rocas.


89

Figura 3: Interior de los planetas gigantes: hidrógeno molecular (atmósfera,

amarillo), hidrógeno metálico (rojo), capa de hielos (azul)y núcleo (negro). Tomado de T. Guillot.

Los modelos de circulación profunda presuponen que es la fuente de energía

interna la que mueve la atmósfera, y se fundamentan en el hecho de que el transporte de energía mediante convección en un fluido no viscoso, es organizado por la intensa rotación en un movimiento de columnas paralelas al eje de rotación del planeta de acuerdo con un teorema postulado por Taylor – Proudman. Estas columnas engendran a su vez un movimiento secundario residual de cilindros rotantes, concéntricos con ese eje y alternantes en su sentido de rotación. Cuando estos cilindros “tocan” el techo superior de nubes forman las corrientes zonales alternantes hacia Este y Oeste (figura 4).

Figura 4: Modelo de circulación profunda para Júpiter y Saturno, engendrado

cuando el calor interno transportado por convección unida a la intensa rotación, organiza los movimientos del fluido en columnas rotantes que, a su vez, forman un movimiento de toda la capa atmosférica de hidrógeno molecular en cilindros concéntricos con el eje de rotación.


90

Los cilindros se desarrollan sobre la capa de hidrógeno molecular, ya que la de

hidrógeno metálico resulta impenetrable. La generación de este tipo peculiar de movimientos ha sido observada en diferentes experiencias de laboratorio (incluyendo algunas en el espacio, por ejemplo durante la misión “Skylab”), y ha sido comprobada a través de diferentes cálculos analíticos y numéricos realizados estos últimos con potentes ordenadores. En cualquier caso queda por explorar si los movimientos convectivos pueden acoplarse al campo magnético presente en la parte superior de la región de hidrógeno metálico, en cuyo caso podrían jugar algún papel en el movimiento de las columnas a través de fuerzas magneto-hidrodinámicas.

Según esta hipótesis, los vientos se extenderían en profundidad hacia el interior

ocupando toda la atmósfera y la inercia de su movimiento sería tan grande que apenas presentarían cambios en el tiempo. Ambas ideas están en cierto modo de acuerdo con las medidas de la sonda Galileo que penetró en Júpiter en Diciembre de 1995 y encontró vientos crecientes en profundidad (hasta unos 25 bares instante en el cual la sonda quedó destruida). Sin embargo, la peculiar meteorología de la región sondeada (un “área caliente”) de Júpiter en la región ecuatorial, no permite ser conclusivo y extender este resultado al resto del planeta. Por otra parte estaría también de acuerdo con las medidas de más de 100 años de velocidades en la atmósfera del Júpiter que indican que estas son globalmente estables. Hay que hacer notar sin embargo la existencia de algunos cambios menores pero significativos en los vientos, sobre todo en la corriente más intensa de 180 m/s a 23 °N de latitud, detectada por nuestro equipo usando imágenes del Telescopio Espacial Hubble (E. García-Melendo y A. Sánchez-Lavega, Icarus, Vol. 152, 316, 2001). Nuestras simulaciones usando modelos dinámicos de las perturbaciones que acontecen en esta región sugieren además que los vientos crecen levemente en profundidad, confirmando los resultados de Galileo ¿Pero, son también inmutables los vientos de Saturno? Sobre este aspecto hablaremos mas adelante.

2. Modelos superficiales

Este grupo de modelos postula que es la insolación, es decir la radiación

solar absorbida en las nubes superiores, la que controla los vientos zonales, sin ningún papel de la fuente interna. En síntesis, las corrientes zonales se desarrollarían sobre una capa delgada (de un centenar de kilómetros aproximadamente), de manera que el comportamiento dinámico de la atmósfera sería el mismo que rige el de la atmósfera terrestre. Las ecuaciones del movimiento serían las mismas, solo que parametrizadas a la atmósfera de un planeta gigante (cambiando el radio del planeta, la composición química de la atmósfera, la velocidad angular de rotación, …). En un planeta rápidamente rotante, siendo la capa atmosférica delgada (con espesor mucho menor que el radio del planeta), las diferencias de temperatura entre ecuador y polos generan movimientos turbulentos de pequeña escala (remolinos), que acaban mezclándose para formar estructuras bidimensionales rotantes (vórtices) de tamaño mucho mayor, que serían los que transmitiesen el movimiento a las corrientes zonales. Un problema importante de estos modelos es que son incapaces de producir la intensa corriente ecuatorial hacia el este. Lo que es peor, predicen en principio movimientos ecuatoriales hacia el oeste, así que es necesario efectuar ciertas hipótesis “add hoc” si se trata de reproducir la corriente ecuatorial hacia el este (figura 5).


91

Figura 5: Modelo numérico de circulación general para Júpiter basado en las

ecuaciones que rigen la circulación de la atmósfera terrestre (modelo de capa superficial). Las líneas equivalen en su trazado al que describirían las nubes superiores en el planeta. A la derecha se representa el perfil meridional de los vientos zonales. Según G. P. Williams (Journal of the Atmospheric Sciences).

El problema fundamental de este tipo de modelos es que hacen caso omiso de la

fuente interna de calor. ¿Cómo se desacoplan los movimientos “de abajo” de los de la capa superior calentada por el Sol? Se requeriría de algún proceso que sea capaz de poner un límite inferior (el equivalente a una superficie) para constreñir la capa superficial delgada de los movimientos. Para entender el como puede esto suceder es necesario saber hasta que profundidad penetra la radiación solar y cuanta energía es absorbida por las capas superiores de nubes (tanto solar como interna). Y también que cantidad de calor latente puede ser liberada durante la condensación de las nubes superiores (fundamente de agua) al formarse por ejemplo tormentas masivas por convección húmeda como las observadas en ambos planetas. Junto con Santiago Pérez-Hoyos hemos emprendido un estudio para cuantificar la estructura vertical de las nieblas y nubes superiores de Saturno así como su variabilidad a largo plazo y de cómo esta afecta a la deposición de energía solar en el planeta. Por otra parte, junto con Ricardo Hueso estamos realizando modelos convectivos de las tormentas de agua y amoníaco que se desarrollan en el ecuador y en las latitudes medias de este planeta (por ejemplo las Grandes Manchas Blancas), que nos permitan controlar la cantidad de energía y movimiento que desencadenan y como estos pueden afectar a los vientos zonales. Esperamos así en breve poder constreñir dos aspectos importantes para la circulación zonal de vientos.

Cambios temporales en el sistema de vientos

Como hemos ido adelantando, un aspecto muy importante que debe de diferenciar

a ambos modelos es la posible presencia de cambios temporales. Ya dijimos que en los modelos profundos, siendo la fuente de energía interna constante en el tiempo, no serían de esperar cambios significativos (no más de un 10%) en la intensidad y localización de las corrientes de vientos. Sin embargo, los modelos de insolación sobre capa delgada deberían ser sensibles a los cambios en la irradiación solar. Saturno es en este sentido un buen caso


92

de estudio pues el planeta está sometido a una intensa variabilidad en la insolación de naturaleza por una parte estacional (el eje de rotación del planeta está inclinado 27° respecto del plano de la eclíptica y su excentricidad orbital es la mayor de todos los planetas gigantes –y que la terrestre-), y por otra, en su región ecuatorial, a los cambios cíclicos producidos por la sombra de los anillos (y en mucha menor medida por la luz que reflejan sobre el planeta y la radiación térmica infrarroja que emiten hacia este). Existen evidencias desde hace muchos años de cambios estacionales por encima de las nubes de amoníaco en el campo de temperaturas de Saturno. ¿Se reflejarán estos cambios térmicos de alguna forma en el sistema de vientos?

Hasta la llegada de las naves espaciales Voyager 1 y 2 en 1980 y 1981 al planeta,

los datos acerca de las nubes de Saturno y de sus movimientos eran realmente escasos. Usando las imágenes de alta resolución estas naves, pudimos medir con detalle el movimiento de más de 2.000 trazadores nubosos (A. Sánchez-Lavega, J. F. Rojas, P. V. Sada, Icarus, 147, 405-420 (2000). Los escasos datos históricos se correlacionaban bien con los de los Voyager, pero el número de puntos y su dispersión en latitud, impedían un análisis riguroso de los cambios de la circulación en Saturno a largo plazo. Con el propósito de estudiar este aspecto en detalle, emprendimos un estudio sistemático de las formaciones nubosas y de sus movimientos desde 1990 (aprovechando la incorporación de CCDs a la astronomía), utilizando primero solo telescopios en Tierra (básicamente el telescopio planetario del Observatorio del Pic-du-Midi en Francia colaboración con J. Lecacheux y F. Colas), posteriormente las imágenes de archivo del Telescopio Espacial Hubble entre 1994 y 1995, y desde entonces hasta ahora (1996 a 2003) las obtenidas con el HST en colaboración con R. French del Wellesley Collage en USA.

En 1990 aconteció un hecho importante, cuando una gran tormenta (una Gran

Mancha Blanca, o GWS de las siglas inglesas) estalló a finales de Septiembre en el ecuador de Saturno (Sánchez-Lavega et al, Nature, 353, 397-401. 1991) cuyos efectos se prolongaron a lo largo de 1991. Para nuestra sorpresa, en 1994 se formó otra gran mancha ecuatorial, algo más al sur que la primera (Sánchez-Lavega et al, Science, 271, 631-634. 1996). Desde entonces el ecuador no ha cesado de mostrarnos estructuras nubosas irregulares, a veces grandes, a veces pequeñas, con más o menos contraste. Su seguimiento y medida nos ha permitido, junto con la de otras estructuras en latitudes fundamentalmente del hemisferio sur, trazar un perfil de velocidad de los vientos en función de la latitud para el período 1994-2002.

En la figura 6 mostramos dicho perfil en comparación con el de la época Voyager.

Aunque el número de puntos es menor (unos 350) en 1994-2002 que en la época de los Voyager (recordamos que más de 2.000), nuestros resultados muestran algunos hechos destacados (A. Sánchez-Lavega, S. Pérez-Hoyos, J. F. Rojas, R. Hueso, and R. G. French. Nature, 423, 623-625. 2003). En primer lugar confirmamos la existencia de una nueva corriente polar de 100 m/s, cerca del polo sur, que fue descubierta por nuestro grupo un par de años antes, contrapartida a la que encierra la estructura hexagonal en el polo norte, lo que hace que los jets de Saturno sean altamente simétricos por hemisferio. En segundo lugar, los jets no ecuatoriales parecen no haber sufrido ningún cambio entre ambos períodos. Pero finalmente, el resultado más interesante sin duda, es la “caída” de más de 200 m/s entre las latitudes ± 20°, de la corriente ecuatorial.


93

Figura 6: Perfiles de vientos en Saturno comparados: valor medio para 1980-81 a

partir de las imágenes de las naves Voyager (línea roja) frente a las medidas individuales para el período 1994-2002 tomados con el HST (puntos negros),y a partir de las imágenes con telescopios en Tierra (círculos azules). Según A. Sánchez-Lavega et al., Nature. 2003, op. Cit.).

Y la pregunta resulta obvia ¿Cuál es el origen de este corte en el perfil del jet

ecuatorial? Existen varias posibilidades. Pudiera ser que la resolución del telescopio espacial fuera insuficiente y en realidad existiesen otros pequeños detalles moviéndose con la velocidad de la época Voyager. Aunque así fuera, habría que explicar como es que existen vientos que mueven esos detalles atmosféricos 200 m/s más lentamente.

Una posibilidad es que dichos detalles estén ubicados más altos que en la época

Voyager, y siguiesen la ley observada en otras latitudes del planeta de que los vientos decrecen con la altura por encima del nivel de las nubes. Ciertamente, a partir del estudio fotométrico que lleva a cabo S. Pérez Hoyos, hemos podido determinar que las formaciones nubosas entre 1994-2002 se encontraban unos 35 kms más altas que en 1980-81. Una caída tan brusca del viento (200 m/s) en tan corto espacio vertical, conllevaría diferencias de temperatura de más de 300 grados entre latitudes cercanas. Algo realmente inviable.


94

Una alternativa es que el movimiento que vemos corresponda en realidad al de

ondas ecuatoriales de longitud de onda larga y no al fluido atmosférico. La onda se movería con una velocidad de fase de 200 m/s hacia el Oeste respecto del jet ecuatorial de 450 m/s.

Finalmente existe la posibilidad de que el jet ecuatorial haya cambiado realmente

su velocidad. El cambio podría ser el resultado de las variaciones estacionales de insolación que sufre la región ecuatorial de Saturno, o bien ser una consecuencia de los cambios dinámicos generados por la gran tormenta ecuatorial de 1990 y la subsiguiente actividad que se viene registrando desde 1994. De ser así, los vientos serían sensibles a la dinámica local, es decir la que tiene lugar en las capas superiores de nubes. Una opción es que las propias tormentas o las ondas que pudieran excitar, extrayesen energía del flujo zonal medio, haciendo decrecer a este. Otra opción es que las nubes altas de las tormentas actúen como fuentes locales de opacidad a la radiación solar e interna, generando importantes diferencias térmicas entre áreas adyacentes que cambien el régimen de vientos.

Desde el punto de vista general de la circulación de los planetas gigantes, la

impresión que en este momento tenemos es que la constancia casi global durante más de 100 años en el sistema de vientos de Júpiter, y también en los jets no ecuatoriales de Saturno, es que estos responden a una dinámica más profunda en la atmósfera. Sin embargo, cuando acontece algún fenómeno atmosférico de gran intensidad, las corrientes zonales pueden sufrir variaciones en su velocidad, moduladas por dicha dinámica. Es el caso de las GWS de Saturno y de las perturbaciones del intenso jet a 23 grados Norte de Júpiter. Quedaría en tal caso por saber que papel juega la radiación solar en la generación de estas formaciones meteorológicas gigantescas.

En menos de un año, la nave Cassini entrará en órbita alrededor de Saturno, y por

unos cuantos años se convertirá en la mayor fuente de conocimiento sobre los planetas gigantes del sistema solar. Esperemos que entonces muchas de estas incógnitas puedan ir clarificándose con las nuevas observaciones que aporte. Mientras, es la intención de nuestro grupo el profundizar en el desarrollo de modelos numéricos de circulación general para los planetas gigantes que nos permitan contrastar las simulaciones de vientos con las observaciones existentes y con las nuevas que proporcione Cassini. Ni que decir tiene que todo avance en el conocimiento de los mecanismos que controlan la circulación general de las atmósferas planetarias repercutirá en una mejora de nuestros modelos para la Tierra y en su capacidad de predicción a largo plazo. Además, en el caso de los planetas gigantes, estos modelos serán la base que sustentarán la interpretación de las futuras observaciones de los gigantes extrasolares que se vienen descubriendo desde 1995.

Articulo publicado en Tribuna de Astronomía, No. 51 (Septiembre 2003)

Nubes y tormentas en Júpiter y Saturno: Observaciones y modelos

Ricardo Hueso Alonso Dpto. Física Aplicada I

Universidad del País Vasco [email protected]


96

Se han concedido muchos premios Nóbel por mostrar que el universo no es tan simple como podíamos haberlo pensado

Stephen Hawking


97

Las atmósferas de los planetas gigantes Júpiter y Saturno están dominadas por

fenómenos meteorológicos propios muy diferentes a los que se observan en un planeta como la Tierra. Las diferencias más notables con la atmósfera terrestre son: su gran tamaño, unas 10 veces mayor que la Tierra, su rápida rotación (10 horas), la ausencia de superficie con la que la atmósfera se pueda frenar y su composición atmosférica. Ambos son inmensas bolas de hidrógeno y helio, gases ligeros en los que los gases que condensan formando nubes son mucho más pesados. Los dos se encuentran alejados del Sol, a 5 y 10 veces la distancia que separa la Tierra del Sol, por lo que sus atmósferas son mucho más frías. En Júpiter, las temperaturas al nivel de las nubes superiores donde se observan la mayor parte de los fenómenos meteorológicos es de unos 120º C bajo 0 y en Saturno caen hasta los 150º C bajo 0 en niveles equivalentes de presión. Estas temperaturas serían aún más bajas de no ser porque ambos planetas conservan una parte importante del calor acumulado en su formación. Este calor, almacenado en las capas profundas, se libera lentamente en las capas altas atmosféricas como radiación infrarroja y en ambos casos se observa que tanto Júpiter como Saturno emiten un 60% más de energía que la que absorben del Sol.

Figura1: Aspecto visual a escala de las atmósferas de Júpiter y Saturno. En la imagen de Júpiter podemos ver el marcado patrón de bandas y zonas alternantes en latitud a la par que numerosos fenómenos meteorológicos, como la Gran Mancha Roja, grandes óvalos blancos por debajo de ella, regiones turbulentas y regiones de grandes tormentas convectivas. En contraste, casi no se aprecian detalles en la imagen de Saturno dominada por el contraste visual de las bandas y zonas. Cassini Imaging Team y HST.

Considerando la extensión vertical de las atmósferas de Júpiter y Saturno, las

nubes que se forman se limitan a una estrecha capa de unos pocos centenares de kilómetros de las capas superiores. En las capas altas (100 mbar, una décima parte de la presión terrestre al nivel del mar) se forman finas nieblas por la interacción de la luz solar con el metano (CH4) dando lugar a compuestos complejos de hidrocarburos. Estas nieblas son algo más densas en Saturno, cubren homogéneamente ambos planetas aunque son mucho más densas en las regiones polares. En torno a unos 700 mbar en Júpiter y 1 bar en Saturno (presiones equivalentes a 4000 m de altura en la tierra y el nivel del mar respectivamente) se forman nubes de amoníaco (NH3) de una densidad equivalente a la de densos cirros terrestres. Es aquí donde se ve la estructura de bandas (regiones oscuras) y zonas (regiones claras), se observan los intensos vientos zonales variables en latitud y se


98

presentan los grandes vórtices anticiclónicos estables de Júpiter como la famosa Gran Mancha Roja que pudo haber sido observada por primera vez por el astrónomo italiano Giovanni Domenico Cassini en 1665. La Figura 1 muestra el aspecto visual de ambos planetas vistos desde el espacio.

Por debajo de las nubes de amoníaco las temperaturas se van incrementando hasta

que a los 40º C bajo 0 el amoníaco, reacciona químicamente con otro gas minoritario, el hidrosulfuro (H2S), para dar lugar a una nube mixta. Estas nubes son menos densas que las anteriores y comparables a estratos terrestres. Más abajo todavía aparecen las primeras trazas de agua condensada. A unos 5 bar de presión en Júpiter y 10 bar en Saturno las temperaturas son de unos 20º C y la densidad de la nube de agua puede alcanzar valores máximos comparables a nubes densas en una tormenta intensa en la Tierra. La Figura 2 resume la estructura vertical promedio de las nubes en ambos planetas. Paradójicamente en 1995 la sonda espacial Galileo penetró en la atmósfera de Júpiter y envío datos sobre su composición atmosférica sin encontrar signos claros de ninguna de las tres nubes. Desafortunadamente la sonda había penetrado en una región muy peculiar del Ecuador extremadamente seca y desprovista de nubes que se conoce con el nombre de hot-spot o regiones calientes, auténticos agujeros en las nubes de 5000 km de diámetro y al menos 150 km en profundidad. De manera casi constante en los últimos años hay unas 10-12 regiones similares rodeando la Región Ecuatorial Norte del planeta.

Figura 2: Estructura vertical de nubes promedio en Júpiter y Saturno. Las nubes

de agua, están a 150 y 300 km por debajo de las nubes de amoníaco superiores observables en ambos planetas.

Las observaciones de alta resolución de la atmósfera de Júpiter muestran el

desarrollo de grandes tormentas convectivas con escalas de unos centenares de km a 3000 km. Raramente algunas de tales tormentas pueden crecer hasta desarrollar perturbaciones de escala planetaria que rodean por completo una estrecha banda del planeta y cambian completamente el aspecto visual de dicha banda. Las misiones espaciales que han observado Júpiter han detectado en la atmósfera descargas de luz provenientes de relámpagos jovianos que parecen tener su origen en la nube profunda de agua a 5 bar. En el caso de


99

Saturno las observaciones de tormentas convectivas son más escasas y no ha habido detecciones de relámpagos. Sin embargo, cada 30 años aproximadamente se produce la erupción de una Gran Mancha Blanca (GWS del acrónimo inglés) de gran brillo y desarrollo rápido, tan sólo un mes, capaz de crecer hasta unos 20.000 km de diámetro. En el año 1990 se produjo la última de tales Manchas mostrando signos evidentes de ser una tormenta gigantesca. A lo largo de todo un año el material nuboso producido en la tormenta fue dispersándose por el planeta hasta rodear completamente la Región Ecuatorial de Saturno (Figura 3). En el año 1994, cuando el planeta parecía haberse calmado se produjo un rebrote de escala inferior de una tormenta similar.

Figura 3: Tormentas en Júpiter y Saturno. La imagen de la izquierda corresponde a un sistema convectivo de la Banda Ecuatorial Sur de Júpiter. El sistema convectivo casi circular central tiene unos 5,000 km de diámetro pero produce material nuboso que es dispersado en escalas de 50,000 km en la imagen. La imagen de la derecha pertenece a la fase avanzada de la Gran Mancha Blanca de Saturno acontecida en el año 1990. Imágenes Voyager 1 y HST.

De todos los compuestos que se pueden condensar y formar nubes el más

importante es el agua, no solo por ser el más abundante sino que además es el que libera mayor cantidad de energía al condensarse. El agua al condensarse calienta el aire volviéndolo más ligero y generando un fuerte impulso vertical. Ahora bien, como ya hemos dicho, la atmósfera está formada sobre todo por hidrógeno y helio y el vapor de agua es una molécula mucho más pesada que estos gases por lo que el aire húmedo es más pesado que el seco. Esto quiere decir que para acumular la cantidad de agua necesaria para que el aire se sature y pueda condensar se requieren unas condiciones atmosféricas muy limitadas en las que el factor principal es contar con aire suficientemente hú medo. La convección húmeda y el desarrollo de tormentas de agua es mucho más difícil en los planetas gigantes que en la Tierra. Sin embargo, una vez producidas las tormentas convectivas continúan acelerándose a lo largo de 150 km en Júpiter y 300 en Saturno alcanzando velocidades e intensidades desconocidas en la Tierra.


100

Figura 4: Esquema de la estructura tridimensional de una célula convectiva en

Júpiter. La tormenta asciende con velocidades de 150 m/s en el centro y produce una nube casi circular en la que se producen movimientos anticiclónicos con vientos locales de unos 100 m/s. En el caso de las tormentas ecuatoriales de Saturno las nubes desarrollan movimientos ascendentes y descendentes igualmente intensos.

La potencia liberada por una tormenta de las características de las simulaciones

presentadas en la Figura 4 es de ~1-2x1015 W en ambos planetas, unas cinco veces superior a la energía desarrollada por un huracán terrestre. Es cierto que estas simulaciones corresponden a tormentas desarrollándose en las condiciones atmosféricas más favorecedoras para su desarrollo y que tales condiciones solo pueden presentarse raramente por lo que no se espera encontrar un gran número de tormentas activas simultáneamente en ninguno de los dos planetas. Si n embargo, la frecuencia con la que se observan relámpagos en Júpiter ha llevado a sugerir que las tormentas convectivas en el nivel de las nubes de agua podría transportar en gran medida el calor almacenado en el interior del planeta, por lo que las grandes tormentas podrían constituir un elemento clave de la meteorología de Júpiter. Los mismos principios son aplicables a Saturno.

Finalmente, y como hemos visto, las atmósferas de los planetas gigantes pueden

utilizarse como laboratorios meteorológicos naturales en los que explorar fenómenos naturales conocidos en entornos completamente distintos o explorar fenómenos completamente ajenos a la meteorología terrestre. Los más de un centenar de planetas extrasolares descubiertos hasta la fecha son del tipo de los planetas gigantes de nuestro Sistema Solar y a partir del conocimiento que tenemos de los familiares Júpiter y Saturno podemos profundizar en el conocimiento de estos mundos lejanos. La nave espacial iniciará en pocos meses una nueva fase de exploración y descubrimiento en el sistema de Saturno y permitirá desvelar aspectos fundamentales de la meteorología de dicho planeta .

Investigando las atmósferas de los planetas

interiores

Miguel Ángel López Valverde Dpto. Sistema Solar

Instituto de Astrofísica de Andalucía(IAA-CSIC) [email protected]


102

En el fondo, los científicos somos gente con suerte: podemos jugar a lo que queramos durante toda la vida

Lee Smolin


103

El cuerpo de conocimiento de las Atmósferas Planetarias es hoy día un campo

sorprendentemente amplio para quien se acerca a él por primera vez, descubriendo que constituye una fructífera área de investigación que abarca tanto aspectos observacionales desde Tierra y desde plataformas espaciales, con una larga y apasionante historia de descubrimientos no exentos de sorpresas, como aspectos puramente teóricos, llegándose hoy día a aplicarse de modo rutinario complejas simulaciones numéricas para describir, tanto los procesos geofísicos específicos de estos sistemas gaseosos, como temas muchos mas genéricos dentro del ámbito planetario.

Entre todas las sub-áreas de investigación con entidad propia que se pueden

densificar dentro de las Atmósferas Planetarias, se podrían destacar estudios que abarcan desde el origen, la estabilidad y la evolución de la atmósfera misma (atmósferas primarias y secundarias, escape atmosférico, erosión por impactos, vulcanismo y mecanismos de liberación de gases desde el interior del planeta, etc.), pasando por la descripción de su dinámica (generación de vientos, ondas y mareas atmosféricas, variabilidad del sistema climático, etc.), de su balance energético global (efecto invernadero, transiciones de fase en regiones polares, etc.), del campo de radiación interno (transmisión de radiación UV, emisiones infrarrojas, aeronomía, fenómenos aurorales), o de sus procesos fotoquímicos (formación de compuestos minoritarios, nubes y capas de aerosoles), hasta su interacción con la superficie y el interior planetarios (condensación, oxidación, retroalimentación de ciclos gaseosos), su respuesta frente a variaciones en su frontera exterior, en la exosfera (caída de material interplanetario, magnetosferas e ionosferas, volatilización de meteoros, variabilidad solar, etc.) y su utilización en técnicas de Sondeo Remoto y aterrizaje de misiones (determinación de parámetros atmosféricos, corrección en sondeos de la superficie, frenado atmosférico de satélites, etc.), así como en aspectos de Planetología Comparada o Astrobiología (comprensión de sistemas únicos, búsqueda de condiciones climáticas propicias, estructura térmica y densidades, evolución conjunta consistente del Sistema Solar, peculiaridades evolutivas, cambio climático, evolución futura, etc.)

La lista de aspectos y estudios de interés es tan elevada que en una revisión breve

de las atmósferas de los planetas terrestres tan solo podemos mencionar sucintamente algunos de los que, en nuestra modesta opinión, pensamos que despiertan más interés científico en la actualidad, es decir, ilustrar algunas direcciones principales donde la investigación en atmósferas planetarias se esta dirigiendo en los últimos años. Algunas de estas direcciones son las que perseguimos en el Departamento Sistema Solar, del Instituto de Astrofísica de Andalucía (CSIC), desde hace ya algunas décadas, con énfasis en los aspectos de la dinámica, la fotoquímica, la radiación, la observación con telescopios en Tierra y el sondeo remoto desde plataformas orbitales. En lo que sigue ahondaremos en algunas de estas sub-disciplinas o métodos de estudio, y aunque venimos aplicando estas técnicas a los dos tipos de planetas que tradicionalmente se consideran, los planetas terrestres y los gaseosos, es en los primeros en los que nos centraremos aquí.


104

Nubes mesosferitas en Venus. Desarrollo de una tormenta de polvo en Marte mostrando rotación retrógrada

Para empezar, y siguiendo una división clásica en todo estudio sobre el Sistema

Solar en su conjunto, se suele hablar de dos tipos de atmósferas, como existen dos tipos de planetas, los interiores, rocosos o terrestres, y los exteriores, gigantes o gaseosos. Ejemplos de los primeros, Venus y Marte, como La Tierra, están cercanos al Sol y son eminentemente rocosos, es decir, tienen una atmósfera o envuelta gaseosa pequeña en comparación con la masa total del planeta. En cambio, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno son mucho más grandes que los anteriores, están mas allá del cinturón de asteroides, y son casi enteramente gaseosos salvo un núcleo sólido de no más de, probablemente, unas pocas masas terrestres. Respetando esta división tradicional y fecunda, que además hace justicia a procesos básicos durante las primeras fases de la infancia del Sistema Solar, debemos hacerla un poco más flexible en cuanto al estudio de las atmósferas planetarias, para incluir un ejemplo ilustre que se encuentra en la orbita de Saturno. Hablamos de Titán, el único satélite del sistema solar con una atmósfera considerable (algunas trazas de atmósfera existen en Gritón e Io, incluso en La Luna, pero no revisten un interés similar a la de Titán). Incluso en algunos aspectos, como masa y composición, o la existencia de “smog" fotoquímico y neblinas y capas de aerosoles en suspensión, se parece la atmósfera de Titán mas a la de La Tierra que la de nuestros vecinos más próximos, Marte y Venus. Así que en lo que sigue nuestro conjunto de “atmósferas terrestres" en el que centrar nuestro análisis estará formado por las atmósferas de Venus, La Tierra, Marte y Titán.

Titán, cubierto de espesas nubes


105

En esta presentación realizaremos en primer lugar, una descripción general de las

características principales de estas cuatro atmósferas, mencionando los procesos físicos y químicos básicos que condicionan su estado actual, mas a modo de recordatorio e introducción, y para enfatizar algunas de las cuestiones, mas o menos comunes a todas estas atmósferas, que pensamos que si conocemos con alguna precisión.

A continuación iremos recorriendo algunos ejemplos de investigaciones

particulares que han significado puzzles científicos de difícil solución durante décadas (¡y algunos de ellos nos traen de cabeza todavía!), para ilustrar propiedades interesantes del sistema atmosférico en algunas de las direcciones mencionadas anteriormente

Estas discusiones incluirán algunas de las siguientes cuestiones:

1. la estabilidad del dióxido de carbono en Marte, la aparición del agujero de ozono en la Tierra, y las espesas nubes de aerosoles de Titán, como ejemplos de la importancia y complejidad de los procesos fotoquímicos, y la interacción entre la dinámica, química y radiación, en una atmósfera planetaria

2. las temperaturas termosfericas de Marte, Venus y La Tierra, como

ilustración del papel de los procesos radiativos clave en el balance energético de una atmósfera y de la respuesta de las capas externas atmosféricas a variaciones

Perfiles verticales de presión versus temperatura de las atmósferas indicadas, donde se observan, por ejemplo, la diversidad de presiones y temperaturas superficiales, los gradientes negativos en la troposfera, típicos de situaciones controladas por procesos convectivos, la presencia de estratosfera en Titán y La Tierra, es decir, de intensa absorción solar por parte de compuestos con fuertes bandas de absorción en el UV, visible o cercano IR, la ausencia de estratosfera en Marte y Venus, o la caliente termosfera terrestre, en contraposición con los demás casos, en particular, la sorprendentemente fría contrapartida en Venus (criosfera), que llega a ser incluso más fría que en el caso de Titán, a pesar de su mucha mayor proximidad al Sol.


106

de iluminación solar, así como ejemplo notable de lo que viene llamándose Planetología Comparada,

3. la superrotación de Venus y Titán, y las tormentas globales de polvo

en Marte, como ejemplos de viejos problemas dinámicos aun abiertos hoy día, así como objetivos prioritarios tras los esfuerzos teóricos recientes en la exportación de modelos de circulación general y de predicción climática terrestres a otros planetas,

4. El vapor del agua en la atmósfera de Marte y la estabilidad de las

capas polares, como ejemplo notable de interacción entre la atmósfera y la superficie del planeta rojo, con repercusiones sobre aspectos evolutivos y de astrobiología.

Finalmente, y dada la importancia y actualidad de la investigación desde

plataformas espaciales, revisaremos también brevemente algunos planes y objetivos a corto y medio plazo que la instrumentación a bordo de plataformas orbitales y estaciones en superficie nos puede ofrecer para avanzar nuestro conocimiento de las atmósferas de los planetas terrestres. En concreto revisaremos los objetivos de la misión Mars Express, y del programa americano de exploración de Marte, y las misiones Cassini-Huyghens a Titán y Venus Express a Venus. Es decir, terminaremos intentando diseñar unas estrategias generales para investigar algunas de tantas cuestiones que no conocemos todavía sobre estos complejos sistemas que son las atmósferas de los planetas del Sistema Solar.

Los clatratos en el sistema solar. Estudios experimentales e implicaciones geológicas.

Olga Prieto Ballesteros Laboratorio de Geología Planetaria Centro de Astrobiología, Madrid

[email protected]


108

Las ideas como las pulgas, saltan de un hombre a otro. Pero no pican a todo el mundo

Stanislaw Lem


109

Durante los últimos veinte años, los estudios sobre clatratos de gas se han

multiplicado debido al interés que despiertan estos minerales tanto desde el punto de vista científico como el económico. Los clatratos son materiales cuya estructura cristalina deja una cavidad interior que contiene una molécula huésped, que por lo general es un gas. Si el armazón está formado por moléculas de agua, entonces también se denominan hidratos de gas. Estos minerales se forman en condiciones extremas de presión y temperatura, y cuando se destruyen, los gases se liberan de manera catastrófica. Debido a las particulares características que poseen estos “contenedores de gas”, su estudio se está siguiendo desde campos del conocimiento tan dispares como la geomicrobiología, la geología planetaria, el origen de la vida, o la explotación de recursos naturales.

Los clatratos de gas están presentes por todo el sistema solar, desde la Tierra

hasta los satélites y cuerpos de hielo más externos como los cometas. En nuestro planeta se alcanzan las condiciones necesarias para la formación de clatratos en zonas muy frías como los círculos polares (hidratos de aire en permafrost) o en ambientes con presión elevada y temperaturas relativamente bajas, como los fondos oceánicos. Actualmente, los depósitos de clatratos constituyen los mayores yacimientos de gas natural terrestre. Su formación o destrucción masiva tiene consecuencias globales sobre el clima del planeta o locales como probablemente ocurrió en la erupción del lago Nyos (Camerún) de 1986. En Marte, los clatratos pueden ser estables en el subsuelo polar. Algunos autores han explicado algunas riadas catastróficas que se observan en Marte, como producidas por la desestabilización instantánea debido a cambios bruscos de presión de capas de clatratos localizadas bajo la superficie. En los satélites de hielo del sistema solar exterior se dan condiciones de temperatura extremas en donde pueden también formarse los clatratos. En el satélite Europa, por ejemplo, se ha propuesto la presencia de gases de SO2 y, CO2 y H2S, que podrían estar en forma de hidratos. La introducción de estos materiales resuelve el problema de flotación de los magmas acuosos en la corteza de hielo de Europa y da una explicación a la formación de los depósitos criovolcánicos que aparecen en superficie.

La cristalización en el laboratorio de clatratos de gas, que son inestables en

condiciones estándar, y la experimentación con ellos, nos permite entender cómo se producen los fenómenos geológicos asociados a su formación y destrucción en diferentes condiciones planetarias. Incorporando los datos experimentales a las observaciones provenientes de misiones espaciales y de sensores en la Tierra, se logra un conocimiento más completo sobre la Geología Planetaria.

Impactos meteoríticos en España

Enrique Díaz Martínez Dirección de Geología y Geofísica

Instituto Geológico y Minero de España, Madrid [email protected]


111

En la naturaleza están todos los estilos futuros

Auguste Rodin


112

En este trabajo se realiza una recopilación y revisión de los últimos resultados y

avances en relación con las evidencias de eventos de impacto meteorítico presentes en el registro geológico de España. Las evidencias encontradas en el registro sedimentario indican que el único depósito de eyecta de impacto meteorítico demostrado hasta el momento es el del límite Cretácico-Terciario (Zumaya, Agost, Caravaca). Las evidencias propuestas hasta el momento para explicar el origen de la cubeta de Azuara (Zaragoza) como resultado de un impacto meteorítico presentan numerosas inconsistencias, favoreciendo la hipótesis tectónica y la eliminación de esta gran estructura de las bases de datos de impactos meteoríticos. La roca pómez de El Gasco (Las Hurdes) presenta fases minerales indicadoras de fusión parcial de los materiales del sustrato a alta temperatura y en condiciones reductoras (lechatelierita, hercinita, hierro nativo), y se descarta la posibilidad de un origen volcánico, metalúrgico o impactogénico, favoreciendo la hipótesis de vitrificación de una construcción humana. La cubeta endorreica de la laguna de Hervías (La Rioja) presenta una morfología de cráter de impacto oblícuo, aunque todavía no se ha demostrado la presencia de metamorfismo de impacto, y hacen falta más estudios para confirmar su carácter tectónico o impactogénico.

Teniendo en cuenta los resultados obtenidos y los errores cometidos durante

estos últimos años, se pueden establecer dos conclusiones generales en relación con futuras investigaciones sobre impactos meteoríticos en España: (a) no se debe asignar un origen de impacto meteorítico a un sedimento, roca o estructura a no ser que se hayan encontrado evidencias inequívocas de metamorfismo de impacto cuya autenticidad haya sido suficientemente comprobada, contrastada y corroborada por equipos independientes, y (b) el registro geológico de España ofrece un buen potencial para los estudios de impactos meteoríticos, y todavía queda mucho por hacer en este campo de investigación.

Grandes espectáculos celestes: Eclipses, auroras y lluvias de estrellas.

Miquel Serra Ricart

Observatorio del Teide, Tenerife Instituto de Astrofísica de Canarias

Presidente de Shelios [email protected]


114

La naturaleza tiene perfecciones para demostrar que es imagen de Dios e imperfecciones para probar que es solo una imagen

Blaise Pascal


115

De las innumerables belleza naturales que posee nuestro planeta, los cielos, ocupan un lugar privilegiado. Un ciel o estrellado constituye, por si solo, un gran espectáculo. Pero, de vez en cuando, nuestros cielos pueden iluminarse con la magia de las Auroras, el destello de cientos de estrellas fugaces o la súbita noche de un eclipse y, es entonces, cuando podremos presenciar los mayores espectáculos celestes. El objetivo de la charla es presentar tanto la fenomenología como las consecuencias y posibles estudios astronómicos de lo que hemos denominado grandes espectáculos celestes y que están constituidos por fenómenos como los eclipses totales de Sol y Luna, las auroras boreales y las lluvias de Estrellas.

En la charla presentaremos las distintas expediciones astronómicas que nuestra

asociación científico-cultural Shelios ha organizado en los últimos cinco años (información actualizada en www.shelios.org). Estos proyectos siempre tienen como objetivo último la obtención de datos observacionales, aunque también producen espectaculares imágenes de los enclaves visitados.

Shelios nace a mediados de 1998 a raíz de la observación de un eclipse total de

Sol. En aquella ocasión la banda de totalidad, es decir, la zona de la Tierra oscurecida por la sombra lunar, acababa a tan solo 200 Km de la isla canaria de La Palma. Era una ocasión única para poder tomar imágenes del eclipse desde alta mar. Con la ayuda de una embarcación de 12 m de eslora, velero escuela del Centro Superior de Náutica y Estudios del Mar de la Universidad de La Laguna, Shelios’98 situó a varios componentes del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC de aquí en adelante) a 1500 Km de Tenerife, en pleno Atlántico, para la observación del eclipse. Pero no es hasta agosto de 1999 y con motivo del último eclipse total de Sol del milenio cuando Shelios se consolida definitivamente. En aquella ocasión la banda de totalidad iba a cruzar Europa Central y, por tanto, el eclipse se convertiría en uno de los más famosos de la historia. Con la ayuda de 6 vehículos autocaravanas y una motocicleta Shelios’99 desplazó hasta Kastamonu, ciudad situada a 200 Km al norte de la capital turca, Ankara, a un equipo de astrónomos del IAC con dos experimentos solares. Éstos estaban encaminados a averiguar más datos sobre la corona solar, avanzando, de esta forma, en el conocimiento de nuestro Sol y de su influencia sobre la Tierra.


116

La Shelios 2000 tuvo como objetivo viajar hasta Groenlandia para captar imágenes de las Auroras Boreales. Fue entre el 29 de agosto y el 14 de septiembre, fechas idóneas para la observación de las auroras pues nuestro Sol se encontraba en un periodo de

máxima actividad. La expedición Teide 2001 tuvo como destino la cumbre del Teide (Tenerife), a más de 3.700 metros de altura, para observar el primer eclipse total de Luna del tercer milenio en el punto más elevado de España. El día 9 de enero de 2001 fuimos espectadores de un fenómeno completamente imprevisto. La salida de la Luna eclipsada por el horizonte oriental coincidió con la puesta de Sol, con lo que la sombra del Teide, proyectada en la atmósfera terrestre, apuntó exactamente hacia la Luna (información e imágenes www.shelios.com/teide2001).

Para observar el primer eclipse total de Sol del tercer milenio Shelios organizó

una expedición a Zimbabwe. Shelios 2001 realizó un recorrido por todo Zimbabwe, visitando los principales enclaves naturales y etnográficos de esta fascinante nación africana. Finalmente, llegamos al punto de observación previsto, en el extremo más nororiental del país. Además de realizar todas las observaciones previstas, el eclipse se retransmitió en directo a través de la web con la colaboración de Terra-Lycos. El experimento científico más relevante que llevamos a cabo fue tratar de medir la deflexión o curvatura gravitatoria de la luz de las estrellas causada por la masa del Sol, en una repetición del experimento de Einstein-Eddington de 1919.

Durante el mes de noviembre de 2001, Shelios se desplazó al centro del desierto

australiano, en la expedición Leónidas 2001, para la toma de datos de una tormenta de estrellas fugaces (las Leónidas) que fue una de las más intensas de los últimos 30 años. Gracias a la experiencia de nuestro grupo, prestamos la logística necesaria (transporte, energía, comunicaciones y apoyo técnico) a la misión científica del IAC destinada a estudiar la tormenta meteórica, observaciones que tuvieron un gran éxito.

Otro eclipse nos volvió a llevar al África Austral en diciembre de 2002 cuando la

Shelios 2002 desplazó a astrónomos hasta el parque nacional de Kruger (Sudáfrica) para observar un eclipse total de Sol.

El gran reto para Shelios estuvo en noviembre de 2003, en el que un eclipse total

de Sol nos llevó hasta la Antártida, donde, a borde de un Airbus 340 fuimos testigos de excepción de la corona solar.


Índice

Las claves del Sistema Solar 8 Ciclos Astrológicos: Ritmos biológicos. Los ritmos circadianos 18 Orientación animal basada en el campo magnético terrestre 22 Granitos: Un punto de vista planetario 28 Agujeros negros: Los motores centrales de los Núcleos activos de las galaxias 33 ¿Influye el Sol en los procesos geológicos de la Tierra? 39 Estremófilos , acidófilos, ciclo del hierro. Importancia en la exploración de la vida en Marte 45 Moléculas orgánicas en el Sistema Solar: ¿Dónde y como encontrarlas? 48 Radiación ultravioleta Solar en Marte: Implicaciones biológicas y búsqueda de ambientes potencialmente habitables 54 ¿Vale para algo la estación espacial internacional? 64 Planetas de ciencia ficción 67 Estudios de la NASA sobre la biomedicina del vuelo espacial 77 Circulación general y Metereología de las atmósferas de los planetas gigantes y helados 84 Nubes y tormentas en Júpiter y Saturno: Observaciones y modelos 95 Investigando las atmósferas de los planetas terrestres 101 Los clatratos en el Sistema Solar. Estudios experimentales e implicaciones geológicas 107 Impactos meteoríticos en España 110 Auroras boreales y otros fenómenos celestes 113


Anotaciones

ii curso de ciencias planetarias - campus.usal.escampus.usal.es/~geozona/planetas/edicion2004/libro...

Documents