Como el año pasado por estas fechas, en Julio El Tamiz entra en “modo vacacional”: la frecuencia de las entradas disminuirá y nos dedicaremos a descansar, pensar en nuevas ideas, reflexionar sobre cómo ha ido el año, etc.

En general, durante Julio y Agosto podéis esperar una entrada semanal. Desde luego, cuando haya noticias jugosas que contar lo haremos lo antes posible, pero por lo demás nos lo tomaremos con calma. Habrá algunos períodos cortos durante los que no tendremos conexión a Internet, pero trataremos de avisar con tiempo (en el foro o en comentarios) y de publicar de forma automática entradas escritas con antelación, para evitar las molestias lo más posible.

Aparte de tomarnos un merecido descanso, queremos aprovechar la oportunidad de alejarnos un poco de la rutina diaria para plantearnos cómo mejorar el sitio y hacerlo más útil. Ya hay alguna cosilla que tenemos en mente, pero queremos meditar algo más antes de preguntaros vuestra opinión — tiempo habrá.

En un par de días, la siguiente entrada “de verdad”… pero con la actitud del gato de arriba: tan a gusto, según salgan, que estamos de vacances.

Aunque casi siempre lleguemos tarde (la información de hoy fue publicada por la NASA ayer), seguimos fieles a nuestro compromiso de manteneros al día respecto a la misión de Phoenix en Marte. La semana pasada mencionamos que la sonda se disponía a recoger una muestra de suelo para analizarla utilizando varios de sus instrumentos, antes de tratar de obtener una muestra de hielo.

La muestra analizada en el laboratorio húmedo. Versión a 1000×693 px. Crédito: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Texas A&M University.

Aunque los análisis completos van a tardar probablemente otra semana, los resultados preliminares tras un par de ellos son interesantes — una vez más, no revolucionarios aún, pero sí prometedores.

Phoenix ha realizado hasta ahora dos pruebas con la muestra de regolito obtenida. En primer lugar, ha introducido alrededor de 1 cm³ de material en su Laboratorio de Microscopía, Electroquímica y Conductividad que, como recordarás si leíste la disección de la sonda que realizamos hace un par de semanas, es el “laboratorio húmedo” de Phoenix y nos permite realizar experimentos inéditos con suelo extraterrestre, mucho más parecidos a los que se realizan en edafología en la Tierra que cualquier cosa que hayamos logrado hacer antes fuera de nuestro planeta.

Animación de la introducción de la muestra en el laboratorio húmedo. Crédito: NASA/JPL/UA.

Como dijimos en la “disección”, la sonda lleva agua para mojar las muestras de terreno. Esta agua, por supuesto, está congelada a la temperatura a la que se encuentra Phoenix incluso a pleno sol, pero la sonda la ha calentado hasta derretirla y luego ha introducido el regolito dentro, revolviendo y mezclando bien para formar barro. A continuación ha empezado la batería de pruebas que estaba planeada para conocer la composición y propiedades químicas del suelo en superficie (recuerda que este laboratorio tiene espacio para cuatro muestras, y las otras serán a más profundidad).

Los primeros resultados, como he dicho al principio, son prometedores: en primer lugar, el pH del terreno es básico (entre 8 y 9), lo que lo hace perfectamente apto para la vida tal como la conocemos. Los científicos estaban algo preocupados por la posibilidad de que el suelo marciano fuera muy ácido, lo que supondría unas condiciones más hostiles para la vida microbiana que conocemos, pero se trata de un suelo no demasiado diferente del terrestre.

Además de la acidez, se ha analizado la composición química del terreno. Como he dicho, hace falta tiempo para tener todos los datos, pero se sabe ya que esta muestra contiene varios nutrientes necesarios para la vida. Entre otras cosas, hay sales de magnesio, sodio y potasio — sales que indican una probable presencia de agua líquida en el pasado, aquí o en otra parte (tal vez hayan sido movidas por el viento tras evaporarse el agua). La acidez y composición del suelo lo harían adecuado para cultivar muchas plantas terrestres (aunque esto fuera imposible en la práctica por otras razones, como la falta de agua líquida, oxígeno, etc.).

Además, una segunda muestra de material se ha introducido en otro de los instrumentos científicos de la sonda, el TEGA, que en la disección llamamos (y seguiré llamando aquí) “horno vaporizador”. En este caso la muestra se ha sometido a unos 1000 ºC para analizar el vapor generado, y los resultados son también prometedores.

Se ha detectado, entre otras cosas, la presencia de dióxido de carbono y agua. El agua probablemente no estaba químicamente libre, sino que formaba parte de hidratos, pero es una vez más una prueba bastante concluyente de la interacción con agua en el pasado. Los científicos esperaban encontrar indicios de interacción con CO₂ y H₂O y, efectivamente, así ha sido.

En palabras de William Boynton, responsable del TEGA,

En este momento, es difícil cuantificar exactamente cuánto dióxido de carbono y vapor de agua fue desprendido o hacer una identificación de minerales. Lo que ya podemos decir es que el suelo ha interaccionado con agua en el pasado. Pero no sabemos si esto ha sucedido aquí, en la región polar, o si ha ocurrido en algún otro lugar y el material fue transportado aquí en forma de polvo.

Hasta ahora no se han encontrado trazas de carbono de origen orgánico ni otros indicios de vida, pero tampoco había muchas esperanzas de lograrlo con esta muestra: es de una profundidad máxima de unos 3 cm, y la intensidad de la radiación ultravioleta aquí en la superficie probablemente hubiera hecho imposible que existiera vida microbiana. La cuestión es que las condiciones del terreno sí permitirían su existencia a mayor profundidad, con lo que todavía tenemos esperanza.

Como digo, no se trata de descubrimientos revolucionarios, pero los científicos de la NASA se han puesto a dar saltos de alegría cuando los primeros resultados han mostrado que el suelo marciano dispone de las condiciones necesarias para la vida microscópica que conocemos. Estaremos al tanto de los siguientes resultados, pues Phoenix ya ha obtenido otra muestra de terreno y seguirá realizando análisis en las próximas semanas.

Para saber más:

• Página de Phoenix en la NASA
• The Planetary Society

En la serie Inventos ingeniosos recorremos objetos de la vida cotidiana en los que no solemos pensar a menudo. Tratamos de mostrar cómo a veces olvidamos las cosas que tenemos delante, considerando interesante sólo el aprender sobre complicadas teorías o descubrimientos: muy a menudo existen cosas realmente curiosas delante de nuestros ojos, aunque algunas de ellas –como el invento de hoy– funcionan tan deprisa que es imposible verlas actuar sin ayuda.

En la entrega de hoy hablaremos sobre una que es realmente sencilla en su concepto básico, pero que –como veremos– tuvo que sortear problemas de todo tipo para llevarse a la práctica: el airbag. ¿Piensas (erróneamente) que un airbag se infla con aire comprimido? ¿Sabías que, si tu coche tiene airbag, llevas un detonador delante de los morros, o que inicialmente se probaron con jaulas de canarios? ¿Sabes por qué es peligroso sentar niños pequeños en el asiento delantero con el airbag activado? Recorramos juntos la historia de esta ingeniosa invención.

Como digo, la idea básica es de sentido común: incluso llevando un cinturón de seguridad, una buena parte de las heridas (y las muertes) en los accidentes de tráfico se debían a impactos de los ocupantes del coche contra el volante y el salpicadero. ¿Qué mejor solución que interponer algún tipo de objeto mullido entre la cabeza de los ocupantes y el duro plástico? Ah, pero la cosa no es tan sencilla, lo que explica en parte lo relativamente reciente de esta ingeniosa invención.

La otra explicación es simplemente que, aunque nos parezca extraño ahora, lo que se consideran medidas de seguridad absolutamente básicas hoy en día no lo eran antes. Recuerdo, de niño, viajar en coche hacia la piscina: un Ford Fiesta con cinco o seis niños en los asiento de atrás. ¿Airbags? ¡Qué risa! Ni siquiera tenía cinturones en los asientos traseros, y los niños a veces íbamos sentados unos sobre otros mientras el coche viajaba por la autopista.

Hoy en día padres y autoridades probablemente pondrían el grito en el cielo ante algo así, pero entonces todos lo aceptábamos como lo más normal — y estoy hablando de una época en la que ya existían los airbags, aunque yo no hubiera oído hablar de ellos. Sin embargo, hoy la mera posibilidad de comprar un coche sin 6 airbags, ESP, ABS y al menos otros cinco sistemas de seguridad activa y pasiva con siglas bien sonoras nos deja consternados.

Crédito: Wikipedia/GPL.

Pero no olvidemos la primera razón que he mencionado: inventar un airbag eficaz es bastante más difícil de lo que parece, cuando te paras a pensar en los detalles. Existen varios problemas, y el primero de ellos es lo rápido que debe actuar para evitar que tu cabeza impacte contra el salpicadero o el volante: en un total de unos 60-90 milisegundos es necesario decidir si hace falta inflar el dispositivo o no, y además conseguir hacerlo físicamente antes de que la cabeza de los ocupantes del vehículo impacte contra nada.

De hecho, las primeras patentes de airbags resolvían el problema de una manera algo tramposa: manteniendo el dispositivo inflado todo el tiempo. Estas patentes datan de 1920 y son de dos estadounidenses (A. H. Parrot y H. Round), pero no se referían a sistemas de seguridad en automóviles sino en aviones — su propósito era proteger a los pasajeros en el caso de un accidente mediante globos inflados permanentemente.

Haría falta esperar hasta 1953 para que llegase la primera patente destinada a la industria automovilística, pero los primeros intentos, aunque ingeniosos (haciendo honor al nombre de la serie) no tenían posibilidades realistas de llevarse a la práctica. El primero en proponer un airbag para coche fue el estadounidense John W. Hetrick: en 1952 se había visto envuelto en un accidente de tráfico que estuvo a punto de costarle la vida, y decidió diseñar un sistema para proteger a los ocupantes de un vehículo que funcionase mejor que los cinturones de seguridad. Sí, al principio la idea de muchos no era aumentar la seguridad del cinturón sino sustituirlo (en parte porque mucha gente, especialmente en los EE.UU., se resistía a usar el cinturón). Hoy en día la cosa es bien distinta, y el airbag es una medida adicional al cinturón, no un sustituto.

El sistema de Hetrick era relativamente sencillo: en primer lugar, una bombona con un gas comprimido (nitrógeno, por ejemplo) se instalaba bajo el capó. Dentro del volante, en la guantera y el salpicadero había globos inflables –inicialmente desinflados y plegados, claro– conectados a la bombona. Lo mismo sucedía en la parte trasera de los asientos delanteros, para proteger a los ocupantes de los asientos traseros. Finalmente, el primitivo sensor que activaba todo el sistema era una masa deslizante: cuando el coche chocaba contra algo, este peso se deslizaba hasta abrir la espita de la bombona, que liberaba el gas contenido en su interior, inflando los globos.

El mismo año, el alemán Walter Linderer registró una patente muy similar a la de Hetrick, salvo que en su caso el sistema podía ser activado, además de automáticamente durante un choque, manualmente por parte del conductor. Tanto la patente de Hetrick como la de Linderer eran ideas inspiradas, pero tenían el mismo problema: tardaban mucho más tiempo en inflar los globos del que los ocupantes tardaban en golpearse contra el salpicadero y el volante. Puesto que sus diseños eran muy parecidos, las razones de esto eran las mismas para ambos.

En primer lugar, ambos empleaban sistemas mecánicos para funcionar: un peso que se mueve, una válvula que se abre… Estos procesos pueden realizarse rápidamente, pero no lo suficiente. En segundo lugar, el propio sistema de inflado hacía imposible que los globos se llenasen a tiempo de recibir el impacto de la cabeza de los pasajeros del vehículo: un gas comprimido se expande al abrir la válvula, pero demasiado lentamente. Hacía falta que la tecnología avanzase lo suficiente como para llevar a cabo las ideas de estos dos pioneros de una manera realista, y sus patentes nunca llegaron a llevarse a producción.

Desde luego, a estas alturas las empresas constructoras de automóviles empezaron a mostrar interés por el asunto y desarrollaron sistemas más y más rápidos de forma independiente, basándose en los conceptos iniciales de Linderer y Hetrick. No está demasiado claro (al menos, yo no he conseguido encontrar una respuesta segura) quién logró qué antes que quién, pero las dos marcas que realizaron los desarrollos más importantes fueron General Motors en Estados Unidos y Mercedes-Benz en Alemania a finales de los años 60.

Ambas empresas, además de otras, tenían buenas razones para concentrarse en este asunto: aparte ya de las ideas iniciales de Linderer y Hetrick, existía una motivación “extra”. La administración estadounidense estaba presionando para que se añadiesen medidas de protección a los automóviles, y el mercado americano era enorme para ambas marcas. De hecho, en un momento dado se dijo que sería obligatorio tener medidas activas y automáticas de protección de los ocupantes en todos los coches antes de 1969. Desde luego, pronto se hizo evidente que iba a ser imposible que nadie cumpliera ese plazo y se postergó la obligatoriedad varias veces, hasta que se hizo firme en los años 90. En otros países del mundo la legislación varía: en algunos son obligatorios y en otros no.

Los ingenieros pusieron manos a la obra tratando de acelerar el proceso de detección de choques e inflado. Tanto Mercedes-Benz como General Motors resolvieron uno de los dos problemas de las patentes primitivas: hacía falta una velocidad enorme de inflado de los globos, mucho más rápida que la expansión del gas comprimido… una velocidad explosiva. La solución era, naturalmente, utilizar explosivos.

Enlace directo al vídeo.

Los ingenieros empezaron utilizando nitroglicerina y nitrocelulosa con estabilizantes, pero pronto se pasaron a combustibles sólidos, que producían una reacción aún más rápida. El más utilizado durante bastante tiempo fue el trinitruro de sodio (NaN₃) junto con un oxidante como el nitrato cálcico (Ca(NO₃)₂). Se introducían los dos en un recipiente cerrado junto con un detonador. Cuando el detonador sometía los compuestos químicos a una chispa eléctrica (hoy en día se calienta el conductor hasta que se produce la ignición del combustible), ambos se combinaban en una reacción de combustión extraordinariamente violenta — muy parecida a la que propulsa a un cohete. Como resultado de esta explosión se liberaba un enorme volumen de nitrógeno gaseoso (N₂). No hacía falta más que poner la boca del globo contra el recipiente que contenía los explosivos, y éste se inflaba muy rápido, en unos 30 milisegundos, ¡suficientemente rápido como para que el sistema pudiera funcionar!

Aquí tienes un vídeo del inflado de un airbag a cámara lenta, para que puedas ver algo: vídeo en youtube (no puedo mostrarlo aquí mismo porque han desactivado esa opción en este vídeo).

Como puedes imaginar, los problemas prácticos de todo esto eran enormes. Para empezar, cuando los gobiernos empezaron a escuchar todo esto de “explosivo sólido”, “combustible de cohetes”, “detonador”… se pusieron algo nerviosos. Los ingenieros de las empresas automovilísticas tuvieron que realizar (francamente, con toda la razón) cursillos para manejar material pirotécnico, puesto que aquello no era ningún juego de niños. De hecho, aún se regula bastante estrictamente la fabricación y desguace de airbags, pues los reactivos permanecen activos muchos años y hace falta deshacerse de ellos de manera controlada.

Pero además de los problemas burocráticos se produjo lo que, en mi opinión, es la constante en el desarrollo del airbag: la aparición de pequeños problemas en los que no hubieras caído en principio, pero que hacía falta solucionar uno tras otro. Por ejemplo, la violencia de la explosión era tal que en muchos casos el airbag no sólo se inflaba, sino que salía disparado cual proyectil, o reventaba (hoy en día son de nylon, una opción muy ligera y resistente, y la base está anclada firmemente). Además, estaba el problema del ruido: lo que infla el globo es una explosión que se produce, literalmente, delante de los morros del conductor o el acompañante, y el nivel de sonoridad supera con creces el umbral del dolor — entre 165 y 175 dB.

Para comprobar los efectos del ruido, los ingenieros de Mercedes-Benz probaron el sistema utilizando jaulas de canarios. Al final resultó que el estallido, aunque muy potente, es de una duración tan corta que raramente produce daños en el oído ni de canarios ni de humanos (en algún caso si ha habido problemas de oído tras el estampido), pero esto te da una idea de los detalles que tuvieron que ir solventando poco a poco.

Crédito: Autoliv, Inc.

La violencia necesaria de la explosión (pues si no no daba tiempo a inflar el globo) tenía otras consecuencias: mientras se infla el airbag, sus paredes se expanden a una velocidad pasmosa (más de 300 km/h). Si tu cabeza, que se mueve hacia él a gran velocidad, se topa con el airbag mientras se hincha, moviéndose hacia ti muy rápido, los daños pueden ser considerables. Hacía falta regular el tiempo de inflado de modo que fuera absolutamente seguro que, para cuando te dabas el golpe contra él, la bolsa ya estuviera perfectamente hinchada.

Otro problema se encontraba en los combustibles y oxidantes empleados. Por ejemplo, el NaN₃ es una sustancia muy venenosa. Además, cuando se producía la reacción química de la explosión, no sólo se producía nitrógeno (que no es peligroso), sino cierta cantidad de hidróxido de sodio (NaOH), que sí lo es. Aunque la cantidad no era grande, tanto el NaN₃ como el NaOH hacían de todo el asunto algo aún más preocupante. A veces el hidróxido sódico producía irritaciones en los ojos o la garganta de los ocupantes, que ya tenían bastante con el susto del choque como para encima ser sometidos a sustancias tóxicas.

Con el tiempo se han ido utilizando cosas menos peligrosas como combustibles ricos en nitrógeno, como los triazoles (C₂H₃N₃) y los tetrazoles (CH₂N₄). Si tienes un coche antiguo que aún utiliza el trinitruro de sodio es posible que suelte algo de NaOH al funcionar, pero esto simplemente puede irritarte los ojos y la garganta; no hay peligro de que te intoxiques seriamente. Por cierto, si ves que aparece un polvillo blanco por todas partes, trata de no gritar “¡Trinitruro de sodio, trinitruro de sodio, estamos condenados, aaargh!”. Aparte de las miradas que puedes provocar si lo haces, ese polvo que ves no es NaN₃ sino almidón o simplemente talco, y se cubre la superficie de la bolsa con él para que se deslice bien al abrirse y no haya demasiada fricción.

Finalmente, en lo que al inflado se refiere existía otro problema: cuando se probaron los airbags inflados, el golpe de la cabeza de los muñecos de prueba contra el globo era tan violento que hubiera podido herir seriamente a un hombre. La solución era, por supuesto, poner agujeros en la bolsa — de ese modo se desinflaba rápidamente, más aún cuando recibía el impacto de la cabeza, de manera que absorbía la energía cinética de manera razonablemente suave hasta detener la cabeza del pasajero. En el vídeo a cámara lenta de arriba puedes ver los agujeros, y en ambos se observa la rapidez del desinflado.

De hecho, si alguna vez se te ha disparado el airbag, todo sucede tan deprisa que probablemente ni lo hayas visto completamente inflado — desde luego, el tiempo completo desde que el coche impacta hasta que tu cabeza es detenida por el airbag es, como he dicho antes, bastante inferior al tiempo de reacción de una persona. Para cuando te das cuenta de lo que ha pasado, el estampido y el inflado y el desinflado ya se han producido en un abrir y cerrar de ojos.

Naturalmente, a la par que se desarrollaban los sistemas de inflado para ser más y más rápidos, hacía falta hacer lo mismo con sensores capaces de identificar la situación en la que hacía falta inflar el airbag y hacerlo muy rápidamente. Los primeros sistemas mecánicos eran demasiado lentos, y se empezaron a mejorar poco a poco: en un principio se emplearon rodamientos de muy baja fricción, los rolamites, pero en los años 90 se pasó a sistemas microelectromecánicos (MEMS). Estos dispositivos combinan una parte mecánica de tamaño minúsculo que actúa de acelerómetro con otra electrónica: disponen de un pequeño condensador que, al ser sometido a aceleración, modifica su capacidad, de modo que el circuito electrónico nota el cambio y, si la aceleración de frenado es suficientemente grande, activa el sistema de inflado.

Hoy en día, desde luego, la cosa es bastante más complicada que al principio. En los coches con ordenador de a bordo, los sensores de aceleración no “deciden” nada directamente. Se utilizan algoritmos –que, por cierto, las marcas protegen como oro en paño– para determinar si hace falta inflar los airbags, cuáles inflar, cómo hacerlo, etc. Analizan la velocidad, la aceleración de frenado, si se va a producir un vuelco o no, si hay alguien sentado en el asiento del pasajero, si es un niño o no dependiendo del peso, etc., todo en unos 10-20 milisegundos. Desde luego, si tienes un coche antiguo la cosa es bastante más simple, pero es sorprendente lo mucho que está avanzando el asunto en cuanto al software se refiere.

El primer coche en venderse con airbag opcional fue el Mercedes Clase S W126 en 1981, aunque pronto el airbag de este modelo se convirtió en equipamiento de serie, y el airbag fue ganando en popularidad hasta convertirse prácticamente en un requisito para cualquier modelo que se preciase de seguro.

Sin embargo, incluso después de solventar todos los problemas que se presentaron para desarrollarlos, existían otros inevitables: los airbags, incluso cuando lograban inflarse a tiempo y cuando hacían falta, eran a veces peligrosos. Esto no debe resultar sorprendente: se está produciendo una explosión delante de tus narices. Si, por ejemplo, el conductor no usa el cinturón de seguridad, es posible que impacte contra el airbag demasiado pronto, mientras se está inflando, lo cual es peligroso. Lo mismo sucede si no se mantiene una distancia razonable con el volante o el salpicadero (al menos 25 cm): al inflarse puede golpear la parte del cuerpo que esté demasiado cerca.

Esta es una de las razones por las que es peligroso utilizar sillitas de niño en el asiento delantero de un coche: la silla pone al niño demasiado cerca del salpicadero, y si el airbag se infla lo golpea a gran velocidad. Un niño no debe sentarse en ese asiento delantero hasta que tenga el tamaño suficiente como para utilizar el cinturón como un adulto, pues ambas medidas de protección (el cinturón y el airbag) están diseñadas para personas adultas. En la actualidad la mayor parte de los coches permiten desactivar el airbag del pasajero para casos así.

Afortunadamente, los avances desde entonces no han dejado de producirse uno tras otro. Como he dicho antes, los sistemas de decisión son capaces de determinar en un santiamén cómo inflar los airbags, lo cual ha reducido los riesgos en gran medida. Además, hoy en día no se consideran un sustituto del cinturón, sino que actúan juntos. De hecho, si alguna vez te has dado un golpe en el que haya saltado el airbag, habrás notado probablemente el tirón del cinturón de seguridad. En los coches modernos se utiliza una explosión similar a la que infla el airbag para empujar un pistón que tensa el cinturón de seguridad muy firmemente para sujetarte mejor — todo esto ha hecho que los airbags no tengan que inflarse tanto como al principio, lo que los hace menos peligrosos.

Airbag lateral de un Porsche (está inflado permanentemente para su exposición). Crédito: Wikipedia/GPL.

También ha ido aumentando, con el tiempo, el número de airbags en los coches: el del pasajero no tardó mucho en llegar, y a él se fueron uniendo muchos otros, como los laterales de puerta como el de la foto de abajo o los de cortina. Algunos de éstos sólo se inflan cuando se va a producir un vuelco, y a diferencia de los frontales pueden mantenerse inflados para proteger a los ocupantes durante el tiempo suficiente si se producen vueltas de campana.

Airbag de la Honda Goldwing.

La primera motocicleta en incluir un airbag fue, como no podía ser de otra manera, la Honda Goldwing –que, por otro lado, es lo más parecido a un coche en moto–, aunque es probable que en el futuro los airbags de moto formen parte del mono del motorista y de hecho ya hay modelos experimentales de este tipo, como el que saldrá al mercado en teoría en 2010 de Dainese:

Enlace directo al vídeo

No hay duda de que en un futuro cercano tendremos sistemas aún mejores. Por ejemplo, algunos fabricantes están probando ya mismo sensores que empiezan a inflar los airbags antes de que se produzca el impacto, utilizando radar en los parachoques; otra mejora posible es instalar airbags en la parte de fuera del coche, especialmente en los coches altos como los todoterrenos, de modo que protejan a los peatones en caso de atropello.

De modo que tal vez dentro de unos años nos riamos al recordar los coches de ahora: ¿seis airbags? ¿sin RPURGS y EREFII? ¡jajaja, cómo nos atreveríamos a montarnos en esos cacharros!

Para saber más:

• Airbag (en español, muy escaso)
• Airbag (en english pitinglish, mucho más completo)
• Howstuff works (How airbags work)
• Sydney Morning Herald (It’s in the bag)

En la serie Falacias tratamos de desmontar mitos e ideas falsas más o menos extendidas utilizando el razonamiento lógico cuando es posible. Por cierto, si no conoces esta serie y piensas que el nombre de “Falacias” es incorrecto porque esa palabra tiene un significado diferente en el DRAE, o bien crees que me las doy de iluminado y nadie cree estas cosas, te pido que leas la descripción de la serie antes de seguir.

Hoy continuamos desmontando ideas falsas relacionadas con el efecto invernadero. En la entrega anterior de la serie hablamos acerca del nombre de este efecto y por qué es desafortunado (aunque sea ya inevitable que nos acostumbremos a él, porque probablemente no cambie a estas alturas). En aquel artículo explicamos, además, en qué consiste básicamente el efecto invernadero — pero hoy lo repetiremos, porque su naturaleza es esencial para desmontar la Falacia de hoy.

La afirmación falsa de esta segunda parte sobre el efecto invernadero es la siguiente: El efecto invernadero es lo mismo que el calentamiento global, es decir, el hecho de que la temperatura media de la Tierra haya aumentado durante las últimas décadas y tal vez siga haciéndolo en el futuro. Como consecuencia de esta falsa idea, suele añadirse a menudo (explícita o implícitamente) una segunda: El efecto invernadero es malo.

Absurdo.

Como suele suceder, soy consciente de que muchos de vosotros entendéis perfectamente la diferencia entre los conceptos de efecto invernadero y calentamiento global. Sin embargo, mucha gente no conoce la diferencia — sobre todo si su principal fuente de información son los medios de comunicación tradicionales, algunos de los cuales utilizan ambos términos indistintamente. De modo que, si conoces la verdad, este artículo simplemente pretende servirte como referencia si acabas envuelto en una discusión sobre el tema. En cualquier caso, la de hoy no va a ser una entrada larga porque la idea falsa se desmonta muy fácilmente, y no quiero mezclarla con otras.

Dicho esto, recordemos brevemente en qué consiste el efecto invernadero (aunque, si quieres una discusión más en profundidad, puedes leer de nuevo la anterior entrega de la serie o alguno de los enlaces del final): cuando un planeta tiene atmósfera, la temperatura sobre su superficie es mayor de lo que sería si la atmósfera no existiera, puesto que los gases emiten radiación que calienta la superficie. Es, como siempre, una explicación muy simple, pero debería valer de sobra para que veas por qué la afirmación de arriba es absurda.

Gráfico de la anomalía térmica anual. Aumente o disminuya la temperatura, hay efecto invernadero. Crédito: Wikipedia/GPL.

Por otro lado, ¿qué es el llamado calentamiento global? Dicho rápido y mal, es la idea de que la temperatura media de la Tierra ha ido aumentando en las últimas décadas y, según algunos modelos, probablemente seguirá haciéndolo en el futuro. No voy a entrar aquí a valorar esos modelos, ni si el calentamiento global es antropogénico (originado por el ser humano) o no — el objetivo de este artículo es explicar la diferencia entre ambos conceptos.

No hay más que leer ambas (burdas) definiciones para ver que una cosa y la otra son bien distintas, pero analicemos algunas de las diferencias más importantes:

Por su propia definición, el efecto invernadero aparece en cualquier planeta con atmósfera desde el mismo momento en el que se forma la atmósfera. Recientemente realizamos un recorrido por la historia de la Tierra en formación, hablando precisamente de la atmósfera de la Tierra durante el Hadeico. El efecto invernadero en la Tierra ha existido prácticamente desde la formación de nuestro planeta: de hecho, en algunos momentos del Hadeico la atmósfera fue unas 250 veces más densa que ahora, con concentraciones mucho mayores de algunos gases responsables del efecto invernadero, con lo que este efecto era entonces muchísimo más intenso que ahora mismo. Pero el caso es que, si hay atmósfera, hay efecto invernadero.

El calentamiento global, por el contrario, es algo que se refiere a la evolución de la temperatura sobre la superficie en las últimas décadas de nuestra historia; dependiendo de la fuente la fecha inicial varía, pero suele definirse a partir de los inicios del siglo XX. El calentamiento global es, por lo tanto, un concepto referido a la variación de la temperatura en los últimos 100 años. El efecto invernadero lleva existiendo en la Tierra desde hace casi 4.200 millones de años.

En segundo lugar, el concepto de efecto invernadero no involucra un aumento gradual de temperatura. ¿Que la temperatura aumenta? Hay efecto invernadero. ¿Que disminuye? Hay efecto invernadero. ¿Que se mantiene constante? Pues hay efecto invernadero, pues lleva existiendo desde que tenemos atmósfera. Por el contrario, el calentamiento global sólo existe si la temperatura aumenta: el concepto es precisamente ese cambio de temperatura.

Ni siquiera vale justificar la confusión diciendo “Bueno, pero si aumenta el efecto invernadero hay calentamiento global”. Para empezar, puede haber calentamiento global sin que aumente el efecto invernadero (por ejemplo, si aumenta la actividad solar); además, que el aumento de una cosa produzca la aparición de otra no implica, ni muchísimo menos, que ambas sean la misma — por ejemplo (un ejemplo muy tonto, pero bueno), el aumento de la temperatura provoca que yo sude, pero el sudor es una cosa y la temperatura otra. Pero vamos, dudo que los que utilizan ambos conceptos indistintamente lo hagan por una razón tan compleja: más bien, como suele suceder con estas cosas, es algo que han oído de este modo y repiten a su vez, propagando la idea falsa.

En tercer lugar, existe una discusión bastante encendida políticamente acerca de si el calentamiento global es antropogénico o no; sin embargo, esto no tiene ningún sentido al hablar del efecto invernadero: este efecto lleva existiendo miles de millones de años sin el ser humano, y si mañana desaparecemos seguirá existiendo, lo mismo que existe, por ejemplo, en Venus.

Esto es algo que se oye a menudo y que, aunque sea simplemente una de las diferencias entre ambos conceptos, quiero recalcar aunque sea repetitivo: el efecto invernadero no es un fenómeno producido por el ser humano, sino que existe en cualquier planeta con atmósfera. Cuando modificamos la composición de la atmósfera emitiendo o absorbiendo gases, podemos modificar la intensidad del efecto invernadero; si la aumentamos, se habla del efecto invernadero inducido, pero el efecto invernadero existe independientemente de que haya intervención humana o no.

Pero lo que más me irrita cuando lo oigo en la televisión o leo en los periódicos es que a menudo se dice, o se sugiere, que la propia existencia del efecto invernadero es perjudicial. Dicho muy burdamente, que el efecto invernadero es malo (malo para nosotros, aunque a veces se sugiere algo más de lo que hablaremos en otra entrega de la serie). Nada más lejos de la realidad — el efecto invernadero no sólo no es malo para nosotros, sino que sin él tú y yo, querido y paciente lector, estaríamos probablemente muertos.

La Tierra tiene atmósfera (afortunadamente para nosotros) y, por lo tanto, está bajo la acción del efecto invernadero. Por si te lo estás preguntando, los modelos radiativos con la composición y densidad de la atmósfera actual muestran que la temperatura media de la superficie de la Tierra, si no existiera el efecto invernadero, sería de unos -19 ºC en vez de los 14 ºC reales. Es decir, si no hubiera atmósfera la superficie de la Tierra estaría unos 33 ºC más fría de lo que está en la realidad.

Jóvenes lectores de El Tamiz si no existiera el efecto invernadero. Observa la inteligencia de su mirada.

Evidentemente, si no hubiera atmósfera no tendríamos tiempo para preocuparnos por el frío que pasaríamos porque estaríamos demasiado ocupados intentando respirar; pero si la presencia de una atmósfera no supusiera la existencia del efecto invernadero y estuviéramos a una temperatura media de -19 ºC, la evolución de la vida sobre la Tierra hubiera sido probablemente bien distinta de lo que fue. De lo que no cabe duda es de que nuestra sociedad, como es ahora mismo, no podría existir. Un cambio de temperatura así ahora significaría una catástrofe para nosotros de proporciones inimaginables.

Algo parecido hubiera sucedido si, por alguna razón, el efecto invernadero fuese el doble de intenso de lo que es realmente: si la diferencia de temperatura media fuera de 66 ºC en vez de 33 ºC, la temperatura media de la superficie terrestre sería de 47 ºC. Al igual que antes, si esto hubiera sido así siempre nuestra especie probablemente no sería como es (o ni siquiera existiría), y si un cambio así se produjese ahora mismo las consecuencias serían terribles.

Ni siquiera hace falta llegar a casos tan extremos: un aumento o una disminución de la intensidad del efecto invernadero que produjese una variación relativamente brusca de 5 ºC hacia arriba o hacia abajo de la temperatura media global tendría consecuencias de envergadura para nuestra sociedad: y no sólo para ella, puesto que criaturas como los adorables ositos polares de la foto probablemente se extinguirían.

Naturalmente, lo que más nos preocupa actualmente es la posibilidad de que las actividades humanas estén aumentando la intensidad del efecto invernadero, en cuyo caso este aumento podría estar provocando un calentamiento global. Pero esto no quiere decir que el efecto invernadero sea malo, sino que demasiado efecto invernadero es malo, lo mismo que demasiado poco efecto invernadero es malo; y, por supuesto, la ausencia de efecto invernadero no sería mala, sino malísima, para nosotros.

Desterremos pues esta absurda mezcolanza de ideas, que no hace sino liar aún más un asunto que, en mi opinión, ya es suficientemente confuso y controvertido. Aún seguiremos hablando del efecto invernadero y el calentamiento global en otras entradas, pero no quiero mezclar churras con merinas, de modo que por hoy lo dejaremos aquí.

Para saber más:

• Efecto invernadero
• Calentamiento global

No voy a extenderme demasiado, pero no puedo dejar de mencionar esta noticia: la sonda Phoenix ha encontrado agua congelada. La importancia de esto no es tanto que sea sorprendente, sino más bien todo lo contrario: las estimaciones de la NASA eran, como mencionamos en la “disección” de Phoenix, que la sonda probablemente encontraría hielo a una profundidad relativamente pequeña. De no haber sido así, una parte importante de la misión hubiera sido un fracaso — lo que esta noticia significa es que los científicos tenían razón y la misión tiene muy buena pinta.

Imágenes de “Dodo-Ricitos de Oro” tomadas el 15 y el 19 de Junio. Versión a 1071×1200. Crédito: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Texas A&M University.

Hace ya unos días que sospechábamos que esas manchas blancas que se veían bajo la superficie podían ser agua congelada. Fueron expuestas al tenue aire marciano cuando Phoenix excavó esa zanja, que los científicos de la NASA llaman informalmente “Dodo-Ricitos de Oro” (”Dodo-Goldilocks”). Al principio eran dos pequeñas zanjas separadas (“Dodo” y “Ricitos de Oro”, claro), pero al unirlas y llegar a un poco más de profundidad se observó la existencia de ese material blanco brillante.

Sin embargo, podía tratarse de muchas cosas. Incluso si fuera hielo, podría ser dióxido de carbono (CO₂) congelado, lo cual hubiera sido un jarro de agua fría (bueno, de alguna sustancia fría distinta del agua) para los científicos de la NASA. Aunque Phoenix seguía con las tareas planeadas para los siguientes días, nadie perdía de vista esa sustancia blanca.

Tanto si era agua congelada como si se trataba de CO₂, al exponer el hielo a la atmósfera marciana no había duda de que se sublimaría, convirtiéndose en vapor en un tiempo relativamente corto. De modo que la clave era ver si aquello desaparecía con el tiempo o no, para descartar cualquier explicación que no fuera la existencia de hielo.

Por otro lado, si era dióxido de carbono congelado desaparecería muy pronto, mientras que el agua congelada duraría unos cuantos días, debido a la diferencia entre los puntos de sublimación de ambas sustancias. Como puedes ver en la foto, en cuatro días ha desaparecido un poco de la sustancia blanca, pero no mucho: la única explicación que tenemos para esto es que se trate, en efecto, de hielo de agua, uno de los principales objetivos de la misión.

La sonda ha encontrado indicios de hielo (no tan bonito, sino más sucio) en otra zanja diferente, aunque habrá que esperar, como en ésta, para ver si se trata efectivamente de agua congelada. En los próximos días, Phoenix utilizará su brazo robótico para abrir una zanja nueva que ya estaba planeada y analizar el material que recoja, pero a continuación dedicará sus esfuerzos a obtener una muestra de hielo para poder analizarlo con su plétora de instrumentos científicos.

Como ya mencionamos al “diseccionar” Phoenix hace unos días, es muy probable que este hielo sea durísimo, con lo que el brazo va a intentar diversas técnicas para llevarse una cantidad razonable en la pala. Tratará de recoger una “cucharada”, intentará excavar como si fuera tierra o, si es realmente duro, rascará unas cuantas veces para soltar la mayor cantidad posible en trozos pequeños y luego los recogerá para examinarlos.

Evidentemente, no podemos estar absoluta y totalmente seguros de que se trata de hielo de agua hasta que se realice el análisis químico, pero parece una suposición muy sólida. Por un lado, se ajusta muy bien a las predicciones que habían hecho los científicos a partir de los datos tomados por las sondas orbitales; por otro, a nadie se le ocurre qué otra cosa puede ser blanca y sublimarse al ritmo que lo haría el agua congelada. Desde luego, nunca se sabe — lo mismo nos llevamos una sorpresa, aunque sería gigantesca si esto no acaba siendo, efectivamente, agua congelada.

En otro orden de cosas, hay un par de problemas con la sonda: no son terriblemente graves y esperemos que se solucionen en los próximos días. Por una parte, mediante las cámaras se ha observado que una de las puertas del TEGA (el horno vaporizador) está abierta parcialmente, y no debería estarlo. Hace falta saber por qué ha sucedido esto, y comprobar si se puede cerrar o no (cuando escribo este artículo aún no hay noticias de que se haya intentado).

Por otro lado, hay un problema de software. Al parecer, el sistema de mantenimiento de archivos está produciendo miles de copias duplicadas de algunos de ellos y llenando la memoria flash con basura. Como solución temporal, la sonda está enviando los datos recogidos durante cada día a la Tierra en vez de guardarlos antes de “irse a dormir” durante la noche marciana para conservar energía. Sin embargo, se está terminando de crear un parche para el software de mantenimiento de archivos para solventar el problema, y se subirá a la sonda en unos días.

De modo que seguimos a la espera de noticias revolucionarias, pero al menos todo va como esperábamos y la cosa tiene muy, muy buena pinta. Para lo más jugoso habrá que esperar a que Phoenix recoja el hielo y lo analice para ver qué hay en él: sobre todo si hay indicios de moléculas orgánicas, lo cual haría a más de uno (a un servidor, desde luego) dar botes de alegría.

Para saber más:

• NASA Phoenix Mars Lander confirms frozen water

Continuamos hoy nuestro recorrido por el mundo de las partículas subatómicas en la serie Esas maravillosas partículas. En el último artículo de la serie hablamos acerca de la materia oscura que, como recordarás si leíste el artículo, es la forma chic de decir “cosas que pensamos que están ahí pero no tenemos ni idea de lo que son ni las podemos ver”.

En aquella entrada decíamos que existen dos posibilidades para explicar la materia oscura, si realmente hay algo ahí fuera que no vemos: una posibilidad es la materia oscura bariónica, fundamentalmente en forma de MACHOs (Massive Astrophysical Compact Halo Objects, Objetos Astrofísicos de Halo Masivos y Compactos). De esa posibilidad hablamos en el artículo anterior; es la menos interesante puesto que no requeriría de partículas subatómicas exóticas. Sin embargo, también espero que recuerdes que dijimos entonces que el nombre de MACHO era una broma debida al nombre de las partículas más representativas de la segunda posibilidad, la materia oscura no bariónica. De ellas hablaremos en la entrada de hoy: los WIMPs.

La mayor parte de las entradas de esta serie son bastante abstractas, de modo que estás avisado; además, parto de la base de que sabes lo que es un neutrino, las diferencias entre ellos y los neutrones, el concepto de vida media, etc. En resumen, si no has leído esta serie hasta ahora mi consejo es que empieces por el principio. Dicho esto, vamos con los WIMPs.

Aunque las partículas responsables de la materia oscura no bariónica –si ésta existe– sean desconocidas, de lo que nadie tiene la menor duda es de que deben tener propiedades bastante concretas para que representen un porcentaje tan grande de la masa del Universo pero no consigamos verlas. La más importante de estas propiedades es que no deben interaccionar mediante la fuerza electromagnética: deben ser neutras.

Si no lo fueran, emitirían radiación electromagnética en cuanto sufrieran aceleración, y además reflejarían parte de ella, la absorberían y emitirían de nuevo, etc. Es muy difícil para una partícula cargada permanecer “invisible”, y menos aún para una cantidad tan grande de ellas como hace falta para explicar el defecto de masa del Universo visible. Además, estas partículas hipotéticas deben tener masa — puesto que precisamente eso es lo que nos falta por ver al mirar a nuestro alrededor. Finalmente, estas partículas no deben interaccionar con la materia “normal” en la mayor parte de los casos, o hubiéramos notado su presencia hace mucho tiempo.

¿Qué opciones tenemos en el Modelo Estándar de partículas subatómicas, al que dedicamos la primera parte de esta serie? La verdad es que solamente una: ya sé que lo primero en lo que probablemente vas a pensar es en el neutrón (tiene masa y es neutro), pero recuerda que los neutrones libres son inestables, y en unos quince minutos se desintegran. Por algo se habla de materia oscura no bariónica — los neutrones son bariones, y cuando se asocian a otros bariones, como los protones, forman materia “normal”, y ya hablamos de los problemas que eso supone para explicar la materia oscura en el artículo anterior.

Existen algunas otras partículas más en el modelo estándar que no tienen carga, como algunos mesones, pero no son estables, de modo que tampoco pueden explicar la existencia de esta materia o hubiera desaparecido (convirtiéndose en materia visible y fotones) hace muchísimo tiempo. Algo parecido sucede con el bosón de Higgs: es neutro y tiene masa, pero su vida media es minúscula, con lo que no puede ser el responsable de toda la masa que falta. No, el único candidato serio del Modelo Estándar es el “neutrón pequeñito”, el neutrino.

El neutrino tiene masa, es estable, es neutro y apenas interacciona con nada: de hecho, como espero que recuerdes si leíste el capítulo dedicado a él, nos costó bastante detectarlo a pesar de que una cantidad inimaginable atraviesa la Tierra y nuestros cuerpos cada segundo. En principio, la enorme cantidad de materia que no vemos podría estar simplemente compuesta de neutrinos.

El problema es que los neutrinos tienen una masa muy, muy pequeña: por lo tanto se mueven muy, muy rápido. De ser los responsables de la materia oscura, ésta sería materia oscura caliente, es decir, compuesta por partículas que se mueven a gran velocidad. Y los modelos cosmológicos nos indican que si hubiera habido siempre tal cantidad de materia en forma de neutrinos el Universo debería ser algo mucho más homogéneo de lo que es: sin embargo, la materia (incluida la materia oscura) se encuentra “apelotonada” en galaxias y cúmulos de galaxias, algo que –según nuestros modelos actuales, que podrían estar errados– es incompatible con la materia oscura caliente.

La única solución sería la materia oscura fría no bariónica: partículas neutras, estables, que apenas interaccionen con nada y además con bastante más masa que los neutrinos, de modo que se muevan mucho más despacio y permitan la existencia de acumulaciones de materia como vemos en el Universo a nuestro alrededor. No hay ninguna partícula así en el Modelo Estándar, de modo que aceptar su existencia significa automáticamente ampliar el Modelo. Estas partículas hipotéticas serían una suerte de “súper-neutrinos”: Partículas Masivas de Interacción Débil; en inglés, Weakly Interacting Massive Particles, es decir, WIMPs.

De ahí, como dijimos en el anterior artículo, el nombre de MACHOs: en inglés, “wimp” significa “enclenque, calzonazos”. Puesto que los objetos astronómicos hechos de materia bariónica son la alternativa fundamental a los WIMPs, se les dio el nombre de MACHOs en broma, como “alternativa a los enclenques”. Pero ahora en serio, si existen, ¿cómo diablos detectar los WIMPs?

Al igual que en el caso de los neutrinos, la cosa no es sencilla. Estamos postulando la existencia de una o más partículas subatómicas que son, por definición, muy difíciles de detectar: ¡si no, ya lo habríamos hecho hace mucho tiempo y no estaríamos hablando de “materia oscura”! La única manera de detectar un WIMP es si, por pura chiripa, impacta de lleno sobre el núcleo de algún átomo, aunque esto es altamente improbable — la sección eficaz de estos impactos es minúscula.

Por otra parte, si los WIMPs realmente representan un porcentaje muy grande de la masa del Universo, probablemente están por todas partes. De hecho, los modelos actuales que proponen su existencia predicen que hasta miles de billones de ellos (10¹⁵) atraviesan cada kilogramo de tu cuerpo cada segundo: en estos modelos nuestra Galaxia (como todas las demás) está inmersa en una especie de halo de WIMPs, una niebla invisible que lo envuelve todo. Aunque la probabilidad de que choquen con algún núcleo sea minúscula, al igual que sucede con los neutrinos, hay tal cantidad de ellos que es prácticamente inevitable que alguno choque de vez en cuando.

La posible nube de WIMPs envolviendo la Galaxia. Crédito: Davison E. Soper/University of Oregon.

El problema, por supuesto, es detectar el choque. Existen diversos experimentos que tratan de hacerlo, y básicamente son de tres tipos. Por un lado, un número ingente de estos WIMPs (si existen, claro) atraviesan el Sol cada segundo, y la masa de nuestra estrella es gigantesca, de modo que muchos de ellos están impactando contra núcleos de átomos del Sol en este momento. Utilizando modelos podemos predecir el tipo de partículas que se producirían en esos choques, y entre ellas deben estar neutrinos muy energéticos. El detector de neutrinos Super-Kamiokande trata de detectar estos neutrinos procedentes de impactos de WIMPs según hablamos, aunque hasta ahora no ha tenido éxito.

El segundo modo de detectar estos WIMPs es de manera similar a la que se utiliza para detectar neutrinos: cuando el WIMP choca con el núcleo atómico y éste es empujado, se mueve bruscamente y emite radiación electromagnética, es decir, fotones. Detectando estos fotones podemos saber que se ha producido ese choque: desde luego, hacen falta las mismas precauciones que para detectar neutrinos, de modo que no confundamos fotones que no tengan nada que ver con los que queremos observar.

El principal experimento de este tipo fue el DAMA/NaI se desarrolló entre 1996 y 2002 en el Laboratori Nazionali del Gran Sasso, en Italia. En él se utilizaron cristales de yoduro de sodio (NaI) de unos 10 kg cada uno, rodeados de tubos fotomultiplicadores como los del Super-Kamiokande. A partir de los fotones detectados y eliminando las detecciones que se corresponden con otras causas “explicadas”, se trató de determinar la existencia de WIMPs y alguna de sus características, además de comprobar si la época del año modifica la frecuencia de detección.

No, no es que en invierno haya “lluvias de WIMPs“, pero casi: el Sol se mueve respecto al centro de la Vía Láctea a una velocidad de unos 800.000 km/h, y la Tierra con él. Si la Galaxia está envuelta en WIMPs y éstos no giran con la misma velocidad que nuestra estrella, nos movemos como un coche en la lluvia, recibiendo impactos de gotas continuos en el parabrisas (sólo que las gotas son los WIMPs, claro). Sin embargo, la Tierra gira alrededor del Sol, de modo que a veces nos movemos más rápido contra la “lluvia de WIMPs” y a veces más lentamente. Como consecuencia, es posible que la frecuencia de choques de estas partículas varíen con la época del año.

De hecho, el experimento DAMA/NaI detectó impactos contra los átomos del cristal que son compatibles con las características de los WIMPs, y verificó una variación estacional de los sucesos de detección. Sin embargo, muchos científicos no están demasiado convencidos: por un lado, no se han verificado los resultados en ningún otro detector (hay unos cuantos), y además el argumento principal del DAMA/NaI es precisamente la variación estacional, que podría tener otras razones que no fueran la “lluvia de WIMPs“, y tal vez en este experimento no se hayan descartado realmente todas las otras partículas que pueden haber producido los impactos.

Los científicos del mismo laboratorio Gran Sasso ya tienen algún detector más sensible, y están diseñando otros aún mejores, para comprobar si las detecciones del DAMA/NaI fueron engañosas o realmente hay algo detrás. Hasta ahora, los sucesores del DAMA/NaI no han encontrado nada.

Finalmente, el tercer modo de detectar estos WIMPs es notando el choque entre la partícula y el núcleo contra el que impacta como una vibración del material. Esto es, como puedes comprender, muy complicado: los átomos de cualquier material se están moviendo todo el tiempo, vibrando alrededor de sus posiciones de equilibrio e incluso “revoloteando” libremente según la fase en la que esté la materia. Notar el movimiento brusco de un átomo cuando es empujado por un WIMP no es tarea fácil pero, aunque resulte sorprendente, tampoco es imposible.

Criostato del CDMS.

El experimento CDMS (Cryogenic Dark Matter Search, Búsqueda Criogénica de Materia Oscura) se desarrolla actualmente en la mina de Soudan, en los Estados Unidos. Allí, los científicos tienen discos semiconductores de silicio y germanio, enfriados hasta temperaturas de prácticamente el cero absoluto (tan sólo unos 0,05 K) para que sus átomos estén prácticamente quietos. Cuando una partícula penetra en el material se producen movimientos bruscos de los electrones (si la partícula está cargada), y si el impacto es contra el núcleo se produce una onda de sonido producida por ese átomo al desplazar a los que tiene alrededor en su vibración.

Sí, es exactamente lo que piensas que es: los científicos están tratando de oír a los WIMPs, aunque lo hacen midiendo las diferencias en la resistencia eléctrica del material cuando pasa la onda sonora y lo calienta levemente. Analizando los movimientos de los electrones y los núcleos, pueden determinar qué tipo de partícula ha impactado. Hasta ahora no han detectado ni el más mínimo murmullo procedente del impacto de una de estas partículas hipotéticas, pero siguen aumentando la sensibilidad del aparato todo el tiempo de modo que veremos qué pasa.

Disco detector del CDMS. Crédito: Fermilab.

En este vídeo puedes disfrutar de una visión “acelerada” del proceso de construcción del CDMS:

Crédito del vídeo: CDMS Collaboration. Enlace de descarga directa.

Desde luego, es perfectamente posible que, según estos instrumentos aumenten su sensibilidad, lleguemos a una conclusión negativa. Los modelos de WIMPs les dan unos intervalos de valores para la masa y la sección eficaz de sus interacciones con los núcleos de los átomos ordinarios. Cada vez que el CDMS y otros como él aumentan su sensibilidad y no detectan nada, disminuyen como consecuencia la máxima sección eficaz. Es posible que llegue un momento en el que sus resultados invaliden los modelos de WIMPs de que disponemos, en cuyo caso probablemente habrá que buscar otra explicación a la materia oscura.

Si, por el contrario, confirmamos la existencia de estos WIMPs, ¿cuál sería su naturaleza y dónde encajarían con las otras partículas? Hay varias partículas hipotéticas cuyas características teóricas son compatibles con las de los WIMPs, pero el candidato teórico a WIMP más aceptado de todos será el objetivo de la siguiente entrada de la serie (en la que también hablaremos del concepto de supersimetría): el neutralino.

Para saber más:

• WIMPs. Una vez más, la entrada en español es brevísima. Lo digo para los wikipedistas que frecuentáis El Tamiz.
• CDMS
• DAMA/NaI

Hace varios meses que tenemos abandonados a los malvados alienígenas matemáticos y sus paradojas relacionadas con el infinito, las probabilidades y demás zarandajas, de modo que ya es hora de dedicarles un artículo. Espero que algún día esto se convierta en una serie propiamente dicha, y tal vez –como alguien sugirió en algún artículo anterior– en un libro de historietas de ciencia-ficción mezcladas con humor negro y que hagan pensar.

Por si has llegado recientemente a El Tamiz, en estos artículos atacamos algún asunto matemático interesante pero de un modo algo peculiar: a través de una raza de alienígenas malvados y horribles, dotados de una inteligencia sobrehumana y capaces de realizar cálculos a una velocidad infinita. En algunos artículos, como en Cuántos corredores hay en la carrera, La paradoja de Monty Hall o La lámpara de Thomson, los alienígenas te han capturado y te someten a algún experimento probabilístico; en el último, La paradoja de Benardete, relatamos una de las historias tradicionales que los alienígenas cuentan a sus babosos hijos cuando se van a dormir. Se trata de artículos para hacer pensar, pero no son del gusto de todos los lectores — muchos no llegan a conclusiones claras, están teñidos de humor negro y son de un estilo algo diferente a la mayoría de las otras entradas. De modo que estás avisado.

Puesto que hace bastante del último artículo, antes de publicar uno realmente denso vamos a desengrasar las neuronas con un par de ellos relativamente sencillos. El de hoy está relacionado con el de Monty Hall: si leíste aquél, éste no debería ser muy complicado de resolver correctamente.

Dicho esto, hoy hablaremos acerca de una de las paradojas clásicas de probabilidad, propuesta por primera vez por el matemático francés Joseph Louis François Bertrand en 1889, y que por lo tanto se suele denominar Paradoja de la caja de Bertrand. Naturalmente, la describiré en términos de alienígenas antropófagos, pues ¿qué mejor motivación para resolver un enigma matemático que la posibilidad de acabar en uno de los estómagos de un alienígena monstruoso y ser digerido durante varios días? Vamos con ello.

Una raza de alienígenas tecnológica e intelectualmente avanzados ha conquistado la Tierra. Su obsesivo interés por las matemáticas (y especialmente la probabilidad) sólo es superada por su avidez por la carne humana. Sin embargo, una vez conquistado el planeta no matan humanos sin ton ni son: con una crueldad infinita, los someten antes a retorcidos experimentos matemáticos, de modo que algunos humanos avispados y afortunados sobreviven, mientras que la mayor parte son engullidos con fruición.

Tú, querido y jugoso lector de El Tamiz, has sido capturado por los alienígenas, y despiertas en una pequeña celda en la que hay una mesa con tres cajas de acero, cada una con un pequeño agujero en el costado. Uno de los malvados alienígenas se encuentra al lado de la mesa y cuando te ve despertar sonríe maliciosamente, mostrando sus ocho hileras de afiladísimos dientes y babeando con profusión.

“Hola, humano”, te dice el monstruo con voz gorgoteante y rasposa –realmente el término “humano” no existe en alienígena; la palabra más similar es “xuglurz”, una onomatopeya que significa “el ruido que hace el tercer estómago al digerir carne tierna”, pero este alienígena está empleando el lenguaje humano–. “Esto es un experimento para determinar tu capacidad matemática… puedes considerarlo un juego”.

Mientras sus ojos lacrimosos te observan con apetencia, el alienígena sigue hablando: “Si ganas, podrás seguir con vida y serás libre. Si pierdes, te convertirás en humano”. Tras parpadear un par de veces, la criatura añade, “Quiero decir, habrá terribles consecuencias para ti”. Al decir esas palabras, el ser se pone a salivar profusamente de nuevo y se relame.

“En una de estas tres cajas hay una bola blanca y una negra. En otra de las cajas hay dos bolas blancas, y en otra hay dos bolas negras. Mete la mano en una y saca una bola”, ordena el monstruo. Al notar que titubeas, añade, “No te preocupes, no va a pasarte nada… todavía”.

Cuando metes la mano en una de las cajas al azar y sacas una bola, ves que es una bola negra. El alienígena suelta una leve risa burbujeante mientras sus tentáculos se agitan. “Ahora es cuando comienza el juego”, anuncia con su horrible voz. “¿De qué color es la otra bola que hay en la caja, blanca o negra? Si aciertas podrás vivir. Si no…”. El monstruo no acaba la frase, pero varios detalles te hacen comprender lo que insinúa: la intensidad de su vidriosa mirada, el relamir de su lengua babeante, la botella de salsa de Worcestershire que sostiene en un tentáculo…

“¡Elige!”, repite la criatura. “¿Es la otra bola blanca o negra?” Cuando le suplicas que no te haga pasar por esto, que te dé alguna pista o te ayude de algún modo para poder elegir, el alienígena se carcajea, duchándote con su corrosiva y espumosa saliva.

“Ayudarte iría contra todos nuestros principios”, responde. “Como dijo nuestro ínclito filósofo Retraptcht Yrtre — Dale fuego a un hombre y tendrá calor un día. Prende fuego a un hombre y tendrá calor el resto de su vida¹. Debes elegir tú solo, bípedo implume”.

De modo que, estimado lector, ¿qué color elegirías, blanco o negro? ¿qué opción te da la máxima probabilidad de escapar al baño de salsa de Worcestershire? ¿o da igual lo que elijas? Piénsalo un rato antes de bajar hasta la solución, y luego sigue leyendo.

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Si has elegido una bola blanca, probablemente acabarías engullido por los alienígenas. Si has contestado que da lo mismo una cosa que la otra y eliges una bola al azar, hay un 50% de probabilidades de que sobrevivas. La estrategia más inteligente, la que hace máxima la probabilidad de supervivencia, es elegir la bola negra. De ese modo tienes un 66,7% de probabilidades de sobrevivir.

La mayor parte de la gente suele responder que da igual elegir una bola o la otra, porque razonan de la siguiente manera: si he sacado una bola negra al principio, eso quiere decir que la caja de la que la he obtenido no puede ser la que tiene las dos bolas blancas. O bien tiene dos bolas negras (en cuyo caso la próxima bola que saque será negra), o bien tiene una bola blanca y otra negra (en cuyo caso la próxima bola que saque será blanca). Hay dos posibilidades (las dos cajas posibles), de modo que la probabilidad es de un 50% para bola blanca y un 50% para bola negra — la conclusión es que da lo mismo lo que elija.

Este razonamiento es incorrecto, pero es el que la mayor parte de la gente utiliza: es indudablemente intuitivo. Sin embargo, la intuición a veces nos juega malas pasadas, como en este caso.

Para tratar de explicar con claridad cómo es el razonamiento correcto, voy a emplear la siguiente notación: B es una bola blanca y N es una negra. De modo que las tres cajas eran [BN], [BB] y [NN]. Es evidente que, tras ver que la bola que has extraído es N, la caja en cuestión no puede ser la caja [BB], tiene que ser una de las otras dos.

El problema del razonamiento anterior es que establece dos posibilidades equiprobables: [NN] y [BN], de modo que asigna a cada una un 50% de probabilidad. Sin embargo, la información de que dispones es que has sacado una bola negra. Pero no hay dos bolas negras, hay tres.

Nombremos a las bolas negras para distinguirlas, aunque cuando yo la mire no pueda saber cuál de ellas es: las cajas son ahora [N₁N₂] y [BN₃]. Como puedes ver, si he sacado una bola negra puede haber sido de tres maneras, y lo que queda en la caja en cada una de ellas es:

• Si he sacado N₁, en la caja queda N₂. Gano si elijo la bola negra, pierdo si elijo blanca.
• Si he sacado N₂, en la caja queda N₁. Gano si elijo la bola negra, pierdo si elijo blanca.
• Si he sacado N₃, en la caja queda B . Gano si elijo la bola blanca, pierdo si elijo negra.

Como puedes ver, la probabilidad de ganar si elijo la bola negra es de 2/3 (un 66,7%), mientras que la probabilidad de ganar si elijo la blanca es de tan sólo 1/3 (el 33,3%). La clave es, aunque me repita, que el hecho de sacar una bola negra hace más probable que la caja en cuestión tenga dos bolas negras.

Es sencillo probarlo, o bien con un pequeño programita de ordenador, o bien simplemente con la ayuda de un amigo, y ver que las probabilidades no fallan. Naturalmente, elegir la bola negra no garantiza que no acabes en el gaznate del alienígena, pero la mayor parte de los humanos que eligieron esa opción sobrevivieron y fueron liberados, mientras que sólo uno de cada dos que eligieron al azar evitaron ser bañados en salsa y engullidos. ¿A qué grupo perteneces tú?

Para saber más:

• Bertrand’s box paradox
• Este artículo no existe en la Wikipedia en español, aviso por si algún wikipedista que lea esto tiene tiempo de traducir el de arriba. Sí existe, y se menciona en él la paradoja, el artículo sobre Joseph Bertrand.

¹: Esta cita no es mía, sino de un genio xuglurz. El primer lector en adivinar de quién se trata recibirá trato de favor si los alienígenas matemáticos algún día invaden la Tierra — podrá elegir el tipo de salsa con el que ser condimentado antes de ser devorado sin misericordia.

Harmony es el tronco de la “T” en el extremo superior. Kibo está conectado a su derecha, con el módulo logístico como “sombrero”. El Jules Verne se ve en la parte inferior.
Versión a 3072×2023 px. Crédito: NASA.

Episodio monográfico sobre la misión STS-124.

Enlaces del episodio:

• STS-123
• STS-124
• Página del transbordador espacial (NASA)
• Japanese Experiment Module
• Harmony Module
• Galería de imágenes de la misión

El interior de Kibo. Crédito: NASA.

Kibo visto desde el exterior, con el módulo logístico encima. Versión a 3072×2027 px. Crédito: NASA/JSC.

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Nota posterior a la grabación: Efectivamente, la lanzadera ha aterrizado sin problemas. Por cierto, me refiero al transbordador como Atlantis en algún comentario durante el episodio, pero en este caso se trataba del Discovery.

Vídeo del lanzamiento de la misión el 31 de Mayo (enlace directo):

En las dos primeras entregas de este artículo hablamos acerca de nuestro conocimiento sobre la Tierra y su historia geológica. Hoy nos dedicaremos a escudriñar sus entrañas y desgranar su estructura: sus capas internas, lo que hay sobre su superficie, el campo magnético, etc.

Como en el caso de los dos artículos anteriores, la razón de hablar sólo someramente sobre la Tierra se debe a que no quiero dedicarle más tiempo que a otros planetas del Sistema Solar — la serie está dedicado a él, y no a nuestro planeta. Por otro lado, no he querido saltarlo porque hubiera dejado la serie incompleta.

Tormenta de arena en el desierto del Sáhara. Versión a 990×620 px. Crédito: NASA.

Soy bien consciente de que la mayor parte de la información de este artículo no es nueva para vosotros, de modo que quiero intentar mostrarla de una manera amena y lo más gráfica posible. Ya que algunos habéis comentado lo que habéis disfrutado del “viaje” hacia Venus o el de la primitiva historia de la Tierra, vamos a “redescubrir” el planeta como si llegásemos a él desde el espacio y nos acercáramos más y más al centro, para terminar justo en el centro de la Tierra. Como referencia utilizaremos la distancia al centro de la Tierra en radios terrestres y en kilómetros: cuando nos encontremos sobre la superficie, por ejemplo, estaremos en [1 R_T | 6.371 km].

De modo que, aunque no sea un exhaustivo análisis de nuestro planeta sino más bien una excusa para disfrutar de cosas que, en su mayor parte, ya sabemos, espero que leer este artículo sin mayor pretensión te haga pasar un buen rato.

[60 R_T | 382.260 km]

Nos encontramos en la órbita de la Luna: aunque estamos todavía muy lejos de nuestro planeta, sus efectos gravitatorios son evidentes en el movimiento de nuestro enorme satélite. Sin embargo, poco más se nota: el campo magnético de la Tierra es casi inapreciable aquí, ya que decrece con el cubo de la distancia al planeta. Lo que sí es ya claro al mirar al Planeta Azul desde aquí es que es diferente de sus hermanos, Marte y Venus, y esto es lo que veríamos al inicio de nuestro viaje al centro de la Tierra:

La Tierra vista desde la Luna. Crédito: NASA.

[15 R_T | 95.565 km]

Según nos vamos aproximando a la Tierra mirando la cara iluminada por el Sol, tenemos al Astro Rey detrás de nosotros: el viento solar arrecia a nuestra espalda, y sus partículas nos adelantan a velocidades de más de un millón de km/h: protones y neutrones extraordinariamente energéticos, además de núcleos de helio y otros elementos en menor proporción. Aunque sólo hay unas seis partículas por cada cm³, la energía de cada una de ellas es tremenda.

Sin embargo, llega un momento en el que las partículas que baten contra nosotros y nos adelantan violentamente se desvían hacia los lados bruscamente, como si buceando por el agua hubiéramos topado con la quilla de un barco invisible que desvía el líquido hacia los lados: aunque sigue habiendo partículas subatómicas moviéndose, de pronto nos encontramos en una zona muchísimo más tranquila. Acabamos de alcanzar la magnetopausa terrestre: puesto que llegamos a la Tierra en la cara diurna, la presión del viento solar es máxima y la magnetopausa está “achatada” contra el planeta. Si nos hubiéramos acercado a nuestro planeta desde otras direcciones, la cosa hubiera podido ser muy distinta.

La imagen no está a escala. Versión a 1200×656 px. Crédito: Wikimedia Commons.

En cualquier caso, una vez atravesada esta frontera invisible nos encontramos ya en una zona dominada por la Tierra: la magnetosfera. El nombre es algo desafortunado, porque su forma no es en absoluto esférica, como puedes ver en la imagen superior: la cola de la magnetosfera terrestre, en la cara nocturna y protegida por el propio planeta del viento solar, se alarga cientos de miles de kilómetros en el espacio, más lejos incluso que la órbita de la Luna.

Algunas de las partículas del viento solar que nos adelantaban en el viaje, desviadas por el campo magnético terrestre y moviéndose en espiral alrededor de las líneas de campo, caerán sobre la atmósfera cerca de los polos e impactarán contra moléculas de la atmósfera terrestre, produciendo bellísimas auroras polares, pero por ahora simplemente se alejan de nosotros hacia los lados.

Afortunadamente para la vida terrestre, esas mismas partículas no barren toda la atmósfera: se piensa que una de las razones por las que hay agua líquida en la Tierra es porque, cuando toda ella se encontraba en forma de vapor en nuestra atmósfera, el viento solar no disoció las moléculas de H₂O en oxígeno e hidrógeno, ionizándolos y llevándoselos al espacio. Nuestra magnetosfera actúa de escudo invisible contra el viento solar, y la vida tal y como la conocemos en la Tierra probablemente debe su existencia al campo magnético del planeta.

[5 R_T | 31.855 km]

Según nos seguimos acercando al planeta, atravesamos una zona en la que volvemos a encontrar una gran densidad de partículas cargadas que se mueven a gran velocidad: pero ahora no nos adelantan precipitándose contra la Tierra, sino que nos golpean de lado — se encuentran girando alrededor de la Tierra en una región en forma de donut, uno de los cinturones de Van Allen, y son en su mayor parte algunas de las mismas partículas del viento solar que vimos antes, fundamentalmente electrones, con energías de hasta 10 MeV.

Una vez atravesado este cinturón exterior, y tras atravesar una zona en calma, nos encontramos con una segunda región en forma de toroide (alias donut) en la que vuelve a haber muchas partículas atrapadas, en este caso partículas aún más energéticas que las anteriores: la mayor parte son protones con energías de hasta 100 MeV. Algunos provienen del viento solar, y tienen tanta energía que logran acercarse hasta aquí antes de ser desviados por el campo magnético terrestre. Se piensa que otros son el resultado de desintegraciones beta de neutrones atmosféricos al ser impactados por los rayos cósmicos.

En cualquier caso, este segundo “cinturón/donut” llega muy cerca de la Tierra: hasta tan sólo unos 700 km de altitud, más o menos a 1,1 radios terrestres del centro: estamos llegando por fin al objetivo de nuestro viaje, y nos encontramos ya (aunque sólo nominalmente) en el interior de las capas más externas de nuestra atmósfera.

[1,0157 R_T | 6.471 km]

Aunque la atmósfera de la Tierra no tiene una frontera definida, pues los gases se van haciendo más y más tenues según aumenta la altitud, acabamos de atravesar una suerte de límite. Hemos pasado ya la exosfera y la termosfera, con presiones prácticamente despreciables, pero la cosa empieza ahora a cambiar. A unos 100 km de altitud, la velocidad necesaria para que los efectos aerodinámicos puedan sustentar un objeto es justo la velocidad orbital. Por encima de esta altitud, un objeto que mantiene su altura constante lo hace merced a la fuerza gravitatoria y su propia velocidad (la velocidad orbital); por debajo, es posible sostenerse en el aire debido a la acción de los gases atmosféricos sobre las alas.

Por lo tanto, suele considerarse esta altura como la frontera entre la Tierra y el espacio, aunque se trate de algo un poco arbitrario: se denomina línea de Kármán, y según la atravesamos empezamos a notar la presencia de la atmósfera. Sin embargo, los efectos son aún muy pequeños: la presión es unas 100.000 veces más pequeña que en el suelo.

Sin embargo, nos estamos sumergiendo por fin, aunque se trate de una tenue masa de gas, en la materia que constituye nuestro planeta, y el espectáculo no tiene desperdicio.

Versión a 990×620 px. Crédito: NASA.

Muy poco por debajo de la línea de Kármán entramos ya en la mesosfera, y aquí los efectos de la atmósfera ya son claros: casi a nuestro lado, un pequeño meteorito se precipita hacia el suelo, pero según lo miramos se calienta más y más hasta volverse incandescente en la entrada atmosférica y desintegrarse; muy por debajo de nosotros, alguien habrá visto una estrella fugaz.

[1,0078 R_T | 6.420 km]

Acabamos de entrar en la estratosfera y estamos tan sólo a unos 50 km del suelo. La presión sigue siendo muy pequeña, unas mil quinientas veces menos que en el suelo, pero el cielo ha ido cambiando de color sobre nosotros, de negro a azul oscuro, y cada kilómetro que descendemos se aclara más y más según aumenta la cantidad de aire sobre nuestras cabezas.

En un momento dado, a unos 30 km de altitud, nos encontramos con el límite superior de la capa de ozono. Desde luego, es difícil notarlo, porque la concentración de ozono es de tan sólo unas partes por millón, pero esta capa está relativamente caliente debido a la absorción de radiación ultravioleta, y según la abandonamos y seguimos bajando, la temperatura desciende.

En un momento dado nos cruzamos con un objeto construido por el hombre: un pequeño globo meteorológico asciende, tomando medidas de presión y temperatura. Poco después, a unos 12 km de altitud, entramos en la troposfera, justo por encima de un avión de línea que vuela a 10 km. La presión es ya de 0,22 atmósferas.

En poco tiempo atravesamos la parte superior de los cúmulos que cubren el suelo, y una vez salimos por la base notamos los efectos de la atmósfera troposférica: el viento y la lluvia arrecian en medio de una tormenta. A poca distancia de nosotros el aire se ioniza en una tremenda descarga eléctrica de cientos de miles de voltios.

[1 R_T | 6.371 km]

Por fin tocamos el suelo. La presión es de 1 atmósfera, y nos encontramos en la superficie de la masa rocosa que constituye prácticamente todo el planeta. La atmósfera que acabamos de atravesar, aunque relativamente profunda, pesa tan sólo unos cinco trillones de kilos — 5·10¹⁸ kg. La masa rocosa por debajo de nuestros pies pesa unos seis cuatrillones de kilos, es decir, más de un millón de veces lo que la tenue capa de gases que la rodea.

Todo lo que vemos en nuestra vida cotidiana, y casi todo en lo que pensamos cuando hablamos de “la Tierra”, se encuentra en un minúsculo intervalo de distancias alrededor de este valor de 6.371 km. Sin embargo, si seguimos bajando abandonaremos esta pequeña región familiar de nuestro planeta para sumergirnos en lugares desconocidos.

Según nos hundimos en el suelo, la tierra está empapada por la lluvia que cae sobre la superficie. En muy poco tiempo atravesamos el mantillo, aún rico en distintas formas de vida, horizontes más profundos del suelo… y finalmente llegamos a la roca madre. Si hubiésemos realizado nuestro viaje en un lugar diferente y nos hubiéramos posado sobre la superficie del océano, las cosas hubieran sido distintas al principio, pero tras recorrer una distancia muy pequeña (unos 5 km de media, comparados con los 6.371 del radio terrestre) nos hubiéramos encontrado en una situación muy similar.

[0,998 R_T | 6.358 km]

Nos encontramos tan sólo trece kilómetros por debajo de la superficie, pero cualquier influencia externa es casi inapreciable: estamos en un mundo de oscuridad perenne, sin vida, sin cambios apreciables de temperatura entre el día y la noche o el invierno y el verano. A nuestro alrededor se encuentra la corteza, compuesta por materiales ligeros comparados con los que encontraremos a mayor profundidad: fundamentalmente óxidos de silicio, aluminio y hierro, potasio, calcio y sodio. La presión es ya aquí un par de órdenes de magnitud mayor de lo que era en la superficie: unas 500 atmósferas.

Al abandonar la superficie, la temperatura ha descendido algo debido a la menor influencia de la radiación solar. Sin embargo, muy pronto empezamos a notar que la temperatura aumenta según descendemos. A tan sólo unos 4 km bajo la superficie la temperatura es ya de 100 °C, y sigue subiendo un par de centésimas de grado con cada metro (unos 25 °C cada kilómetro). Cuando hemos alcanzado estos 13 km de profundidad (apenas nada comparado con el radio terrestre) la temperatura es ya de más de 300 °C. Irónicamente, si tuviéramos un vaso de agua en la mano la presión sería también tan gigantesca que el agua no herviría, aunque se dilataría considerablemente, disminuyendo su densidad y aumentando su volumen.

Un poco más abajo, cuando la temperatura superase los 374 °C, las condiciones serían tan extremas que ni siquiera tendría sentido hablar de si nuestra agua es un líquido o un gas: ambos estados serían indistinguibles, ya que habríamos superado el punto crítico del agua. Sin embargo, las rocas a nuestro alrededor seguirían siendo bien sólidas — aún nos queda muchísimo por descender.

La razón de este ascenso de temperatura según nos hundimos es lo que voy a llamar sin ningún rubor el efecto patata. Cuando tienes una patata inicialmente muy caliente y dejas pasar un rato, si la tocas no la notas caliente, pero si la cortas con un cuchillo la temperatura es mayor cuanto mayor es la profundidad a la que cortas. La Tierra, salvando las distancias, es una patata caliente y además se mantiene más caliente de lo que debería porque es una patata radiactiva.

La Tierra estaba muy caliente poco después de formarse, como dijimos en la entrega anterior de este artículo, en gran parte por la conversión de energía cinética de las rocas que colisionaban para formarla en energía térmica. Aunque esto sucediese hace más de cuatro mil millones de años, la cantidad de energía liberada entonces fue enorme; pero además la Tierra dispone de fuentes de energía propias por su condición de “patata radiactiva”: las más importantes son isótopos inestables del uranio, torio y potasio que tienen largas vidas medias y llevan desintegrándose y liberando calor miles de millones de años.

Pero olvidémonos de patatas radiactivas y sigamos descendiendo hacia las profundidades.

[0,994 R_T | 6.332 km]

Cuando hemos descendido unos 40 km (el valor real depende de dónde nos encontremos), aunque las rocas siguen siendo sólidas, se produce un cambio: estamos cruzando la discontinuidad de Mohorovičić, que separa los materiales más ligeros de la corteza terrestre de los más densos del manto. Es como si hubiéramos atravesado la superficie de separación entre el aceite y el agua en un vaso en el que estaban inicialmente mezclados. La composición de las rocas cambia, y ahora estamos rodeados fundamentalmente de silicatos de hierro y magnesio.

Las condiciones son aún más extremas que antes: la temperatura es ya de 500 °C, y la presión es mil veces mayor que en la superficie. Sin embargo, aún tenemos que bajar más para que la temperatura sea suficientemente grande como para encontrar roca fundida. Como puedes ver, existen dos fronteras diferentes: la frontera de densidad y composición química de las rocas (la discontinuidad de Mohorovičić), que separa la corteza y el manto; y la frontera de sólido a líquido, que separa la litosfera de la astenosfera.

Estructura interna de la Tierra.

[0,984 R_T | 6.269 km]

Según bajamos la temperatura y la presión siguen aumentando: no hay un momento concreto en el que las rocas se fundan y se vuelvan líquidas, pero poco a poco se vuelven más y más plásticas y deformables. Cuando se han convertido en un material viscoso y moldeable hemos alcanzado la astenosfera, a unos 100 km de profundidad.

Aunque fluye muy lentamente, existen corrientes de convección en la astenosfera que hacen quebrarse, moverse y hundirse a las placas de la litosfera que “flotan” sobre ella. La presión sigue aumentando rápidamente según descendemos y tenemos más y más masa sobre nuestras cabezas, pero la temperatura aumenta más despacio una vez hemos alcanzado esta zona. La razón está en las propias corrientes de convección, que (aunque son muy lentas) llevan los materiales más fríos hacia el fondo mientras que hacen ascender a los más calientes, redistribuyendo hasta cierto punto la energía térmica.

[0,765 R_T| 4.873 km]

Irónicamente, estas corrientes de convección son en parte las responsables que que, según seguimos bajando, la viscosidad vaya aumentando más y más, cuando podría parecer que los materiales deberían volverse cada vez más fluidos hasta ser un líquido. La cuestión es que la temperatura no aumenta tanto como debería por esa redistribución, pero la presión sigue aumentando constantemente de manera brutal.

Sin embargo, cuando nos encontramos a una profundidad de más o menos un cuarto del radio terrestre, notamos ya la diferencia clara en la atracción de la gravedad: es un 25% menor que la de la superficie. ¡Pesamos menos! Una vez más, esto puede parecer contrario a la lógica, pero sólo lo es en apariencia — es cierto que estamos más cerca del centro de la Tierra, pero también lo es que tenemos una gran masa de tierra sobre nuestras cabezas y a los lados. Al final, unas fuerzas compensan a otras y la atracción neta de la Tierra es menor que en superficie.

Los materiales, según descendemos, se hacen más y más densos, pues los más ligeros ascendieron hacia la superficie (como el aceite del ejemplo anterior) hace miles de millones de años. Sin embargo, los elementos más abundantes siguen siendo el magnesio, el oxígeno, el silicio.. hasta que llegamos a un punto de cambio brusco.

[0,53 R_T | 3.371 km]

Estamos a unos 3.000 km por debajo de la superficie, y de pronto nos encontramos con una superficie de discontinuidad bastante clara: de material más o menos plástico pasamos a una masa de hierro fundido completamente líquido. La temperatura en esta “orilla del hierro líquido” es de unos 4.000 °C, y la presión es casi inimaginable: 1.400.000 veces la presión que sufres mientras lees este artículo. La gravedad es tan sólo la mitad que en la superficie de la Tierra: hemos alcanzado la barrera de separación entre el manto y el núcleo externo.

La razón de este cambio brusco no es otra que la que ya mencionamos en la anterior entrega sobre la Tierra: cuando la temperatura del planeta naciente alcanzó la de fusión del hierro a presiones razonables (algo más de 1.500 °C), casi todo el hierro que se encontraba repartido por la masa planetaria se fundió y fluyó, como la cera de una vela, hacia abajo — hasta acumularse en el centro. Puesto que el hierro tiene un punto de fusión relativamente bajo, la presión aquí no es suficiente para mantenerlo sólido, de modo que se encuentra fundido.

Aunque sea líquida, esta enorme masa de hierro fundido es bastante más densa que el manto que hay por encima — de ahí que estén situados así. A veces es fácil olvidar que es la densidad la que determina la separación gravitatoria, y no el hecho de ser sólido o líquido.

Aparte de hierro, mezclado con él, hay otros metales pesados, aunque en menor proporción: fundamentalmente níquel y también algo de oro, platino, etc. Lo esencial es que aquí ya no hay prácticamente nada que no sean metales, y al menos el 80% del núcleo externo es hierro, es decir, se trata de una gigantesca masa de líquido conductor y ferromagnético.

Estamos por fin ante el origen del campo magnético que notamos al empezar nuestro viaje: rodeados por esta enorme masa de hierro fundido girando alrededor de su eje, estamos en el interior de una dinamo de proporciones planetarias. Aún no entendemos perfectamente cómo funciona la cosa, pero dicho mal y pronto, esta masa de metal fundido se encuentra girando alrededor del eje y moviéndose de maneras complicadas; por un lado, gira de acuerdo con la rotación del planeta. Por otro, el material central más caliente asciende y es reemplazado por el más frío de arriba mediante corrientes de convección. Todo este movimiento es además alterado por el efecto de Coriolis, que no hace que el agua gire en los lavabos pero sí tiene que ver con el comportamiento del campo magnético terrestre.

Cuando un conductor (sólido o líquido, da igual) se mueve en el interior de un campo magnético se induce una corriente en él, pero la corriente inducida en esta dinamo planetaria origina un campo magnético que induce en ella una corriente que provoca un campo magnético que… como puedes ver, el proceso se alimenta a sí mismo, de modo que el campo magnético se mantiene activo por sí mismo, mientras se sigan produciendo la rotación, convección, etc. necesarias.

Puedes preguntarte cómo demonios empezó todo: no estamos seguros, aunque no hace falta un campo magnético muy grande para iniciar el proceso. La cosa todavía no está clara y hace falta investigar más (ni siquiera todo el mundo está de acuerdo en que este efecto dinamo sea el responsable del campo), pero es la teoría más aceptada.

Lo curioso es que si la Tierra no tuviera un núcleo de hierro tan grande en sus profundidades, la superficie estaría constantemente bombardeada por partículas energéticas que probablemente hubieran hecho imposible que se desarrollara la vida tal y como la conocemos en el planeta. De modo que, querido y paciente lector, estás viendo estas líneas gracias a que 3.000 km bajo tus pies gira una masa de hierro de unos dos cuatrillones de kilos.

[0,191 R_T | 1.220 km]

Una vez más, las corrientes de convección hacen que suceda algo sorprendente: según buceamos en el núcleo de hierro fundido, llega un momento en el que nos topamos con una pared sólida. La temperatura ha seguido aumentando y es ya de unos 6.000 °C, pero la presión lo ha hecho mucho más rápido y es suficientemente grande como para mantener el hierro y el níquel sólidos. Hemos llegado al núcleo interno, una bola de aleación hierro-níquel (con algunos otros metales en menor proporción) cuyo radio es el 70% del de la Luna.

La presión es de unos tres millones de atmósferas, y la gravedad en la superficie de la bola sólida es sólo la quinta parte que en el suelo. Curiosamente, en las primeras etapas de la vida de la Tierra esta zona sólida no existía: aunque la presión era igual que ahora, la temperatura era aún mayor (ha ido descendiendo con el tiempo, y lo sigue haciendo), de modo que todo estaba fundido.

El hierro en el centro del núcleo se ha ido congelando poco a poco según la temperatura descendía mientras la presión permanecía constante, y lo sigue haciendo hoy, de modo que el núcleo externo va cediendo terreno al interno. Esta bola central, además, gira de manera más o menos independiente que el resto del planeta — puesto que entre ellos hay un líquido, la parte externa y la interna de la Tierra pueden “deslizarse” una sobre la otra. De hecho, se piensa que el núcleo interno tarda un poco menos en dar cada vuelta que la corteza terrestre, aunque todavía nada es seguro.

Sabemos muy poco acerca de esta región, más allá de su estado físico y su temperatura y presión. De lo que no hay duda es de que, de un modo u otro, las condiciones en la superficie dependen del comportamiento de esta zona, y que según cambie mientras la Tierra se enfría, también lo hará la situación aquí arriba. Afortunadamente, la cosa es bastante lenta (el enfriamiento del núcleo es del orden de un grado cada 10.000 años).

[0 R_T | 0 km]

Hemos llegado al final del camino. En el centro del planeta, rodeados por todas partes de la masa que lo compone, la gravedad es nula — no hay “arriba” ni “abajo”, y si nos hiciéramos un hueco en el núcleo de hierro-níquel flotaríamos en ingravidez. Lejos están el viento solar, las nubes y la lluvia y el Sol. Sin embargo, de Soles como el nuestro proviene todo el hierro que nos rodea, eones antes de que se calentase y fluyese dentro de nuestro planeta, para producir el campo magnético que nos mantiene con vida.

En el próximo artículo de la serie hablaremos acerca del enorme satélite de la Tierra: la Luna.

Para saber más:

• Atmósfera de la Tierra
• Estructura interna de la Tierra
• Campo magnético terrestre