La vida dentro de un asteroide: La plausibilidad de 2312
por Madeleine Stone
por Madeleine Stone
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| Los terrarios en asteroides de Kim Stanley Robinson probablemente se inspiran en el Cilindro de O'Neill, que se muestra arriba. (Crédito: Rick Giudice, Centro de Investigación Ames de la NASA) |
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| Crédito: goodreads.com |
De los muchos conceptos imaginativos de Robinson para el futuro de la humanidad, este se lleva para mí la palma. Tres siglos a partir de ahora, la raza humana ha encontrado formas creativas para sobrevivir en entornos extraterrestres hostiles, desde el abrasador Mercurio hasta el congelado Titán. No limitando la mirada a los planetas y las lunas, también hemos empezado la terraformación de asteroides: vaciando los centros, sembrando en ellos los alimentos e ingenierizando todo -la atmósfera, el suelo, la gravedad, la duración del día, los habitantes- a partir de cero. ¿El resultado? Un ecosistema autónomo de diseño personalizado. Pero también es una confluencia asombrosa de la física y el arte. Imagínese si los ecosistemas de la Tierra, en lugar de que se extiendan por la superficie externa de nuestro planeta, de alguna manera crecieran hacia adentro para hacer frente a la parte central. Nuestro sentido de arriba abajo ya no se orientaría por el cielo, sino por el núcleo de la Tierra. Robinson describe esta situación de manera elocuente:
"Siempre todo el paisaje se estará curvando alrededor de usted, surgiendo en ambos lados y encontrándose sobre su cabeza, por lo que el aspecto de la tierra te envolverá como una obra de arte -un Goldsworthy inscrito en el interior de una roca, como una geoda o un huevo Fabergé".
¿Podría esta impresionantemente loca idea funcionar realmente? Al comenzar a colonizar planetas en todo nuestro sistema solar y más allá, ¿podríamos también dispersar nuestros ecosistemas entre las rocas sin vida? ¿Y valdrían la pena el esfuerzo estos aislados bolsillos de vida?
Es al ponderar cuestiones profundas como esta que estoy especialmente agradecida de tener a mi hermano Nick Stone, astrofísico de la Universidad de Columbia, para acudir en busca de orientación.
La gravedad, la luz y el movimiento
Para empezar a imaginar cómo podría funcionar un terrario de asteroides, Robinson usa la analogía de un barco. Comienza con la popa del barco. Aquí es donde se dio la luz en el asteroide, dejando un solo agujero a través del cual se expulsa el material de la roca excavada (Robinson recomienda mantener algunos de estos materiales a la mano para la formación de las montañas y otras actividades paisajísticas posteriores). La proa del barco se une a una "unidad adelantada", que sirve para gobernar la nave.
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| El concepto de convertir un asteroide en una nave espacial no es completamente nuevo: el diseñador conceptual Bryan Versteeg ha estado trabajando con el equipo de Mars One imaginando cómo podríamos usar grandes asteroides para la minería, el transporte y el hábitat. (Crédito: http://www.spacehabs.com/) |
Pero la unidad delantera realiza otra función esencial. Logra hacer que gire al asteroide. El giro crea una fuerza centrífuga que cualquiera de pie en el interior del asteroide va a experimentar como gravedad: lo atrae hacia el suelo (si alguna vez has estado en un paseo girando como un rotor en un parque de diversiones, es la misma idea exacta). La fortaleza de la fuerza centrífuga es proporcional al radio del asteroide y su tasa de rotación. El uso de la física simple permite calcular la tasa de rotación exacta requerida para que coincida con la atracción gravitatoria que experimentamos en la Tierra.
"Va a tomar un poco de energía para ponerla en marcha, probablemente una cantidad significativa", dice Nick. "Pero una vez que empezó se va a mantener girando para siempre. Recuerde, el espacio es un vacío, y los objetos en movimiento permanecen en movimiento hasta que algo -una especie de fuerza de fricción-lo ralentiza".
"Va a tomar un poco de energía para ponerla en marcha, probablemente una cantidad significativa", dice Nick. "Pero una vez que empezó se va a mantener girando para siempre. Recuerde, el espacio es un vacío, y los objetos en movimiento permanecen en movimiento hasta que algo -una especie de fuerza de fricción-lo ralentiza".
Un dato importante es que cada punto de la superficie interna experimentará esta gravedad artificial. Esto significa que en ninguna parte del terrario estaría usted "en el techo". El paisaje se curvaría hacia arriba y por sobre su cabeza lo envolvería a usted, haciendo que todo, desde los árboles a las aves migratorias parezcan "al revés" en el otro lado del mundo.
Luego está el tema de la luz solar y la energía. Según Robinson, usaremos "líneas de sol" artificiales para iluminar nuestros terrarios de asteroides:
"Encadena el eje del cilindro con la línea de sol de su terrario... la parte iluminada de la línea, debidamente brillante, luego atraviesa el terrario de popa a proa, teniendo por lo general el mismo tiempo que un día terrano, medida por la latitud de su bioma en Tierra".
Un aspecto interesante del concepto de línea de sol artificial es que mediante la variación de la velocidad de su "sol", serías capaz de crear días cortos o más largos, simulando los diferentes fotoperiodos experimentados en diferentes latitudes de la Tierra. Esto sería importante para imitar con precisión las condiciones ambientales, digamos, en un bosque boreal de Canadá frente a un bosque tropical ecuatoriano.
Pero seamos realistas aquí. ¿Cuánta energía se va a llevar esto? ¿Qué, si no el sol, podríamos utilizar posiblemente para generar energía suficiente para alimentar a todo un ecosistema?
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| Paneles solares espaciales pueden no estar muy lejos: la Solaren Corporation ya está trabajando en ello. (Crédito: hplusmagazine.com) |
Bueno, tal vez podemos utilizar el sol, después de todo -de manera indirecta. ¿Por qué no cubrir la superficie exterior del asteroide con paneles solares, canalizar esa energía solar en el interior y regurgitarla? Claro, un poco de energía se pierde en el camino, pero me gustaría pensar que tendremos que haber mejorado sustancialmente la eficiencia de las células solares para el siglo 23.
Sin embargo, este plan de la energía solar supone que nuestro asteroide está lo suficientemente cerca del Sol como para recibir una buena cantidad de radiación solar. Eso podría ser difícil si, como se imagina Robinson, nuestro terrario sirve como transporte, llevando a la gente por todo el sistema solar.
Para los paneles solares, el flujo de energía por unidad de área cae en forma de 1/r^2, siendo r la distancia del Sol. Esto significa que Júpiter, a unas cinco distancias terrestres del Sol, recibe 1/25 de la energía solar que disfrutamos en la Tierra.
"Una vez que vas más allá de Marte, la energía solar no es muy útil", dice Nick. "En el sistema solar exterior habrá necesidad de alguna forma de energía nuclear para mantener a las cosas en marcha. Sondas actuales de la NASA utilizan fisión, aunque en el futuro podría ser la fusión".
El cómo moverse eficientemente planteará problemas similares para mantener a su terrario iluminado y climatizado. "Una vez más, si usted tiene los reactores de fusión, probablemente puede moverse de forma más barata", dice Nick. "De lo contrario, es posible que desee considerar un mecanismo más pasivo como una vela solar. Esto será mucho más lento, pero va a requerir muy poca energía".
Una vela solar es exactamente lo que suena. Papel delgado y ocupando una superficie enorme, las velas solares absorben el impulso de la radiación del sol. "Inclinándola como una vela en un velero, en esencia se puede mover por sí mismo alrededor del sistema solar de forma gratuita", dice Nick. La primera nave espacial en demostrar con éxito la tecnología de la vela solar fue Ikaros, lanzado por la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón en 2010.
Para una opción de locomoción más rápida, pero aún pasiva, se podría considerar una vela magnética. Nuestro Sol emite una corriente de partículas cargadas -protones y neutrones- que se conocen colectivamente como viento estelar. Las trayectorias de estas partículas están dobladas por los campos magnéticos. "En teoría, se puede utilizar el viento estelar como una fuerza de arrastre, lo que le permite moverse con bastante rapidez por todo el sistema solar", dice Nick. "Para que esto funcione, usted necesita para mantener un campo magnético, que le costará un poco de energía".
El cielo arriba
La atmósfera es un crucial componente para mantener la vida de cualquier biosfera. Aquí, siento como el concepto terrario de Robinson podría utilizar un poco más de contenido. Robinson pasa por alto la cuestión de la atmósfera, simplemente sugiriendo que se puede "airear el interior de la mezcla de gas y presión que usted desea... en algo así como la mezcla de los gases terranos con tal vez con un poco más de oxígeno".
Suena bastante razonable. La cosa es que, una vez que comience la introducción de la vida, aquella composición atmosférica puede quedar fuera de control muy rápidamente.
Mi preocupación inicial aquí fue el cambio climático. ¿Serían las rápidas fluctuaciones en las concentraciones de gases de efecto invernadero de la atmósfera la causa de que el clima del terrario caiga en una espiral fuera de control? ¿Sería un auge en el cultivo de árboles o algas capaz de chupar todo el CO2 que atrapa el calor de la atmósfera, convirtiendo a nuestro pequeño terrario en una caja de hielo? En el pasado geológico de la Tierra hemos pasado por períodos de grandes fríos e invernaderos sofocantes debido a pequeños cambios en las concentraciones de dióxido de carbono y metano en la atmósfera.
Pero resulta que este particular escenario apocalíptico probablemente no va a ser una preocupación importante en el interior de un asteroide, por la misma razón por la que estaba preocupado: confinamiento. En la Tierra, una gran parte de los ~ 340 Watts por metro cuadrado de la energía que recibimos del Sol se dispara de vuelta al espacio en forma de radiación de onda larga. La cantidad exacta de energía de nuestro Sol que termina de escapar de la Tierra es muy sensible a las concentraciones de gases de efecto invernadero en la atmósfera. Más gases de efecto invernadero, menos escape de la energía del Sol, y la superficie de nuestro planeta se calienta. Ese es el calentamiento global, en resumen muy simplificado.
Pero dentro de un asteroide, la atmósfera no está abierta al espacio. Está encerrado desde metros hasta kilómetros de roca sólida. Esto impedirá efectivamente que algo de la energía de la línea del sol se escape. Los gases de efecto invernadero aún pueden atrapar el calor en la atmósfera del terrario, pero aquel calor no se dirigía a ninguna parte, de todos modos. Es un punto discutible.
Con el cambio climático fuera de control dejado a un lado, el potencial para rastrear las concentraciones de gases que aumenten o disminuyan rápidamente en un ambiente confinado plantea otras amenazas biológicas. A concentraciones de 1%, el CO2 puede comenzar a tener efectos fisiológicos negativos en la mayoría de los animales, mientras que en las concentraciones de 7-10% son tóxicos. Para el más mortal monóxido de carbono, primo del CO2, este umbral de toxicidad es <0,1%. Probablemente no quisiéramos un ecosistema propenso a los incendios en nuestro terrario, a menos que tuviéramos un muy buen método para depurar el monóxido y dióxido de carbono extra de la atmósfera.
El suelo abajo
Y, por último, está la cuestión de la tierra. Fábrica de reciclaje y depósito de nutrientes para toda la vida de naturaleza terrestre, el suelo es un lío extraordinariamente complejo, compuesto por una mezcla de minerales derivados de la roca, materia orgánica muerta y microorganismos vivos. Para construir el suelo sobre una roca sin vida, Robinson propone primero sembrar la tierra con los microbios. Estos pequeños individuos empezarán el proceso de formación del suelo, carcomiendo el sustrato sólido mientras construyen los espacios con nutrientes y materia orgánica. "Para que sea aún más acogedor", dice Robinson, "raspan la pared interior de su cilindro, a continuación se desmoronan las raspaduras de roca finamente, hasta obtener una consistencia que va desde grandes grava hasta la arena". Añadir un poco de agua, poner encima un poco de calor y nuestra mezcla "se levantará como masa leudada. ya que se convierte en la más deliciosa y rara sustancia, el suelo".
Lo que Robinson está en realidad describiendo aquí es la meteorización acelerada: un más rápido proceso natural de desmoronamiento de las rocas La adición de calor y el agua solamente empiezan a hacer que las rocas se disuelven. Con la pre-trituración de algo de superficie interna del asteroide, podemos crear una superficie adicional para capear las reacciones que se produzcan, así como los hábitats de nuestros microbios.
Una palabra de precaución aquí: aunque tratáramos a acelerar las cosas, al suelo le va a tomar un tiempo muy largo para construirse. Estamos hablando de cientos de miles de años por lo menos, teniendo en cuenta que estamos empezando desde cero. Tal vez seríamos capaces de ver el suelo levantándose como "masa leudada" si tuviéramos un par de miles de años de imágenes a intervalos. Pero no contendría la respiración para comer verduras frescas de jardín en cinco años. Esta es una inversión a largo plazo.
¿Mi diagnóstico?
Muchas preguntas permanecen abiertas, pero esto es una idea interesante. Creo que para mí el gran problema aquí no es el de cómo podemos construir un terrario asteroide sino por qué. Porque según como se mire, la construcción de un ecosistema desde cero va a requerir una gran cantidad de recursos y tiempo.
Si la meta es la construcción de una economía, lo que significa alimentación, recursos naturales, o incluso turismo, entonces los ingresos son necesarios para compensar las inversiones, sobre algún plazo de tiempo significativo. Si vamos a cultivar alimentos, tendríamos que tener en cuenta no sólo el tiempo y los recursos involucrados en la construcción del suelo y el mantenimiento de la luz solar artificial, sino los costos de transporte: trasladar los alimentos cultivados en nuestro terrario hacia las poblaciones humanas. No tengo dudas de que hay mil otros costos -del riego al reciclaje de residuos, pasando por el control de insectos hasta las reparaciones de naves- que no he cubierto aquí.
¿Pero qué si nuestros terrarios están destinados a la conservación y preservación de especies? En este caso, tal vez la cuestión del coste es menos importante. Pero necesitaríamos gobiernos que se preocupen mucho por la conservación como para hacer la inversión. ¿Estamos dispuestos a pagar el precio necesario para la dispersión de las gotitas de la Tierra a través de las estrellas, simplemente para preservar nuestro patrimonio o empujar los límites de nuestra existencia? Si usted es un fan de Octavia Butler, es posible que vea esto como una especie de destino manifiesto y lo llame por otro nombre: Earthseed. Al final del día, ¿serán estas semillas de la Tierra las que nos ayudarán a sobrevivir como especie? Si la respuesta es sí, entonces tal vez los costos, recursos y tiempo no son pertinentes, porque al final del día, la supervivencia es nuestra meta evolutiva final.
Sin embargo, este plan de la energía solar supone que nuestro asteroide está lo suficientemente cerca del Sol como para recibir una buena cantidad de radiación solar. Eso podría ser difícil si, como se imagina Robinson, nuestro terrario sirve como transporte, llevando a la gente por todo el sistema solar.
Para los paneles solares, el flujo de energía por unidad de área cae en forma de 1/r^2, siendo r la distancia del Sol. Esto significa que Júpiter, a unas cinco distancias terrestres del Sol, recibe 1/25 de la energía solar que disfrutamos en la Tierra.
"Una vez que vas más allá de Marte, la energía solar no es muy útil", dice Nick. "En el sistema solar exterior habrá necesidad de alguna forma de energía nuclear para mantener a las cosas en marcha. Sondas actuales de la NASA utilizan fisión, aunque en el futuro podría ser la fusión".
El cómo moverse eficientemente planteará problemas similares para mantener a su terrario iluminado y climatizado. "Una vez más, si usted tiene los reactores de fusión, probablemente puede moverse de forma más barata", dice Nick. "De lo contrario, es posible que desee considerar un mecanismo más pasivo como una vela solar. Esto será mucho más lento, pero va a requerir muy poca energía".
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| Concepción artística de una vela solar. (Crédito: Space Services Holdings, Inc.) |
Una vela solar es exactamente lo que suena. Papel delgado y ocupando una superficie enorme, las velas solares absorben el impulso de la radiación del sol. "Inclinándola como una vela en un velero, en esencia se puede mover por sí mismo alrededor del sistema solar de forma gratuita", dice Nick. La primera nave espacial en demostrar con éxito la tecnología de la vela solar fue Ikaros, lanzado por la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón en 2010.
Para una opción de locomoción más rápida, pero aún pasiva, se podría considerar una vela magnética. Nuestro Sol emite una corriente de partículas cargadas -protones y neutrones- que se conocen colectivamente como viento estelar. Las trayectorias de estas partículas están dobladas por los campos magnéticos. "En teoría, se puede utilizar el viento estelar como una fuerza de arrastre, lo que le permite moverse con bastante rapidez por todo el sistema solar", dice Nick. "Para que esto funcione, usted necesita para mantener un campo magnético, que le costará un poco de energía".
El cielo arriba
La atmósfera es un crucial componente para mantener la vida de cualquier biosfera. Aquí, siento como el concepto terrario de Robinson podría utilizar un poco más de contenido. Robinson pasa por alto la cuestión de la atmósfera, simplemente sugiriendo que se puede "airear el interior de la mezcla de gas y presión que usted desea... en algo así como la mezcla de los gases terranos con tal vez con un poco más de oxígeno".
Suena bastante razonable. La cosa es que, una vez que comience la introducción de la vida, aquella composición atmosférica puede quedar fuera de control muy rápidamente.
Mi preocupación inicial aquí fue el cambio climático. ¿Serían las rápidas fluctuaciones en las concentraciones de gases de efecto invernadero de la atmósfera la causa de que el clima del terrario caiga en una espiral fuera de control? ¿Sería un auge en el cultivo de árboles o algas capaz de chupar todo el CO2 que atrapa el calor de la atmósfera, convirtiendo a nuestro pequeño terrario en una caja de hielo? En el pasado geológico de la Tierra hemos pasado por períodos de grandes fríos e invernaderos sofocantes debido a pequeños cambios en las concentraciones de dióxido de carbono y metano en la atmósfera.
Pero resulta que este particular escenario apocalíptico probablemente no va a ser una preocupación importante en el interior de un asteroide, por la misma razón por la que estaba preocupado: confinamiento. En la Tierra, una gran parte de los ~ 340 Watts por metro cuadrado de la energía que recibimos del Sol se dispara de vuelta al espacio en forma de radiación de onda larga. La cantidad exacta de energía de nuestro Sol que termina de escapar de la Tierra es muy sensible a las concentraciones de gases de efecto invernadero en la atmósfera. Más gases de efecto invernadero, menos escape de la energía del Sol, y la superficie de nuestro planeta se calienta. Ese es el calentamiento global, en resumen muy simplificado.
Pero dentro de un asteroide, la atmósfera no está abierta al espacio. Está encerrado desde metros hasta kilómetros de roca sólida. Esto impedirá efectivamente que algo de la energía de la línea del sol se escape. Los gases de efecto invernadero aún pueden atrapar el calor en la atmósfera del terrario, pero aquel calor no se dirigía a ninguna parte, de todos modos. Es un punto discutible.
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| Una concepción artística de la Tierra como una bola de nieve. (Crédito: Walter Myers) |
Con el cambio climático fuera de control dejado a un lado, el potencial para rastrear las concentraciones de gases que aumenten o disminuyan rápidamente en un ambiente confinado plantea otras amenazas biológicas. A concentraciones de 1%, el CO2 puede comenzar a tener efectos fisiológicos negativos en la mayoría de los animales, mientras que en las concentraciones de 7-10% son tóxicos. Para el más mortal monóxido de carbono, primo del CO2, este umbral de toxicidad es <0,1%. Probablemente no quisiéramos un ecosistema propenso a los incendios en nuestro terrario, a menos que tuviéramos un muy buen método para depurar el monóxido y dióxido de carbono extra de la atmósfera.
El suelo abajo
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| El suelo es el hábitat más diverso de la Tierra, realizando muchas de las funciones esenciales de los ecosistemas. (Crédito: National Geographic) |
Y, por último, está la cuestión de la tierra. Fábrica de reciclaje y depósito de nutrientes para toda la vida de naturaleza terrestre, el suelo es un lío extraordinariamente complejo, compuesto por una mezcla de minerales derivados de la roca, materia orgánica muerta y microorganismos vivos. Para construir el suelo sobre una roca sin vida, Robinson propone primero sembrar la tierra con los microbios. Estos pequeños individuos empezarán el proceso de formación del suelo, carcomiendo el sustrato sólido mientras construyen los espacios con nutrientes y materia orgánica. "Para que sea aún más acogedor", dice Robinson, "raspan la pared interior de su cilindro, a continuación se desmoronan las raspaduras de roca finamente, hasta obtener una consistencia que va desde grandes grava hasta la arena". Añadir un poco de agua, poner encima un poco de calor y nuestra mezcla "se levantará como masa leudada. ya que se convierte en la más deliciosa y rara sustancia, el suelo".
Lo que Robinson está en realidad describiendo aquí es la meteorización acelerada: un más rápido proceso natural de desmoronamiento de las rocas La adición de calor y el agua solamente empiezan a hacer que las rocas se disuelven. Con la pre-trituración de algo de superficie interna del asteroide, podemos crear una superficie adicional para capear las reacciones que se produzcan, así como los hábitats de nuestros microbios.
Una palabra de precaución aquí: aunque tratáramos a acelerar las cosas, al suelo le va a tomar un tiempo muy largo para construirse. Estamos hablando de cientos de miles de años por lo menos, teniendo en cuenta que estamos empezando desde cero. Tal vez seríamos capaces de ver el suelo levantándose como "masa leudada" si tuviéramos un par de miles de años de imágenes a intervalos. Pero no contendría la respiración para comer verduras frescas de jardín en cinco años. Esta es una inversión a largo plazo.
¿Mi diagnóstico?
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| Hay quizás millones de asteroides en nuestro sistema solar. ¿Éstos representan pequeñas islas para nosotros para ser colonizadas? (Crédito: NASA) |
Muchas preguntas permanecen abiertas, pero esto es una idea interesante. Creo que para mí el gran problema aquí no es el de cómo podemos construir un terrario asteroide sino por qué. Porque según como se mire, la construcción de un ecosistema desde cero va a requerir una gran cantidad de recursos y tiempo.
Si la meta es la construcción de una economía, lo que significa alimentación, recursos naturales, o incluso turismo, entonces los ingresos son necesarios para compensar las inversiones, sobre algún plazo de tiempo significativo. Si vamos a cultivar alimentos, tendríamos que tener en cuenta no sólo el tiempo y los recursos involucrados en la construcción del suelo y el mantenimiento de la luz solar artificial, sino los costos de transporte: trasladar los alimentos cultivados en nuestro terrario hacia las poblaciones humanas. No tengo dudas de que hay mil otros costos -del riego al reciclaje de residuos, pasando por el control de insectos hasta las reparaciones de naves- que no he cubierto aquí.
¿Pero qué si nuestros terrarios están destinados a la conservación y preservación de especies? En este caso, tal vez la cuestión del coste es menos importante. Pero necesitaríamos gobiernos que se preocupen mucho por la conservación como para hacer la inversión. ¿Estamos dispuestos a pagar el precio necesario para la dispersión de las gotitas de la Tierra a través de las estrellas, simplemente para preservar nuestro patrimonio o empujar los límites de nuestra existencia? Si usted es un fan de Octavia Butler, es posible que vea esto como una especie de destino manifiesto y lo llame por otro nombre: Earthseed. Al final del día, ¿serán estas semillas de la Tierra las que nos ayudarán a sobrevivir como especie? Si la respuesta es sí, entonces tal vez los costos, recursos y tiempo no son pertinentes, porque al final del día, la supervivencia es nuestra meta evolutiva final.
Modificado por orbitaceromendoza
