18 de julio de 2024 18 / 07 / 2024

Vivir en el espacio

Alberto Flandes

Imagen de Vivir en el espacio

Ilustración: revista ¿Cómo ves?

La Agencia Espacial Estadounidense (nasa, por sus siglas en inglés) y empresas espaciales privadas están considerando construir estructuras habitables en órbita alrededor de la Tierra y de la Luna, en la superficie lunar y en Marte. Sin embargo, los estudios de los efectos fisiológicos en astronautas que han pasado desde días hasta meses en el espacio muestran que todavía hay mucho por resolver antes de que tales estructuras puedan habitarse de forma permanente y segura. Dos de los efectos más importantes son las altas dosis de radiación dañina fuera del escudo protector del campo magnético terrestre y las diferentes condiciones de gravedad que prevalecen en esos ambientes.

Vivir en el espacioEl cosmonauta ruso Valeri Poliakov en la estación espacial mir

Microgravedad

Hasta ahora, la idea más precisa que tenemos sobre lo que sería vivir en el espacio y los efectos que tendría en el cuerpo humano proviene de los cerca de 300 astronautas que han permanecido en órbita —por cortas o largas temporadas— en la antigua estación espacial soviética mir y en la actual Estación Espacial Internacional (eei). Se ha puesto especial atención en dos astronautas: el ruso Valeri Poliakov, que estuvo 437 días en órbita entre 1995 y 1996 en la estación mir, y el estadounidense Scott Kelly, que pasó 340 días en la eei entre 2015 y 2016.

La fuerza de gravedad es la atracción que sienten los cuerpos entre sí debido a su masa. Por ejemplo, la masa de la Tierra ejerce una fuerza sobre la masa de los cuerpos que se encuentran en su superficie que los jala hacia el centro del planeta con una aceleración promedio de 9.81 m/s2. A esta aceleración la llamamos 1 g (se pronuncia “un ge”). Aunque esta fuerza se vuelve más pequeña entre más nos alejemos de la Tierra, nunca será igual a cero. Es verdad que la superficie de la Tierra evita que sigamos cayendo hacia su centro, pero nuestros cuerpos deben invertir energía para que huesos y músculos contrarresten el efecto de la gravedad y podamos mantenernos en pie y movernos.

Ya que la gravedad superficial de un cuerpo celeste depende de su masa, un cuerpo más pequeño como la Luna, cuya masa es una centésima parte de la de la Tierra, producirá una aceleración de la gravedad menor. La aceleración de la gravedad en la superficie de la Luna es de un sexto de g. El planeta Marte, que también es más pequeño que la Tierra (su masa es un décimo de la masa terrestre) tiene una aceleración gravitacional superficial de 0.37 g.

Parece paradójico que los astronautas que vemos flotar en aparente ausencia de gravedad dentro y fuera de la Estación Espacial Internacional estén en realidad sometidos a una aceleración apenas 12 % menor (0.88 g) que la que experimentamos en la superficie de la Tierra (la eei orbita a unos 400 kilómetros de altura, que es muy poco comparado con los 12 800 kilómetros del diámetro del planeta). Esta aparente paradoja se debe a que un cuerpo en órbita sigue una trayectoria cuya curvatura es menos pronunciada que la curvatura de la superficie del planeta que orbita, lo que resulta en que el cuerpo no pueda alcanzar la superficie y se mantenga en una caída libre perpetua alrededor del planeta. Sin embargo, para mantener esa órbita estable el cuerpo debe moverse con una rapidez suficientemente grande (que depende de la altura de la órbita) para contrarrestar la fuerza gravitacional. En el caso de la eei, la rapidez es de entre 7 y 8 km/s. Al final esa caída continua y constante hace parecer que todo flota como si no hubiera gravedad. Esta aparente ausencia de gravedad se conoce como microgravedad.

Vivir en el espacioUn objeto lanzado desde cierta altura caerá más lejos mientras mayor sea la velocidad de lanzamiento. Isaac Newton explicó que si la velocidad es suficiente el objeto seguirá cayendo sin llegar al suelo: se habrá convertido en un objeto en órbita alrededor de la Tierra, como la eei.

Efectos de la microgravedad

Antes de la era espacial se creía que en un ambiente de microgravedad sería imposible comer y beber, y que un astronauta podría ahogarse con su propia lengua o saliva. Aunque ningún astronauta ha padecido ninguno de estos problemas muchos sí han experimentado el llamado “síndrome de adaptación al espacio”, un efecto temporal de la ingravidez que consiste en dolor de cabeza, náusea, mareo y vómito que se explica en parte por la discrepancia entre lo que ven los ojos y lo que perciben las células del oído interno, las cuales nos permiten mantener el equilibrio. Si el cerebro no tiene pistas que le indiquen dónde es arriba y dónde es abajo el resultado es ese desagradable mareo espacial.

En un ambiente de microgravedad el cuerpo de los astronautas se relaja de forma extrema, tanto así que su columna vertebral se distiende y la persona crece en estatura, pero al mismo tiempo padece dolor en la espalda baja, porque la columna tiende a perder la curva natural que le ayuda a contrarrestar la gravedad (aunque las fuertes aceleraciones a las que fueron sometidos para alcanzar el espacio también podrían ser un factor). Además, como en microgravedad se requiere mucho menos esfuerzo para moverse, desplazarse o mantener la postura, los músculos y huesos de los astronautas tienden a atrofiarse, especialmente los de la espalda baja. Un astronauta de entre 30 y 50 años que pase seis meses en el espacio puede perder hasta 50 % de masa muscular, equivalente al desgaste natural de una persona de 80 años en la Tierra. Al mismo tiempo, la densidad ósea de los astronautas disminuye (o el calcio de sus huesos se pierde a través de la orina) entre uno y dos por ciento al mes en promedio, una pérdida 12 veces más acelerada que la de un adulto mayor en la Tierra.

Vivir en el espacioLas plantas en las estaciones espaciales proveen de comida fresca a los astronautas y los ayudan a mantener un buen estado de ánimo

El corazón, como los demás músculos, hace menos esfuerzo para bombear sangre y tiende a encogerse (al contrario de lo que sucede con un atleta en la Tierra, cuyo corazón tiende a crecer), como se observó en el caso de Scott Kelly. De acuerdo con un artículo que se publicó en la revista Circulation, al menos uno de los lados (el ventrículo izquierdo) del corazón de Kelly se encogió a la cuarta parte de su tamaño a un ritmo de 1/40 por semana.

También ocurre, aunque se menciona mucho menos, que en un ambiente de microgravedad la sangre y otros fluidos tienden a concentrarse en la parte superior del cuerpo, sobre todo en la cabeza y el cuello. La cara de los astronautas se hincha y la nariz se congestiona como si tuvieran una alergia o un resfriado. La alteración en la circulación de la sangre se extiende también al metabolismo y puede hacer que los astronautas tengan más ganas de orinar o bien que no puedan hacerlo y tengan que usar una sonda o catéter para vaciar la vejiga.

La congestión nasal conlleva una alteración del gusto y del olfato, cosa que podría tener un lado positivo: en la eei o cualquier estación orbital el aseo personal es complicado y deficiente por las limitaciones de agua y las condiciones de ingravidez, pero además la microgravedad altera la digestión y el transporte de gases estomacales e intestinales de los astronautas, lo que aumenta la frecuencia y la intensidad de eructos y flatulencias.

En algunos astronautas el aumento en la presión del cráneo puede dañar los ojos y los nervios ópticos, lo que da lugar al síndrome neuroocular, que puede afectar la vista, en algunos casos de manera permanente.

Vivir en el espacioEl astronauta Scott Kelly pasó 340 días en la eei para conocer los efectos de la microgravedad en el cuerpo

La radiación

En el espacio existen niveles de radiación nocivos para los humanos y otros seres vivos. El Sol emite radiaciones que van desde ondas electromagnéticas de poca energía e inofensivas, como luz visible, ondas de radio y radiación infrarroja, hasta radiación ultravioleta, rayos X y rayos gamma, que tienen mucha energía y son dañinos para el cuerpo de los astronautas. También hay una gran cantidad de partículas (básicamente protones y electrones) que emanan de nuestra estrella a velocidades de cientos o miles de kilómetros por segundo y componen un gas tenue pero muy energético, conocido como viento solar, que engloba la mayoría de los cuerpos que orbitan el Sol.

Por si fuera poco, el Sistema Solar recibe una lluvia continua de núcleos atómicos de origen desconocido que llamamos rayos cósmicos, posiblemente generados en acontecimientos muy violentos, como la explosión o el colapso de una estrella o colisiones estelares.

Cuando estamos en la Tierra, la atmósfera (principalmente la parte por encima de los 80 km de altura) nos protege en gran medida de la radiación electromagnética solar dañina, mientras que la magnetosfera (la estructura formada por el campo magnético terrestre) nos escuda de las partículas del viento solar y, hasta cierto punto, de la radiación cósmica menos energética. Estas condiciones atmosféricas y magnéticas, así como la distancia de la Tierra al Sol, han permitido que prospere la vida. La Luna, en cambio, no posee ni atmósfera ni campo magnético, y Marte posee una atmósfera 100 veces más tenue que la terrestre y un campo magnético débil que no abarca todo el planeta.

Efectos de la radiación

Sólo 24 astronautas han estado expuestos al espacio más allá de la magnetosfera; fue durante los viajes a la Luna del programa Apolo. Las misiones fueron de ocho días (Apolo 11) y 12 días (Apolo 17). Un estudio publicado por la revista Scientific Reports afirma que ha habido más muertes por enfermedades vasculares atribuibles a los efectos de la radiación entre los astronautas de esas misiones que entre los que sólo han estado en órbita alrededor de la Tierra. Este daño al sistema vascular al parecer no se ha observado en los astronautas que han pasado meses en la eei. Sin embargo, los estudios moleculares realizados en paralelo en Scott Kelly y su hermano gemelo Mark (astronauta retirado hoy dedicado a la política, que permaneció en Tierra mientras Scott estaba en la eei) mostraron que el adn de Scott exhibía cierto daño por la exposición a la radiación cósmica.

A la Luna y más allá

Para finales de 2024 está planeada la misión internacional Artemisa 2 de la nasa, un vuelo orbital de prueba en el que cuatro astronautas rodearán la Luna en preparación para la misión Artemisa 3, la cual pondrá humanos nuevamente sobre la superficie lunar. Estas misiones marcarán el inicio de una presencia más constante de hombres y mujeres en el espacio, y quizá de la construcción de estructuras orbitales y lunares permanentes que sienten las bases para un viaje tripulado a Marte en el corto plazo.

Empresas privadas como SpaceX y Boeing también participan activamente en el programa Artemisa, y éstas y muchas otras compañías grandes y pequeñas —como Blue Origin y Astrobotic— impulsan de forma paralela sus propios proyectos espaciales. Tienen objetivos diversos, que van desde promover el turismo espacial y la investigación científica hasta inaugurar la minería espacial, como es el caso de AstroForge, compañía estadounidense fundada en enero de 2022 que está desarrollando técnicas para extraer y procesar minerales de asteroides.

Vivir en el espacioFalcon Heavy, de la compañía SpaceX, uno de los cohetes más potentes

Un plan a mucho más largo plazo, y cuya ejecución podría llevar años (si acaso es viable), es la colonización de Marte que impulsa el billonario Elon Musk con su compañía SpaceX, y en cierta medida también la propia nasa. Musk cree que es posible establecer una ciudad autosustentable en Marte que dependa de la energía solar y de los recursos del planeta, como sus minerales o el oxígeno de su atmósfera, para producir combustible (para cohetes, por ejemplo). Las ideas preliminares sugieren que las ciudades deberían ubicarse cerca de los depósitos de agua subterráneos que muy probablemente existen en ese planeta, y que sería posible cultivar alimentos en granjas hidropónicas.

El plan consiste en usar unas mil naves tipo Starship (una nave de 50 metros de longitud, nueve metros de diámetro y seis motores, aún en etapa de prueba en SpaceX) que serían lanzadas a una órbita relativamente baja a razón de tres al día por medio de potentes cohetes Super Heavy de 21 metros de altura y 33 motores (también en etapa de prueba). Una vez en el espacio, las naves se acoplarían con otros cohetes Super Heavy, previamente puestos en órbita y bien abastecidos de combustible, que las llevarían hasta Marte con más de 100 toneladas de carga cada una. Musk estima que podría llevar unas 100 mil personas a Marte cada 26 meses cuando las posiciones relativas de Marte y la Tierra fueran propicias para un viaje con una duración mínima, es decir, de entre cinco y diez meses.

La viabilidad de estos proyectos depende de que puedan desarrollarse tecnologías eficientes que protejan a los humanos de la radiación y tal vez generen una gravedad artificial, y sobre todo de que podamos adaptarnos a estos ambientes y tal vez incluso reproducirnos con éxito.

Gracias a las estadías de los astronautas fuera de la Tierra sabemos que el cuerpo humano es capaz de adaptarse a algunas condiciones y efectos del espacio, o al menos recuperarse de ellas. En Scott Kelly, por ejemplo, la atrofia en músculos y huesos y los daños al adn se revirtieron tras su regreso a la Tierra, aunque otros efectos, como las alteraciones en el sistema inmunológico y la sensibilidad a ciertas enfermedades, al parecer permanecen.

Pero supongamos que los planes fallaran y al llegar al destino no pudieran establecerse condiciones adecuadas para vivir. En el caso de la Luna o de una estación orbital lunar, por su cercanía, los astronautas podrían regresar a la Tierra con relativa facilidad. Pero en el caso de Marte no está muy claro qué perspectivas reales tendrían los viajeros al amartizar después de una travesía de por lo menos medio año, con huesos descalcificados, músculos atrofiados, corazones débiles y cuerpos alterados por la radiación. Si aun así prosperaran, es incierto qué adaptaciones de largo plazo podrían desarrollar estos futuros marcianos para sobrevivir.

Vivir en el espacioEn 1989 la nasa imaginó un módulo lunar con un gimnasio, un centro de operaciones, un vehículo lunar presurizado, un laboratorio científico superequipado, un módulo de aterrizaje lunar, jardines hidropónicos, una sala de vigilancia, habitaciones para la tripulación, dispositivos para remover el polvo, cámara de descompresión, etcétera.

Alberto Flandes

Alberto Flandes es investigador del Instituto de Geofísica de la unam en el área de Ciencias Espaciales. Se dedica al estudio de temas relacionados con el sistema solar.

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