Esta publicación contiene SPOILERS de Artemisa. Si quieres leer un poco sobre qué trata la novela y mi opinión sobre ella, puedes hacerlo aquí.
“En el espacio veo cosas que no están ahí. Destellos en mis ojos, como hadas luminosas bailando, dan un sutil espectáculo de luz que es fácil de pasar por alto cuando estoy consumido por tareas normales. Pero en los confines oscuros de mi estación de descanso, con los párpados caídos por el sueño inminente, veo a las hadas parpadeantes.”
Donald Pettit, Astronauta de la ISS (2002 y 2011)
Donald Pettit ya sabía que la radiación cósmica atravesando sus ojos era la causa de la visión de estas luces. Mayor sorpresa se llevaron los astronautas del programa Gemini en la década del 60 y el mismo fenómeno fue reportado por Armstrong, Collins y Aldrin al viajar a la luna. Desafortunadamente la radiación en la Luna no se limita a mostrarnos lucecitas de colores al cerrar los ojos.
Tiempo estimado de lectura: 15 min
1. INTRODUCCIÓN
El lugar donde transcurre la novela Artemisa, de Andy Weir, es en la enorme base o ciudad lunar del mismo nombre. Artemisa está formada por enormes esferas enterradas, interconectadas, que desde la superficie se vislumbran como simples domos. Habitada por 2000 personas, hacía años que funcionaba más como ciudad que como base, con variadas atracciones turísticas, aunque, como se revela posteriormente en la historia, esa no es su principal fuente de ingresos.
¿Es esto posible en la realidad? El concepto de una base lunar, aunque no tan avanzada como la ciudad lunar Artemisa de Andy Weir, no pertenece únicamente al ámbito de la ficción. Varias agencias espaciales están ya trabajando activamente en proyectos parecidos. Desde hace casi una década la Agencia Espacial Europea planifica construir una base lunar; para ello, con el proyecto LUNA, está desarrollando un campo de entrenamiento y de pruebas para astronautas y nuevas tecnologías. Por su parte, la NASA ya ha realizado el primer lanzamiento del proyecto Artemis (sic). Mediante el uso de su cohete SLS (Space Launch System) y con apoyo de SpaceX, se esperan numerosas misiones hasta el 2030. Por último, aunque la información es más reservada, China comenzará su propio proyecto en los próximos 5 años. Para ello, más de 100 científicos, investigadores y contratistas espaciales se reunieron en el 2023, para debatir formas de construir infraestructuras en la Luna.
¿Es tan fácil? Por supuesto que no lo es. Son muchos los desafíos que deben superar las distintas agencias para lograr construir y mantener una base permanente en la Luna. Y las dificultades no acaban en el viaje ni el transporte de las herramientas necesarias. El ambiente de la Luna es en extremo hostil para la vida humana y el diseño debe contemplar estas condiciones. A las necesidad básicas para la vida humana, en la Luna se deben enfrentar varios peligros: el impacto de micrometeoritos, el vacío del espacio, temperaturas extremas, el altamente abrasivo regolito lunar (polvo fino de su superficie) y la radiación cósmica y solar, por mencionar algunos.
2. RADIACIÓN
He mencionado varios peligros a los que habrás de enfrentarte, pero la radiación no será en absoluto uno para descartar. Cuando vivas en la Luna, o vayas a construir tu propia casa o base allí, tendrás que entender bien en qué consiste la radiación para poder protegerte de ella y no tener que lidiar con consecuencias, digamos, desagradables.
En términos científicos, “radiación” se refiere a la emisión y propagación de energía, ya sea como ondas o partículas, a través del espacio o un medio material. Aburrido, ¿cierto? Por no decir complicado o demasiado abarcativo. Esto no es en lo que pensamos cuando vemos el cartelito de “Peligro radiactivo”.
¿Por qué asociamos peligro con radiación? La realidad es que ciertos tipos de radiación son peligrosos para los seres humanos, mientras que otros no representan una amenaza. La luz que “emite” una bombilla de luz y se “propaga” a través del aire para llegar a nuestros ojos, es un tipo de radiación electromagnética y no ionizante. Las radiaciones ionizantes son aquellas con suficiente energía como para arrancar electrones de los átomos de nuestro cuerpo. Y en muchos casos, afectan a nuestras células de formas mucho más agresivas. Son estas radiaciones ionizantes las que nos tienen que preocupar. Al tener mayor energía, pueden penetrar más y alterar más la materia, incluidos nuestros órganos, nuestras células, nuestro ADN.
Existen dos tipos de radiaciones a tener en cuenta: la electromagnética y la de partículas. Entre las radiaciones electromagnéticas tenemos ondas como las de radio, las microondas, los rayos infrarrojos, la luz visible, la ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma. Todas estas ondas son simples movimientos de campo electromagnético, pero que se propagan con energías cada vez mayores. Por el lado de las partículas, esa alta energía que las vuelve peligrosas toma la forma de altas velocidades. Podemos tener electrones o positrones -que se conoce como radiación beta-, neutrones, protones, núcleos de helio -también llamados partículas alfa-, o incluso núcleos más pesados, usualmente encontrados con altas velocidades en la radiación cósmica.
¿Pero cuáles son las más peligrosas? Como vieron, hablé de ondas de radio y de luz visible. Claramente, no todas las radiaciones son igual de peligrosas. Eso tiene que ver, por supuesto, con si son o no ionizantes. Los rayos X y los rayos gamma son ejemplos de radiación electromagnética ionizante. Si te expones a ellas durante demasiado tiempo o si tienen muy alta intensidad, se dice que recibes una alta dosis de radiación, y te verás afectado severamente. En el caso de la radiación de partículas, por tener la mayoría alta velocidad o gran masa (o ambas), son en su mayoría ionizantes. La radiación alfa (núcleos de helio) no debe preocuparte demasiado: es frenada por las primeras capas de la piel. Eso sí, cuidado con ingerir o respirar partículas que la emitan, En el caso de la radiación beta (electrones o positrones) alcanza con algo de ropa común y ligera para protegernos. Son como el balín de una pistola de juguete disparado contra una pared de madera, no la atravesará. El caso de los neutrones y protones, así como de los núcleos pesados a altas energías, es mucho más grave. Nos veremos muy afectados ante una exposición elevada. Ahora, es como si en lugar de una pistola de juguete, tuviésemos un fusil de guerra… pobre pared de madera.
¿Y de cuáles te tienes que cuidar más? Aunque las ionizantes son las más peligrosas, no todas afectan igual a la biología humana. Imagina que los rayos gamma son como agujas: la mayoría nos atraviesan, causando daño limitado. Para comparar, las partículas alfa equivaldrían a balas y pueden causar 20 veces más daño. Ya si miramos los núcleos pesados de alta energía, la cosa se pone más seria, sería como si nos golpeara un meteorito cayendo del cielo. Este daño que se produce a nuestras células y ADN, si es suficiente, aumenta enormemente el riesgo de cáncer. En niveles excesivos, puede comprometer de inmediato la función de varios órganos.
¿Cuándo es poco y cuándo mucho? La dosis de radiación general, sin importar el tipo, se mide en Sieverts (Sv) y nos ayuda a entender su impacto biológico. Para ponerlo en perspectiva, una persona promedio recibe en la Tierra alrededor de 0,0036 Sv al año, mientras que un trabajador nuclear puede recibir hasta 0,05 Sv antes de necesitar un descanso. La NASA limita a sus astronautas a 0,5 Sv por año, con un máximo de 4 Sv durante toda su carrera. En eventos como el accidente de Fukushima, los técnicos estuvieron expuestos a 0,4 Sv por hora, y en Chernobyl, la dosis total estimada fue de 80,000 Sv, aunque algunas personas recibieron mucho más.
En la Tierra “convivimos” con varias de estas radiaciones peligrosas. Ok, tal vez convivir sea un término exagerado, ya que en algunos casos no sobrevivimos siquiera. Pero hemos aprendido a controlar algunas, por ejemplo dándoles uso en la medicina. ¿Quién no se hizo una radiografía exponiéndose a rayos X? Pero como ya repetí varias veces, es vital el nivel de exposición para saltar de una mera fotografía de nuestros huesos a un cáncer terminal. Radiación gamma, beta, de protones, de iones de carbono, así como materiales radiactivos llamados radiofármacos, son utilizados en la medicina tanto para diagnósticos como para tratamientos.
La bomba atómica es otra fuente de radiación en la que uno suele pensar. Ésta genera múltiples formas de radiación durante y después de su detonación, lo que lleva a la contaminación radioactiva de toda la zona. Durante la explosión se emiten intensamente rayos X y gamma, y se liberan neutrones. Estos neutrones son capaces de inducir radiactividad en otros materiales. Si a esto le sumamos lo que se produce en la propia explosión, por fisión, terminamos con una gran contaminación de material radioactivo por todos lados. Éstos emiten radiaciones alfa, beta y gamma, y tienen una vida media que puede durar décadas (esto es el tiempo hasta que dejan de ser peligrosos). Incluso sin la presencia de rayos gamma -más energéticos-, recordemos que si ingerimos o respiramos polvo que emite partículas alfa o beta estamos en el horno, casi literalmente, ya que “nos cocinaremos por dentro”.
3. RADIACIÓN EN LA LUNA
Al igual que en todo el espacio, la Luna está bajo constante bombardeo de radiación proveniente de las estrellas y otros fenómenos cósmicos. Sin embargo, este no es el único origen de la radiación que afecta a nuestro satélite natural. Será mejor que sepas qué esperar antes de empezar a amueblar tu base recién construída.
¿Cuál es el origen de la radiación en la Luna? Fundamentalmente, proviene de tres fuentes. Primero, el Sol, que por estar tan cerca, nos bombardea de forma distinta a otras estrellas. Luego, está el conjunto de estrellas y otros fenómenos cósmicos como agujeros negros, explosiones de supernovas, etc., que forman parte de nuestra galaxia. Son el origen de lo que llamamos radiación galáctica o cósmica. Y por último está la radiación secundaria, proveniente de la propia Luna. Ésta sale de materiales radiactivos de nuestro satélite o se genera durante la interacción del material lunar con la radiación cósmica.
La radiación solar está compuesta principalmente por luz visible, infrarroja, ultravioleta, protones, partículas alfa y beta. Había dicho que la luz visible, infrarroja y ultravioleta no resultaban tan peligrosas por ser no ionizantes. Pero la intensidad con la que llegan a la Luna es muchísimo mayor que la que nos alcanza en la Tierra, luego de ser atenuadas por la atmósfera. La luz visible puede cegarte, la infrarroja contribuye a levantar la temperatura de la superficie lunar -y lo que haya sobre ella- por encima de los 120 ºC, la ultravioleta puede producirte graves quemaduras en la piel y ojos, así como también degradar materiales como plásticos, pinturas y otros sintéticos. Así que déjate la loción para el sol en casa, deberás protegerte con algo más robusto.
¿Y cuando hay alta actividad solar? La mayoría hemos oído sobre períodos de alta actividad solar o sobre llamaradas solares. Aunque haya distintos tipos de actividad, lo cierto es que durante estos períodos aumenta severamente la intensidad de la radiación emitida y se añade un elevado componente de rayos X y gamma. Cuando suene la alarma corre, no querrás encontrarte dando un paseo en tu traje espacial cuando se acerquen estas radiaciones.
La radiación galáctica, aquella proveniente de elementos cósmicos de nuestra galaxia, viene en muchos colores y sabores. Me centraré en aquellos tipos que son relevantes por sus efectos nocivos sobre la salud humana y los componentes tecnológicos. Los principales son los rayos gamma, protones, neutrones y núcleos pesados de alta energía (HZE por sus siglas en inglés). Sobre otros ya hablé, pero la presencia de los núcleos pesados se da sólo en la radiación cósmica. Éstos incluyen elementos como el carbono o el hierro y resultan mucho más peligrosos que núcleos como los del helio (radiación alfa), debido a su mayor masa y altísima velocidad. No es lo mismo que te golpee una pelota de tenis a 100 kilómetros por hora (que igual dolerá) a que lo haga un camión con acoplado (dolerá un poquito más). Las tres son formas de radiación ionizante y ya discutiremos en la próxima sección de qué manera puedes intentar protegerte de cada una.
La radiación secundaria surge de dos maneras principales. Primero, los neutrones de la radiación cósmica pueden activar materiales, haciéndolos radiactivos y llevando a la emisión de partículas alfa, beta y rayos gamma. Pero también se puede generar radiación en el momento de la interacción. Al chocar con el regolito lunar, la radiación cósmica puede generar neutrones, protones, alfa o gamma. Así que cuando estés pisando la Luna, explorando el terreno fuera de la base, no sólo te estarán bombardeando desde arriba, sino también desde el suelo.
¿Por qué no experimentamos esto en la Tierra? Si estas radiaciones llegan a la Luna, también llegan a nuestro planeta. Pero tenemos dos principales ventajas: la magnetósfera y la atmósfera. El campo magnético que rodea al planeta es generado por el movimiento del hierro y otros metales en el núcleo externo líquido de la Tierra. Este campo la protege de partículas cargadas como protones y electrones, así como de núcleos pesados de alta energía de origen cósmico. En el caso de partículas no cargadas como los neutrones, o de radiación electromagnética como la infrarroja, ultravioleta, los rayos X y gamma, es la atmósfera la principal encargada de interactuar, atenuando su llegada en forma letal a la superficie terrestre. A causa de esto no debemos preocuparnos por construir protecciones contra la radiación estelar en nuestro hogar. En la Luna, las cosas no serán tan sencillas como construir una cabaña de madera para protegerte del frío y la lluvia. Quedas avisado.
4. PROTECCIÓN EN LAS BASES LUNARES
Después de tanta explicación, te estarás preguntando con qué tendrás que construir tu casa o base para que aguante todo eso. Lo cierto es que no resulta sencillo protegernos contra todas estas radiaciones que intentan matarnos. Pero vamos a analizarlo paso a paso.
¿Cómo te protegerás? Como habrás notado si leíste hasta aquí, existen múltiples tipos de radiación. Necesitaremos un tipo de barrera distinto para frenar o, al menos, atenuar cada una lo suficiente para que no resulte peligrosa. Por suerte, hay soluciones que nos servirán para más de una, lo que nos permite agruparlas para una discusión más eficiente.
Las radiaciones visible, infrarroja y ultravioleta son todas electromagnéticas de baja energía y no ionizantes, y por ello menos peligrosas. Se encuentran entre las más simples de controlar. Cualquier pared opaca con un mínimo grosor alcanzará para protegerte. En el caso de necesitar ver el exterior, a través de un casco o de ventanas, alcanzará con que uses materiales atenuadores. Usualmente consisten en vidrios o plásticos con revestimientos delgados de óxidos metálicos, oro, aluminio o polímeros varios. Se los puede combinar para que sirvan como recubrimientos anti-ultravioletas, reflectantes de infrarrojos y a la vez absorbentes o reflejantes de gran parte de la luz visible. Puedes buscarlos de oferta durante la época navideña.
Para las radiaciones alfa y beta te alcanza con una ligera protección. Recuerda que las partículas alfa -núcleos de helio- son frenadas por la piel. En el caso de las beta -electrones o positrones- basta con una ligera capa de ropa. Cualquier protección que frene otras radiaciones, te servirá también para éstas. Sí recuerda no andar tocando sin protección compuestos radiactivos de la luna, nada de respirar o tragar polvo lunar… de hecho, no se te ocurra respirar si hay regolito -polvo lunar- en el ambiente. Es extremadamente abrasivo, ya que las partículas no se ven sometidas a desgaste por fricción debido a vientos o agua, y puede dañar gravemente tus pulmones (sí, hasta el polvo es peligroso en la Luna, ¿no querías una aventura?).
Protones, neutrones y núcleos pesados de alta energía pueden ser frenados con una capa de material denso o bien con una gruesa capa de materiales comunes en la Luna, como el propio regolito del suelo. Construye paredes gruesas con este material (comprimiéndolo en forma de ladrillos, por ejemplo) y asunto resuelto. Te dejo a ti hacer las cuentas para calcular el grosor necesario. Tanto los proyectos que existen en la vida real, como la ciudad Artemisa de Andy Weir parecen coincidir con esta solución. Te será más complicado fabricar ventanas para tu casa o base. Para frenar estas partículas, sería necesario que fueran extremadamente gruesas. Además deberían contener elementos pesados como bismuto, tungsteno o plomo. Adicionalmente podría ser necesario que hagas recubrimientos delgados de las ventanas con estos materiales, suficientemente finos como para poder ver a través, por supuesto. Al chocar contra éstos elementos pesados, las partículas se irán frenando y perdiendo energía. Mejor las ventanas que tu cuerpo, ¿cierto? Aunque tal vez debas realizarles algún mantenimiento cada tanto.
La radiación electromagnética gamma es la más complicada de frenar. La forma más efectiva sería que construyas tu base con paredes de material muy denso, como plomo, bismuto o tungsteno. Pero ya te quiero ver costeando el transporte desde la Tierra; en la Luna no se sabe que haya materiales con densidad suficiente. Y si resulta que eres el próximo ganador de la lotería, igual te recomendaría hacer como en la estación espacial internacional: construye sólo algún módulo o sección con mayor blindaje. Yo pondría mi cama ahí, pero de cualquier forma, gran parte del tiempo no necesitarás tanta protección, recuerda que los rayos gamma son como agujas que pasan sin alterar en gran medida nuestro cuerpo. De todas formas, este módulo te vendrá bien para momentos de alta intensidad o de gran actividad solar.
¿Y cuando sales de la base? Si estás en la Luna, sin duda habrá momentos en los que quieras realizar EVAs (actividad extravehicular). Puede ser para observar el paisaje, visitar una cueva misteriosa o simplemente para tareas de mantenimiento de tu base. Si bien te rodearás de radiaciones nocivas, ya mencioné antes que el tiempo de exposición, la dosis recibida, es clave. Según la intensidad en ese momento, puedes resistir durante un tiempo, sin efectos permanentes. En los viajes Apolo a la luna los astronautas sobrevivieron sin contar con tantas protecciones. Sin embargo, es importante que tengas en cuenta la actividad solar -siempre revisa el servicio meteorológico lunar-. También controla constantemente la radiación que vayas recibiendo; no querrás sufrir la sorpresa de encontrar quemaduras indeseadas en tus zonas íntimas.
5. NUEVAS TECNOLOGÍAS
Nuevas tecnologías en materiales prometen avances significativos en la protección contra la radiación espacial. Con una variedad de radiaciones a considerar, las soluciones investigadas son diversas. El foco está en el escudamiento contra protones, neutrones y núcleos pesados, los más dañinos para la salud. Por ejemplo, se están desarrollando materiales ricos en hidrógeno, como polietilenos especiales con nanoplaquetas de óxido de grafeno. El hidrógeno, debido a su masa similar, es particularmente eficaz para frenar protones y neutrones. También se exploran materiales como nanotubos hidrogenados de nitruro de boro. Estas investigaciones por sí mismas podrían ser temas de artículos completos (ya me quiero ver intentado explicarte de forma sencilla qué es y cómo funciona un nanotubo hidrogenado de nitruro de boro… luego de que yo lo comprenda). En cuanto a los núcleos pesados de alta energía, la solución es más directa: se requieren elementos pesados. Las investigaciones se centran en aleaciones o materiales dopados con estos elementos, buscando equilibrar protección y otras propiedades útiles. Así que ya sabes, si no tienes deudas por las que debas huir pronto a un sitio remoto como la Luna, tal vez cuentes con alguna nueva tecnología cuando te mudes.
Los campos de fuerza no son solo una fantasía de la ciencia ficción. Al igual que la magnetósfera terrestre, un campo electromagnético localizado podría teóricamente ofrecer una protección similar. Sin embargo, la generación de estos campos requiere una cantidad de energía totalmente inalcanzable con nuestras tecnologías actuales, así que tal vez sí contiene un gramo de fantasía. Yo no empezaría a ahorrar para un generador de éstos.
6. PROTECCIONES CONTRA LA RADIACIÓN EN LA LUNA EN ARTEMISA
¿Qué hizo bien? Como nos tiene acostumbrados, se ve que Andy Weir estudió el tema o contó con suficiente asesoría técnica a la hora de escribir su libro. Las paredes de un metro de regolito de Artemisa demuestran que tuvo en cuenta la necesidad de aislar la base lunar, al menos de ciertas formas de radiación. No hay otra razón para utilizar un metro del material, ni para mantener la estructura ante la diferencia de presión externa e interna, ni como aislante térmico.
¿Qué omitió? Al hablar de los ventanales del Salón Panorámico del Centro de Visitantes, Weir menciona que son de 23 cm de espesor para proteger contra la radiación. El personaje Günter menciona además que son de cristal, pero no da más especificaciones. Ventanas de simple cristal no alcanzaría para proteger de todas las radiaciones peligrosas. Sin embargo, podemos considerarlo una simple omisión de detalles técnicos. Cabe suponer que en el mundo del futuro de Artemisa cuentan con suficiente tecnología de materiales, como para tener ventanales que protejan por completo contra la radiación.
¿Dónde falla? El autor describe meticulosamente la composición de las paredes en Artemisa, incluyendo aluminio y regolito comprimido. Sin embargo, estas capas no son suficientes para bloquear rayos gamma. Aunque esta omisión podría reflejar las limitaciones tecnológicas actuales más que un descuido en el diseño, es importante reconocer que la protección efectiva contra rayos gamma sigue siendo un desafío en la vida real, especialmente para estancias permanentes en el espacio, como se plantea en la novela.
7. ¿TÚ QUÉ OPINAS SOBRE LA RADIACIÓN EN LA LUNA?
Sé que es una publicación muy técnica, pero ¿qué opinas? ¿Has leído sobre soluciones alternativas en otros libros de ciencia ficción? ¿Eres un científico experto en radiaciones y la mitad de lo que escribí está mal? ¿Qué opinas sobre la posibilidad de que llegue a existir una base real permanente en la Luna? ¿Sólo quieres pasar a comentar sobre la galleta que estabas comiendo mientras leías aburrido? ¡No hay problema! Todo comentario es bienvenido. ¡Anímate a compartir tus opiniones, preguntas o incluso anécdotas en los comentarios de abajo!
capítulo de un libro
