La Tierra no sólo nos da protección frente a las muchas amenazas provenientes del espacio, también es el único lugar que conocemos (por ahora) en el que hay vida. Sólo tiene un único inconveniente… Estamos acostumbrados a vivir bajo los efectos de su gravedad y sin ella no se nos da demasiado bien movernos (aunque los astronautas de la Estación Espacial Internacional se lo pasan en grande de cuando en cuando). ¿Cómo podemos simular la gravedad de la Tierra en el espacio?
La importancia de la gravedad
Sir Isaac Newton. ¿Sabías que, en realidad, parece ser que nunca le llegó a caer una manzana en la cabaeza? (aunque sí estaba bajo un manzano).
Nuestros cuerpos son el resultado de millones de años de evolución bajo los efectos de la gravedad que genera la Tierra. Nos hemos adaptado a vivir contando con ella, y no llevamos demasiado bien vivir en un entorno con gravedad cero o microgravedad (como es el caso de la Estación Espacial Internacional), donde sabemos que los astronautas pierden masa ósea y masa muscular (especialmente en las piernas y espalda, las partes responsables de soportar nuestro propio peso).
La circulación de líquidos por nuestro cuerpo (como la sangre) también se ve afectada. La gravedad la distribuye hacia la parte baja del cuerpo, y en su ausencia se ve redistribuida hacia la parte superior, provocando que los astronautas tengan la cara hinchada y las piernas más delgadas, y puede provocarles una sensación similar a la de la congestión nasal. El sistema cardiovascular funciona bastante bien por lo que sabemos, pero es posible que, debido a la ausencia de gravedad y la necesidad de menor trabajo por parte del corazón, su tamaño se reduzca.
Del mismo modo, la ausencia de gravedad hace que los astronautas se vuelvan un poquito más altos porque los discos vertebrales no se ven sometidos a la compresión que ejerce la gravedad. Ese estiramiento de la columna vertebral puede provocar dolores de espalda. Por último (aunque hay muchos otros factores de los que podríamos hablar), nuestro sistema de equilibrio depende de la gravedad de la Tierra. Nuestro oído interno es sensible a la gravedad, y en su ausencia deja de funcionar como debería, lo que provoca desorientación, cinetosis espacial (un mareo en el espacio, dicho de manera más bonita) y pérdida del sentido de la dirección.
En definitiva, para los astronautas, que se entrenan durante años para estar en el espacio, es un cúmulo de inconvenientes y dificultades a las que adaptarse. Para el resto de los mortales, para qué engañarnos, es una situación bastante desagradable. Así que si queremos embarcarnos en largos viajes espaciales (a Júpiter, por poner un ejemplo), o en un futuro todavía lejano, queremos vivir en colonias espaciales, necesitamos simular el entorno de gravedad que experimentamos en la Tierra de alguna manera…
La gravedad natural
El comandante Chris Hadfield, en una intervención desde la Estación Espacial Internacional en 2.013. En comparación con la imagen anterior, su cara está sensiblemente hinchada por la ausencia de gravedad.
Crédito: NASA
He hablado en alguna ocasión de la gravedad artificial de pasada. La última vez, si no lo recuerdo mal, fue en el artículo sobre las colonias espaciales (en el que repasábamos los cilindros de O’Neill), pero nunca he hablado de cómo la provocamos y en qué se diferencia de la gravedad que experimentamos aquí en la Tierra. Así que, primero repasemos conceptos para asegurarnos de que todo está lo más claro posible.
La gravedad en la Tierra es producida por su propia masa. De una manera muy simplificada, podemos decir que la gravedad es el efecto de la curvatura que provoca la masa de la Tierra en el espacio. De modo que todo lo que pasa relativamente cerca del planeta se ve atraído hacia el centro del mismo por la deformación que ejerce nuestro planeta en el espacio. La animación debajo de este párrafo quizá sirva para ilustrarlo mejor.
Esta representación en 2 dimensiones ilustra cómo funciona la gravedad en nuestro entorno de 3 dimensiones.
Crédito: NASA
Nuestras naves espaciales no tendrían la masa suficiente para generar una curvatura en el espacio, así que nos podemos olvidar de generar algo similar a la gravedad que se da en la naturaleza. Así que lo único que podemos hacer es crear una especie de falsa gravedad que permita que podamos desarrollar nuestras actividades en el espacio con normalidad.
La aceleración constante para generar gravedad
La fuerza de la gravedad que sentimos es una aceleración hacia el centro de nuestro planeta de 9,8m/s2, o como quizá hayas oído en alguna ocasión 1G. Una forma de simular la gravedad en una nave sería por medio de la aceleración constante. Es decir, que acelerase alejándose de nuestro planeta a ese ritmo de 1G. La sensación sería exactamente la misma que si estuviésemos en suelo firme.
Con una aceleración de 1G, podríamos llegar a la Luna en sólo 3 horas: una hora y media de aceleración a ese ritmo, y una hora y media de deceleración, sin dejar de experimentar la gravedad de la Tierra. Si fuésemos a Júpiter, entonces necesitaríamos 160 horas (80 de aceleración y 80 de deceleración). En este caso, a mitad del viaje ya estaríamos desplazándonos a una velocidad de 2.800 kilómetros por segundo, un 1% de la velocidad de la luz.
Sin embargo, este método tiene serios inconvenientes. La mayor distancia que podríamos cubrir sería un año-luz, que recorreríamos en dos años, uno de aceleración, y otro de deceleración. En mitad de nuestro recorrido, estaríamos viajando a la velocidad de la luz, así que esa sería nuestra distancia máxima con este sistema, ya que nada puede viajar más rápido que la luz. Además, cuanto más cerca estemos de la velocidad de la luz, mayor es la cantidad de energía que necesitamos para seguir acelerando. Es decir, aunque es una solución muy elegante, es prácticamente imposible pensar en llevarlo a la realidad.
Gravedad artificial con menos energía
Éste es el concepto artístico de un Toro de Stanford. Un hábitat espacial que podría albergar de 10.000 a 140.000 personas. Fue propuesto en 1.975.
Crédito: Donald Davis – NASA Ames Research Center
Sólo tenemos una forma de generar gravedad artificial que no requiera tanta energía. Crearla por medio de una fuerza centrípeta, es decir, por medio de un giro. Literalmente, cogemos nuestra nave (o nuestra colonia espacial) y la hacemos girar a una velocidad constante. Gracias a la inercia, todo lo que estuviese en el interior de la nave intentaría volar hacia el espacio, pero las paredes de la nave les mantendrían dentro.
Aun así, no es un sistema perfecto. A diferencia de la gravedad real, que nos empuja hacia el centro del planeta, esta gravedad artificial nos empuja fuera del eje de rotación. Además, es preferible que construyamos naves con tamaños muy grandes. Cuanto más grandes, mejor, porque en una nave que tenga un eje demasiado pequeño, la diferencia de gravedad que experimentaríamos entre la cabeza y los pies sería muy significativa, dificultando nuestros movimientos en el interior de la estructura.
Un anillo más grande necesitará una velocidad de rotación más baja, lo que también nos permitirá reducir los síntomas producidos por la fuerza de Coriolis (mareos, náuseas, desorientación…). En concreto, se cree que a menos de dos revoluciones por minuto, una persona en el interior de la nave no debería experimentar ninguno de los síntomas, aunque ha habido casos de personas que han demostrado ser capaces de adaptarse a ritmos de rotación de hasta 23 vueltas por minuto sin mostrar ningún efecto adverso.
Por tanto, para que sea cómodo, deberíamos construir una nave con forma de anillo que posea un radio de, al menos, 250 metros. Con ese tamaño (medio kilómetro de diámetro), bastaría con dar dos vueltas por minuto sobre sí mismo para que experimentásemos algo similar a 1G en su interior y mitigar por completo (o casi) los efectos de la fuerza Coriolis. Aunque es complicado, podríamos construir una nave así con la tecnología de la que disponemos hoy día, y nos permitiría explorar el espacio sin tener que enfrentarnos a todos los inconvenientes de la microgravedad que he comentado al principio de este artículo.
Ejemplos en la ciencia ficción
Hay multitud de naves con secciones rotacionales (cuando no es toda la estructura en sí) en la ciencia ficción. El ejemplo más reciente es el la nave Hermes que, en la película Marte (The Martian), sirve para transportar a los astronautas de la órbita de la Tierra a la del planeta rojo. Hay otros, como la estación espacial de la película Elysium, la nave Discovery 1 de Una Odisea en el espacio, la estación espacial de Interestelar (que es un cilindro de O’Neill, literalmente), la escuela de batalla de El juego de Ender. Podría seguir, pero la lista sería de lo más extensa. Por cierto, por tamaño, la palma se la llevaría Mundo Anillo con un diámetro muy similar al de la órbita de la Tierra…
En definitiva, aunque de momento no parece haber planes en firme, parece que las naves que construyamos en el futuro, en las que queramos tener algo similar a la gravedad de la Tierra, tendrán que tener una sección que rote… (si no toda la nave en sí).
Referencias: NASA, Wikipedia, Universe Today
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