Cómo expulsar la Luna del Sistema Solar

Tengo pocos recuerdos de mi infancia/juventud/adolescencia pero tengo algunos. Uno de ellos es de cuando tenía 10 años y vivía en Talavera de la Reina, provincia de Toledo. Por las tardes, después de salir de clase, solía ir con mi hermano y mi madre a un parque a jugar. Allí, entre columpios, tiovivos y tierra, jugaba a ser el comandante John Koenig, el jefe de la Base Lunar Alfa, uno de los protagonistas de la serie de TV de moda en aquellos años: Espacio 1999.

En el primer capítulo, una devastadora explosión tiene lugar en la cara oculta de nuestro único satélite natural. La causa de la detonación no es otra que la acumulación de ingentes cantidades de residuos nucleares que han sido almacenados allí durante años procedentes de la Tierra. Como resultado, la Luna es expulsada de la órbita terrestre y del Sistema Solar, vagando sin rumbo por el espacio, con los 311 habitantes de la Base Lunar Alfa "a bordo". Increíbles aventuras les esperan a partir de entonces.

La premisa anterior constituye una excusa excelente para que os pueda recordar algunos conceptos físicos sencillos a nivel de Bachillerato o, si sois estudiantes, aplicarlos a una situación un poquito distinta de las que soléis tratar en clase.

Bien, comenzaré antes dejando claro que la hipótesis de partida de la serie televisiva es ciertamente muy improbable, por no decir completamente absurda. Que la mera acumulación de residuos nucleares provoque una detonación de los mismos resulta imposible a todas luces, ya que los productos de la fisión nuclear del uranio o el plutonio han perdido su capacidad para generar reacciones en cadena incontroladas por ser material empobrecido. Obviando lo anterior, me centraré a partir de aquí en los efectos posteriores a la explosión, esto es, la expulsión de la Luna hacia los confines de la galaxia. Desde un punto de vista elemental, la física básica de este suceso es extremadamente sencilla y merece la pena detenerse por un momento en ella.

Veamos, todo cuerpo del Sistema Solar está sometido, fundamentalmente, a la acción gravitatoria del Sol, describiendo órbitas en torno al mismo, que pueden ser de tres tipos: parábolas, hipérbolas y elipses. Las dos primeras son curvas abiertas y la tercera, en cambio, es cerrada. Ejemplos de sobras conocidos de órbitas elípticas son las de los planetas alrededor del Sol o las de los satélites alrededor de sus planetas madres. Desde el punto de vista físico, estos cuerpos que pululan por el Sistema Solar poseen dos tipos de energía: cinética y potencial gravitatoria.

Por un lado, la energía cinética es debida a la velocidad con que se mueve el objeto y puede calcularse multiplicando la mitad de su masa por el cuadrado de su velocidad. Por el otro, la energía potencial gravitatoria mide la capacidad que tienen el Sol o el planeta madre para retener a sus planetas o satélites, respectivamente, en sus órbitas. Por lo tanto, es una cantidad que depende tanto de las masas respectivas de los cuerpos involucrados (Sol y planeta o planeta y satélite), así como de la distancia relativa entre ellos. Cuanto mayores sean las masas y menores las distancias, tanto mayor es la energía potencial. Además, por razones de conveniencia, a esta energía potencial gravitatoria se le suele asignar un signo negativo.

Lo dicho en el párrafo anterior significa que la energía total que posee un planeta o satélite es la suma de sus energías cinética y potencial. Más aún, se puede demostrar que cuando dicha energía total sea negativa (recordad que se asigna un signo negativo a la potencial) la órbita del planeta será cerrada (elipse) y éste permanece "indefinidamente" en órbita alrededor del Sol; por contra, si la energía total fuese positiva, la órbita correspondiente será abierta (parábola o hipérbola) y el planeta se acercará al Sol para alejarse indefinidamente después. Esto se entiende fácilmente si recordáis que la energía potencial mide la capacidad de retenerlo que posee el Sol sobre otro cuerpo que le orbita (ídem para un planeta y sus satélites). A mayor velocidad (mayor energía cinética) más fácil que se escape el planeta de su atracción gravitatoria ejercida por el Sol. Por tanto, hay un compromiso entre los valores relativos de ambas energías: cinética y potencial. Si la primera es mayor que la segunda, la energía total resulta positiva y el planeta/satélite se terminará escapando de la atracción de su estrella/planeta madre a través de una órbita parabólica o hiperbólica. En caso contrario, cuando la energía cinética es inferior a la potencial, la velocidad no será suficiente para superar la atracción gravitatoria y el planeta/satélite describirá una órbita elíptica, permaneciendo ligado a su estrella/planeta madre.

Una consecuencia inmediata de lo que digo más arriba es que existirá una velocidad mínima del planeta/satélite alrededor de su estrella/planeta madre que hará que la órbita pase de ser cerrada a ser abierta. Dicha velocidad mínima recibe el nombre de velocidad de escape y su valor numérico se obtiene igualando la energía cinética a la potencial. Obviamente, la velocidad de escape dependerá de la distancia a la que orbite el planeta/satélite alrededor de su estrella/planeta madre.

Vamos con lo interesante. Consideremos el caso concreto de la Tierra y la Luna. ¿Cuál es la velocidad de escape de la Luna con respecto a la Tierra? Si procedéis tal y como os acabo de decir e igualáis la energía cinética con la potencial gravitatoria, es decir,
  

½ m v² = G M m/r

donde m es la masa de la Luna, M la masa de la Tierra y r la distancia entre ambas. Los valores aproximados de estos parámetros pueden encontrarse fácilmente en los libros de texto y/o en Internet. Despejando el valor de la velocidad de la ecuación anterior se obtiene v = 1.440 m/s. Así pues, esta es la velocidad mínima que hay que proporcionarle a la Luna para que se escape del campo gravitatorio de la Tierra. Teniendo en cuenta que la velocidad con la que orbita actualmente es de unos 1.030 m/s, se requeriría una energía igual a la diferencia entre las dos energías cinéticas correspondientes a 1.440 m/s y 1.030 m/s. Esta diferencia es de 3,7 10²⁸ joules, más o menos el equivalente a 180.000 millones de bombas de 50 megatones cada una (el artefacto nuclear más potente detonado hasta la fecha en nuestro planeta).

Si ya resulta difícil concebir una potencia nuclear como la anterior, me gustaría recordaros que la cosa no termina aquí. En efecto, si volvéis a leer el segundo párrafo de este artículo, os daréis cuenta de que los insensatos protagonistas de Espacio 1999 no se han conformado con expulsar la Luna de su órbita alrededor de la Tierra. Han ido mucho más allá, pues nuestro satélite vaga durante 48 episodios por el espacio interestelar de la Vía Láctea. Esto significa, nada más y nada menos, que la potencia de la detonación ha tenido que ser suficiente como para hacer que la Luna escape de la atracción del campo gravitatorio del Sol, no solamente del de la Tierra. Hay que hacer alguna que otra operación matemática más, ¿no creéis?

 


Pues bien, si habéis entendido todos los pasos llevados a cabo hasta ahora durante el proceso, no tendréis ninguna dificultad para deducir que la energía mínima necesaria para expulsar a nuestro satélite del Sistema Solar se debe calcular igualando otra vez la energía cinética con la potencial gravitatoria, pero ahora poniendo como valor de M el de la masa de nuestra estrella y como valor de r la distancia aproximada entre la Luna y el Sol (aquí podéis poner, sin cometer un error excesivo, la distancia media entre el Sol y la Tierra). El numerito al que se llega rápidamente para la velocidad de escape es de 42.000 m/s (comparadlo con los 1.440 m/s del caso anterior). La energía liberada por la explosión ascendería ahora a 6,5 10³¹ joules, es decir, 1.757 veces mayor que la requerida para expulsar la Luna de la órbita terrestre que estimamos hace un ratito. Si las cifras anteriores no os dicen nada, quizá sea bueno recordaros que el meteorito que acabó con los dinosaurios hace 66 millones de años y terminó con la extinción de casi cualquier forma de vida de tamaño superior al de un perro pequeño liberó en su impacto una energía 162 millones de veces menor, es decir, que para expulsar la Luna de nuestro Sistema Solar se requiere una energía 162 millones de veces superior a la que liberó el cometa asesino. No me quiero imaginar el boquete abierto en la cara oculta de nuestro satélite...

 

Cinco formas mediante las que una civilización extraterrestre avanzada podría ser detectada

Hace unos meses leí un libro que hacía tiempo descansaba en los estantes de mi despacho de la facultad: "Un silencio inquietante", de Paul Davies, uno de los grandes divulgadores actuales. Me gustó porque me gusta el tema de las civilizaciones extraterrestres y cómo los humanos estamos intentando lanzar mensajes al espacio con los que potencialmente poder comunicarnos con ellos, si es que existiesen y tuviesen la capacidad de comunicarse con nosotros.

Paul Davies es una de las cabezas visibles del célebre proyecto SETI (Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre), pero también es crítico con él, y no es el único. Piensa que quizá se encuentra actualmente un tanto estancado y que debería abrirse a nuevas posibilidades.

Me gustaría compartir con vosotros algunas de las sugerencias que Davies recoge en su libro, mediante las cuales podríamos detectar una civilización alienígena avanzada que pretendiese comunicarse con otras, como nosotros mismos. A decir verdad, ni siquiera sería necesario que su intención fuera la comunicación, bastaría con que su tecnología fuese suficientemente avanzada (según nuestra concepción de la misma) y que la utilización de esa tecnología dejara una huella reconocible para nosotros u otras civilizaciones a la escucha.

Opción 1.- ¿Y si ET transmitiera señales mediante intensos haces de neutrinos?

Actualmente, y desde que se puso en marcha allá por la década de 1970, el proyecto SETI se centra casi exclusivamente en la emisión/detección de ondas de radio procedentes del espacio exterior. Tanto las radiofrecuencias como el láser, tienen la ventaja de que, a determinadas frecuencias, no interaccionan con el polvo interestelar presente en abundancia en el plano de nuestra galaxia.

Los neutrinos, al ser unas partículas subatómicas carentes de carga eléctrica y con una masa extraordinariamente pequeña, apenas interaccionan con la materia y, en consecuencia, poseen un gran poder de penetración. De hecho, unos 63.000 millones de neutrinos llegan a la Tierra y chocan cada segundo con cada centímetro cuadrado de la superficie de nuestro planeta expuesta a la luz solar, saliendo por la cara oscura sin apenas inmutarse, tras recorrer más de 12.500 kilómetros. La pega de todo esto es que estas partículas son prácticamente indetectables, requiriéndose para ello construir enormes detectores subterráneos formados por extensiones de agua o hielo de hasta un kilómetro de anchura o más. Un neutrino que casualmente interaccionase con las moléculas de agua produciría un destello luminoso detectable.

Sabemos que los neutrinos proceden de fenómenos estelares violentos tales como las supernovas, los agujeros negros o incluso de la materia oscura. Pero ¿qué sucedería si los extraterrestres tuviesen la capacidad de producir intensos haces de neutrinos altamente energéticos, por ejemplo, mediante el empleo de aceleradores de partículas y colisiones de electrones con positrones? Quizá así pudiésemos detectar los bosones W con una energía típica de 6,3 PeV (miles de billones de electrón-volts) que se producen al reaccionar los neutrinos con la materia ordinaria. Un bosón W con esta energía tan concreta constituiría una evidencia clara de la presencia de haces intensos y poderosos de neutrinos difícilmente achacables a fenómenos naturales.

Opción 2.-  ¿Y si ET optase por situar una baliza en algún lugar?

Una cuestión decisiva a la hora de decidir la emisión de una señal por parte de una civilización avanzada es la que tiene que ver con el consumo energético. No es lo mismo transmitir una señal de forma continuada e ininterrumpida en el tiempo que una señal en forma de pulso. Más aún, cuanto mayor sea la frecuencia de la señal tanto mayor será su eficiencia. En este sentido, una opción bastante razonable sería la emisión de pulsos a unos 10 GHz. Pero ¡cuidado!, ha de haber un compromiso entre la duración de cada pulso y el tiempo entre cada dos de ellos consecutivos. Los expertos han estimado que, de forma razonable, dicho compromiso estaría alrededor de un pulso al año de un segundo de duración.

Como sucedía con la emisión de haces de neutrinos, el problema vuelve a ser la detección. Imaginando, por un momento, que tuviésemos la inmensa fortuna de captar hoy uno de estos "beep" anuales de un segundo de duración, ¿cómo confirmamos que se trata de una señal procedente de una civilización inteligente? La técnica habitual consiste en desviar el telescopio del punto del que procede la emisión y comprobar que la señal desaparece; a continuación, se vuelve a orientar el instrumento hacia el mismo punto de donde procedía la potencial emisión original. Ya no la volveríamos a detectar, ya que se demoraría un año y, por tanto, interpretaríamos la señal como espúrea o falsa. En este sentido, quizá lo anterior explicase lo que sucedió el 15 de agosto de 1977, cuando Jerry Ehman descubrió entre la maraña de información recopilada por el radiotelescopio Big Ear, perteneciente a la Ohio State University, una extraña señal que se prolongó durante aproximadamente 72 segundos. En el margen del papel donde figuraban los datos escribió en color rojo la palabra Wow!, por la cual hoy conocemos a esta señal. Desde entonces, nunca más se ha vuelto a detectar, a pesar de dirigir en varias ocasiones el telescopio en la misma dirección. Y no ha sido la única señal extraña que hemos detectado aquí en la Tierra. Otros fenómenos, conocidos como FRB o pulsos de Lorimer, también han sido propuestos como posibles comunicaciones extraterrestres.

Opción 3.- ¿Y si ET optase por esconder una sonda en el Sistema Solar?

Cabría la posibilidad, por muy remota que fuese, de que una civilización alienígena nos hubiese visitado en el pasado y, tras haber constatado nuestro enorme retraso tecnológico en la Tierra o incluso la ausencia de vida en el resto de planetas del Sistema Solar, hubiese optado por dejar una señal de su paso por aquí en forma de sonda espacial, tal vez oculta en el cinturón de asteroides, o sumergida en la atmósfera de uno de los gigantes gaseosos como Júpiter, Saturno o Urano, o quién sabe si en la helada superficie de algún que otro satélite. ¿Cómo la podríamos detectar hoy en día? ¿Cómo nos harían saber que son extraterrestres? Evidentemente, parece razonable suponer que deberían optar por lanzarnos una señal inequívoca, a semejanza de lo que hizo en su momento el mismo Carl Sagan en su novela Contacto, por ejemplo, cuando los habitantes del sistema de la estrella Vega nos hacen llegar una de nuestras propias emisiones televisivas, en concreto el discurso de inauguración de los Juegos Olímpicos de Berlín, por parte de un tal Adolf Hitler, en 1936 y que constituyó la primera emisión televisiva de la especie humana.

Otra opción sería intentar conectar con nosotros a través de Internet. De hecho, existe una web dedicada actualmente a esto precisamente, a recoger la posible señal de comunicación de una civilización alienígena avanzada. Su dirección es http://www.ieti.org y en más de una ocasión ha sido accedida por algún que otro bromista que ha sido rápidamente "cazado", aunque también hay que reconocer que ha habido otros falsos ETs con los que no ha resultado tan sencillo. Y esto ha contribuido precisamente a desarrollar tácticas y técnicas que pudieran ser útiles a la hora de distinguir una inteligencia humana de otra extraterrestre. Así, como ejemplo, suponed por un momento que ET nos encontrase. ¿Hasta qué punto resultarían razonables los argumentos empleados por guionistas de cine o autores de ciencia ficción? ¿Es la biología terrestre compatible con ET? ¿Podrían alimentarse con nuestras plantas, animales o de nosotros mismos? ¿Podrían ser letales para ellos nuestros microorganismos, como las bacterias o los virus?

Opción 4.- ¿Y si ET emplease alguna fuente de energía exótica?

Una de las cuestiones que más ha suscitado mi interés por las civilizaciones extraterrestres es la que tiene que ver con sus potenciales fuentes de energía. Si en realidad procediesen de lugares lejanos, muy lejanos del universo, ¿qué tipo de propulsión utilizarían para llegar a su destino o durante sus excursiones por el espacio interestelar o intergaláctico? Al fin y al cabo, los impedimentos de la teoría general y especial de la relatividad ahí están y suponemos que son correctos. ¿Cómo han hecho para viajar hasta aquí en un tiempo razonable? ¿O es que el tiempo es irrelevante para ellos? ¿Son inmortales? ¿Han descubierto formas desconocidas para nosotros, aunque no prohibidas por nuestras mismas leyes de la física? ¿Han encontrado y aprendido a manejar agujeros de gusano? ¿Saben extraer energía del vacío? ¿O han optado por monopolos magnéticos?

Aunque no os lo creáis, preguntas como las anteriores y otras muchas han sido planteadas por científicos y pensadores de todo el mundo. De hecho, la cuestión de la energía del vacío ha sido una de las más debatidas en los últimos años, aprovechando el enorme interés que ha suscitado el descubrimiento de la denominada energía oscura. Sin embargo, la cuestión parece zanjada desde que se sabe que una hipotética nave que emplease la energía oscura como combustible violaría una de las leyes físicas mejor establecidas y que menos dudas provoca su validez universal: el segundo principio de la termodinámica. Al igual que un barco jamás podría funcionar siendo impulsado únicamente al extraer calor del agua del océano y no devolver parte de esta energía a otro foco térmico a una temperatura inferior, una nave espacial tampoco podría viajar extrayendo energía del vacío, ya que debería existir un estado de menor energía donde transferir parte de ésta que no hubiese producido trabajo útil.

La otra opción a considerar es la que tiene que ver con la existencia de los célebres monopolos magnéticos producidos durante los primeros instantes del Big Bang, el acontecimiento singular que dio origen a nuestro universo. Si ET fuese capaz de generar/manejar estos monopolos como fuentes de energía, aquí en la Tierra podríamos detectar enormes flujos de electrones y positrones altamente energéticos y difícilmente atribuibles a fenómenos naturales. Algo así pareció suceder en una ocasión con un globo sonda a 37 km de altura sobre la Antártida y como tal quedó recogido en un artículo del The New York Times publicado el 25 de noviembre de 2008 titulado "A whisper, perhaps, from the universe's dark side".

Opción 5.- ¿Y si ET hubiese construido su civilización alrededor de alguna gigantesca estructura?

Una de estas estructuras a las que hago referencia arriba podría ser algo así como una esfera de Dyson, una gigantesca mole que rodearía a la estrella que da luz y calor al planeta de ET, si es que vive en uno, y cuyo propósito sería extraer toda la energía de la estrella madre para ser aprovechada por la civilización de turno que la construyó. Hay que tener en cuenta que los humanos tan solo capturamos una porción ínfima de toda la energía que genera el Sol, prácticamente en su totalidad se pierde en forma de radiación hacia el espacio.

Una esfera de Dyson atraparía una ingente cantidad de calor, pasando a comportarse como un cuerpo negro y emitiendo energía con un espectro infrarrojo muy característico que sería susceptible, en principio, de ser detectado e identificado como proveniente de algo artificial, tal como una civilización avanzada. Todas las tentaivas llevadas a cabo hasta el momento en este sentido han resultado infructuosas.

Otra posibilidad a tener en cuenta sería el caso de las civilizaciones que estuviesen viviendo alrededor de una estrella de neutrones o un agujero negro en rotación y que, tal como sugirió hace décadas John Wheeler, extrayesen energía de allí precisamente empleando la enorme velocidad de giro de estos objetos astronómicos. Según los cálculos estimativos de Roger Penrose, colaborador durante años del mismísimo Stephen Hawking, hasta un 30 % de la masa de un agujero negro podría ser energía de rotación susceptible de ser utilizada por una tecnología suficientemente avanzada. Si se arrojan objetos (desperdicios, basura, etc.) al interior del agujero negro en rotación desde una distancia determinada y según una órbita prefijada, estos pueden salir de nuevo de allí con más energía (extraída de la misma rotación del agujero negro) de la que poseían al entrar. Esto puede usarse, por ejemplo, para lanzar naves espaciales a velocidades relativistas próximas a la de la luz y viajar a otras estrellas o galaxias.


El caso es que tras más de cuatro décadas de búsqueda infructuosa, seguimos sin saber muy bien qué opciones barajarían otras civilizaciones inteligentes en caso de querer comunicarse con nosotros o con otras distintas a nosotros, no sabemos siquiera si querrían comunicarse o ser detectados. No tenemos ni idea de si existen o no existen otras formas de vida no terrestres y mucho menos aún si estas formas de vida poseen inteligencia. Como decía Carl Sagan, en cualquier caso la conclusión es asombrosa...

Tres años de amor

Como suele suceder una vez al año, de nuevo es 5 de febrero. Y eso significa que este humilde blog vuelve a estar de enhorabuena porque se cumple otro aniversario más desde que su autor tuvo a bien abandonar aquel engendro conocido como Física en la Ciencia Ficción Plus, donde se encontraba excesivamente encasillado, para soltarse un poco más la melena con El Tercer Precog, un nombre que hace alusión a la película "Minority Report", en la que tres seres humanos un tanto especiales, denominados precogs, con capacidad de precognición, son utilizados para predecir futuros crímenes. Como no siempre se muestran de acuerdo en sus predicciones, la que prevalece es la del tercero de ellos, una chica llamada Agatha. Su predicción es la correcta, ella es el tercer precog. Yo también soy El Tercer Precog...

Este no es el tercer aniversario que celebro como divulgador y autor de un blog, ni mucho menos. Física en la Ciencia Ficción nació un 13 de junio de 2006, así que este precog lleva la friolera de casi 10 años escribiendo sobre ciencia, sobre enseñanza y sobre otras majaderías diversas que se le ocurren. Y tengo que reconocer que me lo he pasado estupendamente y me lo sigo pasando estupendamente. Cierto es que se ha perdido mucha de la ilusión de los primeros años, cuando con cada publicación caían una lluvia de felicitaciones y comentarios en el blog, también ideas, críticas, sugerencias y hasta dudas que planteaban muchos lectores. Hoy todo eso ha pasado a mejor vida, ya no se comenta en los posts, salvo raras y escasísimas ocasiones. El vídeo mató a la estrella de la radio. Ahora todo se reduce a unos cuantos RT's en Twitter, algún que otro FAV que significa que "ya me lo leeré más tarde o quizá no", o un cumplido poco sincero en alguna que otra red social más o menos cutre. Los comentarios en el blog han muerto definitivamente. Y es que hace tiempo que estoy convencido de que la gente se cansa de tanta divulgación, de tanta variedad, de tanta oferta. Hay demasiada divulgación.

Sí, no os lo toméis a mal, es lo que pienso sinceramente. Pasa como con las noticias en la prensa. Cuando nos fríen un día sí y otro también en televisión con el independentismo, con la corrupción o con cualquier otro tema de esos que se repiten hasta la náusea, ¿cómo reaccionamos? Con cansancio, con desidia, con rechazo. Porque nos agotan y esa fatiga se traduce en pasotismo y desinterés. No digo que no haya excepciones, pero creo que cada vez es más una regla general. Por supuesto, hay personas que estarán claramente en contra de esta opinión, que piensan convencidas que es muy necesaria mucha divulgación científica, muchos blogs, muchos eventos lúdico-científicos, mucha caña cañita brava, pero lo que yo veo es muy distinto: cada vez hay gente más crédula, que se siente más atraída por el pensamiento mágico, por las pseudociencias, por las pseudomedicinas, que creen en auténticas estupideces y se burlan de cuantos intentamos infundir un poquito de escepticismo, de pensamiento crítico, de conocimiento científico, basado en las evidencias y en las pruebas irrefutables. Tenemos la guerra perdida, aunque de vez en cuando ganemos alguna que otra batalla. No me cabe duda.

No obstante, lo anterior no significa que no piense que hay que continuar. Como dice el Talmud, "quien salva una vida salva al mundo entero". Si contribuyes a transformar la vida y la forma de pensar de una persona entre un millón, puede que las otras 999.999 hayan merecido la pérdida.

No os quiero entretener más. Tan solo quiero decir, para terminar, que aquí seguiré de momento, mientras tenga fuerzas e ilusión. Así de contradictorio soy. No es momento para la nostalgia. Es momento para aprender. Siempre. ¡¡Muchas gracias por seguir ahí!!