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Esta publicación casi no contiene SPOILERS de El Despertar del Leviatán. Si quieres leer un poco sobre qué trata la novela y mi opinión sobre ella, puedes hacerlo aquí.
1. INTRODUCCIÓN
El Despertar del Leviatán, la primera entrega de la saga The Expanse, hace un excelente trabajo presentando e incluso explicando los diversos aspectos científicos abordados en la historia. Además, es tremendamente entretenido, por lo que te recomiendo encarecidamente leerlo como preámbulo a tu propia aventura espacial.
La gravedad es uno de los elementos clave en El Despertar del Leviatán, y hoy me dedicaré a hablarles sobre esta fuerza que nos une a la Tierra y que puede resultar inusual en el espacio. Lo interesante surge cuando la gravedad desaparece, convirtiendo incluso el acto de moverse en un desafío. La ausencia de gravedad no solo resulta incómoda, incluso para los astronautas mejor entrenados, sino que también conlleva a deterioros musculares y otros problemas de salud. Ante estos desafíos, la ciencia ficción ha explorado diversas soluciones para generar gravedad artificial.
Si quieres salir a explorar los confines de nuestro sistema solar, deberás comenzar por aprender cómo manejarte en todas estas situaciones y, para ello, comprender algunas ideas básicas sobre la gravedad y la inercia.
2. GRAVEDAD CERO
Para comprender lo que sucede en ausencia de gravedad, primero debemos entender la inercia y cómo opera la primera Ley de Newton en este contexto. Sin la gravedad terrestre que nos empuja hacia abajo, no experimentamos una fuerza neta que nos impulse en una dirección específica. En una estación espacial, la presión del aire ejerce fuerza sobre todo nuestro cuerpo de manera uniforme, lo que resulta en una fuerza neta igual a cero. Esto significa que la presión no nos empujará en ninguna dirección.
Cuando la fuerza neta sobre nosotros es cero, según la primera Ley de Newton, tendemos a mantener nuestra velocidad y dirección constantes. No hay fuerzas que nos aceleren, frenen o empujen lateralmente. Esto implica que si estás flotando inmóvil en el centro de una habitación en tu estación espacial y no puedes tocar las paredes, tendrás que ser creativo para moverte. Al tocar una pared y empujar, generas una fuerza neta en esa dirección, iniciando un movimiento. En la Tierra, gracias a la gravedad y al agarre de nuestros zapatos, este problema no existe. Pero imagínate sobre una superficie de hielo extremadamente resbaladiza: aunque puedas saltar, moverte lateralmente sería tan complicado como en un entorno sin gravedad.
Aunque parezca sorprendente, la experiencia de casi ausencia total de gravedad no se limita al espacio profundo. En las estaciones espaciales que orbitan un planeta, como has visto, los astronautas experimentan algo muy similar: la microgravedad. Para los propósitos de nuestra discusión, los efectos de la microgravedad son prácticamente indistinguibles de estar completamente sin gravedad.
Pero, ¿cómo es posible experimentar microgravedad estando tan cerca de un planeta? Pensemos en un ejemplo para entenderlo mejor. Imagina que estás en un ascensor sellado en el piso 150 del Burj Khalifa. De repente se cortan los cables y ningún freno se activa. Tienes como unos 10 segundos completos antes de… bueno, eso. Durante esos 10 segundos te sentirás flotar dentro del ascensor. Tu cerebro interpretaría esto como una caída, ya que al caer, la fuerza de gravedad que normalmente comprime tu cuerpo hacia abajo se reduce o desaparece. Dentro del ascensor en caída libre, no sentirías el suelo bajo tus pies y podrías moverte libremente empujando contra las paredes, simulando una situación de gravedad cero o microgravedad.
Ahora compliquemos más la situación. Imagina que estás en el ascensor, cuando a Hulk se le ocurre cogerlo y lanzarlo por los aires. Ok, al principio te dolerá. Pero una vez que el ascensor comienza a trazar una parábola en su trayectoria, experimentarás una sensación similar a la caída libre. Horizontalmente, el ascensor se mueve a una velocidad constante, pero verticalmente, tanto el ascensor como tú experimentan una aceleración hacia abajo. Entonces, te volverá a parecer que te encuentras en una situación de ingravidez.
Vayamos finalmente al caso de la estación espacial orbitando la Tierra. Cambiemos de super héroe. Ahora tenemos a superman volando alto con nuestro ascensor en sus manos. Lo arroja bien fuerte, en dirección paralela al suelo. Trazaremos un arco y nos estampamos contra el suelo. Retrocedemos en el tiempo -¿por qué no?- y le pedimos que lo arroje con más fuerza… y repetimos. La trayectoria del ascensor comenzará a notar la curvatura de la Tierra. Si seguimos aumentando la velocidad inicial, a partir de cierto momento, el ascensor empezará a dar la vuelta completa a la Tierra, sin llegar a tocar el suelo. Si además lo hacemos a suficiente altura como para que el aire de la atmósfera no nos frene, habremos entrado en órbita. Toda estación espacial o satélite en órbita, se encuentra “eternamente cayendo”. Simplemente va tan rápido en su dirección horizontal, que nunca reduce su altura sobre la superficie terrestre, sino que copia su forma (en el caso de una órbita circular, las hay elípticas también). Ahora, si la estación está “cayendo” y tú “caes” igual que ella, dentro te parecerá que no hay gravedad… y tu cerebro estará chillándote que estás cayendo, mejor entrénate antes de partir.
3. INERCIA EN UN ENTORNO SIN GRAVEDAD
Como hemos discutido, en situaciones como estar en una nave con los motores apagados, o en una estación espacial orbitando un planeta, estarás en un ambiente donde se puede considerar que la gravedad es nula. A continuación, exploraremos qué precauciones debes tomar y qué trucos puedes emplear para moverte en estas circunstancias.
Lo primero y más importante es recordar la ley de la inercia de Newton: un objeto en movimiento, en ausencia de fuerzas externas, seguirá moviéndose a la misma velocidad y en línea recta. En una estación espacial, ya que tú y la estación están acelerando juntos, a efectos prácticos, te moverás en línea recta dentro de ella. Si estás quieto, permanecerás así a menos que te empujes contra algo. Por lo tanto, es crucial tener siempre a mano algo a lo que sujetarte o desde donde impulsarte. De igual manera, si sales al espacio con tu traje, asegúrate de estar siempre anclado a la nave o de utilizar tus botas magnéticas con precaución. Recuerda, si te sueltas y empiezas a alejarte de la nave… Buen viaje.
Existen maneras de moverse en ausencia de gravedad incluso sin tocar las paredes, pero primero es necesario entender la cantidad de movimiento, que es simplemente la masa de un objeto multiplicada por su velocidad. Lo importante es que la cantidad de movimiento se conserva, no cambia, si no hay fuerzas externas. Esto implica que si estás flotando en gravedad cero en el centro de una habitación y no puedes alcanzar las paredes, puedes quitarte un zapato y lanzarlo con fuerza. Al hacerlo, te moverás en la dirección opuesta para mantener constante la cantidad de movimiento total del conjunto o sistema “zapato + cuerpo”. Eso sí, para compensar la menor masa del zapato, tú te moverás más lentamente, así que asegúrate de lanzarlo con fuerza.
Este principio de conservación de la cantidad de movimiento ofrece ventajas para moverse en gravedad cero, especialmente si pierdes contacto con superficies firmes. Por ejemplo, en el espacio, si te alejas de tu nave, un propulsor en tu traje puede emitir gas en una dirección para impulsarte en la contraria, de manera similar a lanzar el zapato en gravedad cero. Sin embargo, esta misma mecánica puede causar complicaciones, como se ilustra en esta cita de “El Despertar del Leviatán”:
“Amos cogió una automática de alto calibre que disparaba munición autopropulsada, no tenía retrocesos y estaba diseñada para ser usada en gravedad cero. Había antiguos lanzacohetes que eran mucho más fiables, pero en gravedad se comportaban como propulsores de maniobra. Una pistola tradicional daba impulso más que suficiente para alcanzar la velocidad de escape en una roca del tamaño de CA-2216862.”
La munición autopropulsada, que funciona como un cohete, sale suavemente del arma y se propulsa por sí misma con su propio combustible. En contraste, si disparas un arma convencional en ausencia de gravedad, el culatazo que normalmente molesta en el brazo en la Tierra te empujará hacia atrás con mucha más fuerza. Como se menciona en el ejemplo, este retroceso podría ser suficiente para alcanzar la velocidad de escape de un asteroide, significando que no podrías regresar a él debido a su insuficiente atracción gravitatoria… Buen viaje.
4. GRAVEDAD ARTIFICIAL POR ACELERACIÓN LINEAL
Hablemos de cómo se puede generar gravedad artificial de manera realista, sin recurrir a campos gravitatorios artificiales de tecnologías futuristas. En todos los casos, esto se logra a través de la aceleración. Comencemos con el ejemplo más sencillo: la aceleración lineal. Imagina que estás en una nave espacial que acelera, y sientes la presión contra tu asiento, similar a lo que experimentas en un coche de carreras o en un avión durante el despegue. ¿Pero qué ocurre si cambiamos la disposición de las habitaciones de la nave, de tal forma que el motor esté “abajo”? Al encender y acelerar el motor, sentiríamos una fuerza que nos empuja hacia el suelo, creando una sensación muy similar a la gravedad terrestre.
Aunque parezca que algo nos empuja hacia abajo, en realidad es el suelo de la nave el que acelera hacia nosotros, creando la sensación de ser empujados hacia abajo. De acuerdo con la primera ley de Newton, nuestro cuerpo tiende a mantener su velocidad constante, pero la aceleración de la nave interfiere con esta tendencia. Por lo tanto, si sueltas una pelota, parecerá que cae como si estuviera bajo la influencia de la gravedad. La realidad es que la nave acelera hacia la pelota, mientras que ésta intenta conservar su velocidad original, creando la ilusión de que cae hacia el suelo de la nave.
Consideremos un ejemplo más cotidiano: una pelota apoyada en el suelo de un vagón de tren, observada a través de una cámara. Cuando el tren se desplaza a velocidad constante, la pelota parece estar quieta. Si el tren frena, vemos que la pelota comienza a rodar hacia adelante, aparentemente impulsada por una fuerza. En realidad, es la inercia de la pelota, que intenta mantener su velocidad constante mientras el tren disminuye la suya. De manera similar, si el tren acelera, la pelota parece rodar hacia atrás, nuevamente debido a su inercia. Este fenómeno, a menudo descrito como fuerzas de inercia, es simplemente la pelota buscando mantener su velocidad, ya que ella también es respetuosa de la primera ley de Newton.
Así que ya sabes, si alguna vez diseñas tu propia nave espacial, recuerda colocar los motores abajo en lugar de en la parte trasera, para crear gravedad artificial mediante aceleración. Luego deberás preocuparte, por supuesto, por la cantidad de combustible que debas llevar para mantener el estado de aceleración. En El Despertar del Leviatán, la tecnología de propulsión avanzada permite a las naves acelerar de forma casi constante. Por ello, los viajes se dividen en fases iguales de aceleración y desaceleración, asegurando una experiencia de gravedad constante durante el viaje.
5. GRAVEDAD ARTIFICIAL POR ROTACIÓN
Ya hablamos de la aceleración lineal como un método para simular gravedad. Veamos otra técnica: la aceleración por rotación. Ésta se manifiesta en forma de lo que comúnmente se llama fuerza centrífuga. Aunque muchos creen que es una fuerza real, en realidad es un efecto de la inercia, tal como lo describe la primera ley de Newton. Para entender mejor cómo funciona, comencemos con un ejemplo sencillo.
Cuando un lavarropas con tambor giratorio está en funcionamiento, la ropa se aplasta contra las paredes del tambor. Este fenómeno a menudo se atribuye a una fuerza centrífuga, pero en realidad ocurre lo siguiente: si capturamos una foto de nuestros calzoncillos en el tambor, estarían moviéndose en una dirección específica. Debido a la inercia, éstos querrán continuar moviéndose en línea recta a la misma velocidad. Pero la pared del tambor se los impedirá, obligándolos a seguir una trayectoria circular y cambiando su dirección constantemente.
Lo cierto es que la aceleración ocurre no solo cuando aumentamos o disminuimos el valor de la velocidad, sino también cuando cambiamos de dirección. Y cuando algo se mueve más rápido, requiere más esfuerzo hacerlo cambiar de dirección, resultando en una mayor aceleración. Esto se puede experimentar claramente en un carrusel. Si te paras cerca del centro o eje de rotación, la velocidad es baja y es fácil mantenerse estable. Pero al acercarte al borde, sientes una fuerza que parece empujarte hacia afuera. Esto se debe a que en los bordes del carrusel se mueven más rápido y se necesita más fuerza para cambiar la dirección del movimiento.
Llevemos este concepto al espacio. Imagina estar dentro de un lavarropas gigante, que ahora es una estación espacial. Al girar rápidamente, sentirás tus pies aplastados contra sus paredes exteriores, experimentando una sensación parecida a la gravedad debido a la aceleración constante hacia el centro de rotación. Este principio puede aplicarse tanto en estaciones espaciales como en naves de gran tamaño. Sin embargo, hay que considerar que la gravedad que sientes dependerá de la velocidad de rotación y de tu distancia al centro de rotación. Para obtener una gravedad similar a la terrestre, la estación o nave necesitará un radio más grande si rota más lentamente. Aunque en El Despertar del Leviatán muchas veces se las arreglaban con sólo una fracción:
“La gravedad era algo mayor de 0,3 g, y solo la rotación de la estación bastaba para conferir al lugar una sensación opresiva y de peligro. A Miller no le gustaba el embarcadero. Tener el vacío tan cerca debajo de sus pies lo ponía muy nervioso.”
6. EFECTO CORIOLIS EN ESTACIONES ESPACIALES
El efecto Coriolis es un fenómeno fascinante que quizás hayas oído mencionar en contextos variados, incluyendo la cultura popular. Por ejemplo, en un episodio de Los Simpsons, el efecto Coriolis es la razón por la que el agua del retrete gira en sentido opuesto en Australia comparado con Estados Unidos. Este efecto es también responsable de la rotación de nubes y tormentas en direcciones opuestas en los hemisferios norte y sur, como se observa desde los satélites. El efecto Coriolis es un fenómeno que puede ser difícil de comprender, pero se basa fundamentalmente en la inercia, similar a los ejemplos anteriores que hemos discutido.
Comencemos con un ejemplo sencillo. Tenemos un disco girando, como el de un tocadiscos, y marcamos dos puntos en él: uno cerca del centro y otro más alejado. El punto más lejano se moverá a mayor velocidad debido a la rotación del disco. Ahora, dibujemos unos escalones que conectan estos dos puntos e imaginemos una persona bajando por ellos. Con cada paso de un escalón a otro, esta persona pasaría de una zona de menor velocidad a una de mayor velocidad. Experimentaría una sensación de desequilibrio, ya que cada escalón inferior se mueve más rápido que el anterior, aunque parezca estar quieto desde su perspectiva.
Esto es lo que causa el efecto Coriolis que a nuestro detective Miller le molestaba tanto en la siguiente cita de El Despertar del Leviatán. Me lo imagino subiendo y bajando escalones o rampas en Ceres, seguro que lo haría tropezar más de una vez.
“Como era el nuevo, le daban los peores trabajos: patrullar niveles tan exteriores que el efecto Coriolis le daba mareos”
Pero este es sólo uno de los efectos que causa Coriolis. Si Miller camina en la dirección en la que gira la base, estará aumentando su velocidad de rotación, por lo que sentirá mayor fuerza hacia el suelo (recordemos que a mayor velocidad, mayor “fuerza centrífuga”). Si por el contrario, camina en sentido opuesto, se sentirá más liviano.
Ahora combina todos estos efectos, que son mayores cuanto más se aleja del centro de rotación de Ceres, y te imaginas lo que debe haber sufrido el pobre hasta acostumbrarse. Hazme llegar un video de tu primer caminata en una estación espacial rotante, así me divierto un poco.
7. CONCLUSIONES
Este artículo ha sido extenso, pero espero que te haya proporcionado una visión clara de lo que puedes esperar en tu aventura por el espacio. Como has visto, la ausencia de gravedad o la vida en estaciones y naves espaciales rotativas presenta sus desafíos y resulta de lo más molesto. Pero no te desanimes, con práctica y paciencia, pronto te acostumbrarás.
Hemos visto que todas las formas de simular la gravedad en el espacio se basan en la inercia, un principio fundamental de la física. Este enfoque realista desde un punto de vista científico, es el utilizado en El Despertar del Leviatán. Otras obras de ciencia ficción pueden explorar métodos más avanzados y especulativos para simular la gravedad, pero por ahora, la inercia es nuestra forma más tangible de comprender y replicar la gravedad en el espacio. Los autores de la saga The Expanse han hecho un trabajo notable para ilustrar los efectos de la inercia en el espacio.
8. TUS REFLEXIONES
Ahora, me gustaría conocer tus pensamientos sobre este tema. ¿Cómo imaginas que sería la vida en un ambiente de gravedad cero o en una nave que simula la gravedad mediante la rotación? ¿Qué ideas te han sorprendido o fascinado más? ¿Te quedaron dudas sobre algún concepto?
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