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El cuerpo humano fue construido para la gravedad. Si se elimina, los huesos se debilitan, los músculos se encogen, los líquidos se desplazan e incluso la visión puede cambiar.
Para los astronautas que pasan meses en órbita, la gravedad cero no sólo es extraña; es uno de los mayores obstáculos para vivir y trabajar en el espacio.
Sin embargo, hay soluciones. Podría ser una cuestión de ejercicio o, en el futuro, la solución podría ser crear gravedad synthetic haciendo girar una nave espacial.
Obtenga más información sobre cómo lidiar con la gravedad cero en este episodio de Every little thing In every single place Day by day.
Permítanme comenzar señalando que, si bien “gravedad cero” es el término común para la condición que experimentan los astronautas en órbita, es técnicamente incorrecto. Un término mejor es microgravedad o ingravidez.
La gravedad no está ausente en la órbita. De hecho, los astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional todavía se ven fuertemente afectados por la gravedad de la Tierra. A la altitud de la Estación Espacial Internacional, aproximadamente a 400 kilómetros sobre la Tierra, la gravedad sigue siendo alrededor del 90% de la fuerza que tiene en la superficie. Si la gravedad desapareciera, la estación volaría en línea recta hacia el espacio.
Lo que realmente está sucediendo es que la nave espacial y todo lo que contiene está cayendo alrededor de la Tierra al mismo tiempo.
Una órbita es básicamente una caída continua. Imagínese lanzar una pelota horizontalmente. Cae al suelo. Lánzalo más rápido y aterrizará más lejos. Lánzalo lo suficientemente rápido y, a medida que cae, la curva de la Tierra desciende debajo de él al mismo ritmo. El objeto sigue cayendo, pero nunca toca el suelo.
Eso es lo que significa orbitar algo.
Lo que experimentan los astronautas es lo mismo que tú experimentarías si hicieras paracaidismo.
Así que “gravedad cero” es un nombre inapropiado porque la gravedad todavía está muy presente. Lo que falta no es la gravedad en sí, sino la sensación de peso.
Según todos los indicios, la ingravidez es divertida, al menos al principio. Aparte de unos segundos de puenting, no puedo afirmar haberlo experimentado.
Sin embargo, cuanto más tiempo permanezca en un entorno de ingravidez, más problemas pueden surgir. El primer problema que experimentan muchos astronautas es el mareo espacial.
El mareo espacial son las náuseas, los mareos, el dolor de cabeza y la desorientación que muchos astronautas sienten durante sus primeras horas o días en microgravedad.
Sucede porque el cerebro recibe señales contradictorias. En la Tierra, el sistema vestibular del oído interno utiliza la gravedad para ayudar a determinar el equilibrio y la dirección.
En órbita, esa señal de gravedad desaparece, mientras que los ojos todavía informan movimiento y orientación. El cerebro tiene que recalibrarse para un mundo sin un verdadero “arriba” o “abajo”.
Los síntomas pueden incluir náuseas, vómitos, sudoración fría, pérdida de apetito, fatiga y dificultad para concentrarse. Es related al mareo por movimiento, pero es causado por la ingravidez y no por un automóvil, barco o avión. La mayoría de los astronautas se adaptan en unos pocos días, aunque pueden experimentar un problema de reajuste related cuando regresan a la gravedad de la Tierra.
La ingravidez a largo plazo tiene problemas más allá de las náuseas. Es un problema biológico grave porque el cuerpo humano está construido alrededor de una carga mecánica constante.
La gravedad les cube a los huesos, músculos, vasos sanguíneos, órganos del equilibrio e incluso a la distribución de líquidos cómo comportarse. Quítelo durante meses o años y el cuerpo se adapta de maneras que son útiles en órbita pero peligrosas al regresar a la Tierra.
En condiciones de ingravidez, el cuerpo ya no tiene que sostenerse a sí mismo. Las piernas, las caderas y la columna dejan de realizar gran parte de su trabajo regular. Los huesos ya no reciben las mismas señales de estrés que les indican que mantengan la densidad.
Los líquidos ya no se depositan en la parte inferior del cuerpo, por lo que la sangre y el líquido cefalorraquídeo se desplazan hacia la cabeza. El sistema cardiovascular, el sistema vestibular, los ojos, el sistema inmunológico y los riñones responden a este nuevo entorno.
La NASA resume los principales efectos como pérdida de masa muscular, pérdida de masa ósea, desplazamiento ascendente de líquido, problemas de visión, mayor riesgo de cálculos renales y falta de condición cardiovascular.
En microgravedad, los astronautas pueden perder densidad ósea, y el resumen de riesgos de la NASA para 2025 estima una tasa de pérdida típica de alrededor del 1% al 1,5% por mes durante misiones de cuatro a seis meses si no se contrarresta adecuadamente.
El astronauta Scott Kelly pasó 340 días a bordo de la ISS en 2015-2016. Después de regresar, informó dolor en la piel, erupciones cutáneas, síntomas similares a los de la gripe, piernas hinchadas, problemas de equilibrio y otras dificultades para reajustarse a la gravedad de la Tierra.
Tiene un hermano gemelo y la NASA hizo un estudio sobre él y su gemelo para comparar lo que les sucedió después de su vuelo. Encontraron cambios que involucran la expresión genética, la respuesta inmune, el metabolismo óseo, la masa corporal y la función cardiovascular, aunque muchos regresaron a los valores iniciales después de regresar a casa.
Lo principal que se utiliza para compensar estos problemas es el ejercicio.
Los astronautas de la ISS suelen utilizar una cinta de correr con arneses, una bicicleta estática y un dispositivo de ejercicio de resistencia que imita el levantamiento de pesas. Esto ayuda mucho. Las tripulaciones modernas regresan en mucho mejores condiciones que las primeras tripulaciones de larga duración. La dieta, la vitamina D, los medicamentos, el management de la hidratación y las imágenes médicas también ayudan.
Sin embargo, el ejercicio es un sustituto imperfecto. Lleva tiempo, requiere equipos voluminosos, tensiona las articulaciones de manera antinatural y no reproduce los efectos continuos de la gravedad en todo el cuerpo. Tampoco hace nada para resolver el cambio de líquido a la cabeza.
La solución definitiva sería intentar replicar la gravedad.
En muchas películas y programas de televisión de ciencia ficción, la gravedad synthetic se utiliza como recurso argumental porque filmar la ingravidez sería desafiante y costoso. Muchas veces ni siquiera se explica y la gente camina sobre las cubiertas de las naves espaciales como si estuvieran en la superficie de un planeta.
En realidad, la única solución a la gravedad synthetic es la rotación. No se conoce ninguna máquina práctica que pueda generar gravedad como un planeta. Pero una estructura giratoria puede crear una fuerza aparente hacia afuera. Párese dentro del borde de una estación de spinning y el suelo empujará sus pies. Para ti, eso se parece mucho al peso.
La ecuación básica para crear gravedad synthetic es velocidad angular al cuadrado × radio.
Eso significa que una estación puede obtener una gravedad related a la de la Tierra girando rápido, siendo muy grande o mediante una combinación de ambas.
Ha habido algunas películas que han representado este tipo de estaciones espaciales. Había una estación espacial giratoria en la película 2001: Odisea en el espacio y en la serie Para toda la humanidad.
Por lo common, se representan como grandes ruedas giratorias con radios y un cubo de acoplamiento central.
Sin embargo, hay un problema con esto. Una estación giratoria no es exactamente lo mismo que estar parada en la Tierra. Cuando mueves la cabeza, arrojas un objeto, viertes agua, subes una escalera o caminas hacia el centro, experimentas efectos Coriolis.
Estos hacen que los objetos en movimiento parezcan curvarse desde la perspectiva de las personas dentro de la estación.
Con tasas de rotación bajas, esto es manejable. A altas velocidades de rotación, puede resultar nauseabundo.
La regla common que se cita a menudo en el diseño de gravedad synthetic es que alrededor de 1 a 2 revoluciones por minuto serían cómodas para casi todos, mientras que de 3 a 4 rpm pueden ser tolerables después de la adaptación, y velocidades más altas se vuelven cada vez más desagradables.
El límite exacto es objeto de debate porque, en realidad, nunca hemos construido una estación espacial de este tipo. Pero cuanto más bajas sean las revoluciones, más grande debe ser la estación.
Para poder soportar una gravedad related a la de la Tierra a sólo 1 rpm, se necesitaría una estación espacial giratoria con un radio de unos 895 metros o un poco más de media milla. Ese es el radio. Duplícalo para el diámetro.
A 2 rpm, lo que también es razonable, se necesitaría un radio de sólo 224 metros. A 4 rpm, lo que podría requerir algún ajuste, necesitaría un radio de unos 56 metros.
Por supuesto, puede que no sea necesario experimentar toda la gravedad de la Tierra. Si quisiera simular la gravedad de la luna a 1 rpm, necesitaría una estación con un radio de 148 metros (485 pies).
Si está dispuesto a girar a 4 rpm, necesitará un radio razonable de 9,2 metros o unos 30 pies.
En realidad, esto no es una cuestión de física. Es más una cuestión de ingeniería y de cómo se podría construir algo así en órbita. El primero sería extremadamente difícil de construir y muy probablemente muy costoso.
Actualmente, una estación espacial giratoria es posible, pero difícil, y podría ser más believable si podemos reducir aún más el costo del transporte de carga a la órbita.
Eso no ha impedido que la gente piense aún más en grande. Ha habido propuestas para algunas estaciones espaciales verdaderamente enormes que utilizan el movimiento de rotación para crear gravedad synthetic.
El toro de Stanford es una versión más ambiciosa de la rueda: un gran hábitat en forma de rosquilla, generalmente imaginado como una colonia espacial en lugar de una pequeña estación. La gente vive en la superficie inside del toroide, con el “suelo” curvándose en la distancia.
Su principal ventaja es la habitabilidad. Un toroide puede proporcionar un gran paisaje continuo, vecindarios, agricultura y un entorno más parecido a la Tierra. Su gran radio permite una rotación más lenta.
Un toro de Stanford comenzaría aproximadamente a 1 rpm y bajaría desde allí si fuera aún más grande.
Sin embargo, un toro de Stanford simplemente tendría personas viviendo en el borde de una rueda. Algo que ampliaría radicalmente la cantidad de espacio important que la gente podría tener es un cilindro O’Neill.
Un cilindro O’Neill, como su nombre indica, es un cilindro giratorio gigantesco con todo su inside disponible para su uso. El físico de Princeton Gerard Ok. O’Neill propuso enormes cilindros contrarrotativos, en cuya superficie inside vivían personas. Un cilindro podría proporcionar una gran superficie liveable. El concepto clásico presenta franjas alternas de terreno y ventanas, con espejos que reflejan la luz del sol hacia el inside.
La gran ventaja es la escala. En teoría, un cilindro puede sustentar ciudades, tierras de cultivo e industrias. También tiene una mejor geometría de uso del suelo que una rueda porque su superficie inside puede ser muy grande.
Los cilindros de O’Neill se han mostrado en la película Interstellar y en el programa de televisión The Expanse. Un cilindro alienígena de O’Neill también juega un papel central en el libro de Arthur C. Clarke. Encuentro con Rama. Se supone que se está preparando una película que será dirigida por Denis Villeneuve, pero la producción aún no ha comenzado.
La longitud teórica de un cilindro O’Neill podría ser de kilómetros, aunque hoy en día no tenemos thought de cómo construir algo así.
Sin embargo, esta thought teórica se ha llevado a un nivel aún más alto. Una esfera Dyson es una megaestructura propuesta que rodearía una estrella y capturaría parte o la totalidad de su producción de energía.
La imagen widespread ordinary es la de una capa sólida alrededor de una estrella, pero el físico Freeman Dyson no propuso originalmente una esfera rígida. Su thought más believable period la de un vasto enjambre de colectores solares, hábitats o satélites en órbita alrededor de una estrella.
La mejor representación ficticia de la thought de Dyson se encuentra en la novela de Larry Niven de 1970. Mundo Anillo. Se trata de un enorme anillo synthetic construido alrededor de una estrella, cuya superficie inside sirve como tierra liveable.
A diferencia de una estación espacial giratoria, no es una pequeña rueda en órbita. Se parece más a una porción de una esfera de Dyson: una banda de millones de kilómetros de diámetro que rodea por completo una estrella situada aproximadamente en la órbita de la Tierra. El anillo gira para crear gravedad synthetic mediante fuerza centrífuga, mientras que la estrella proporciona luz y calor.
Incluso con un anillo tan gigantesco, sería necesario rotarlo una vez cada nueve días y medio. Tendría que moverse más de 38 veces más rápido que la velocidad orbital de la Tierra alrededor del Sol para producir la misma gravedad.
Todavía tenemos que construir un único sistema de gravedad synthetic para humanos en el espacio, por lo que todas estas concepts, especialmente aquellas tan lejanas como los Cilindros O’Neil, ni siquiera están en las etapas de planificación.
Pero los problemas de la ingravidez a largo plazo no van a desaparecer. En el corto plazo, la solución probablemente será más ejercicio y esfuerzos adicionales de mitigación, pero eso no resolverá el problema en misiones extremadamente largas.
A largo plazo, las estaciones espaciales giratorias son la solución conceptual más limpia porque atacan la causa basic: la ausencia de gravedad. Quizás, algún día en el futuro, tengamos personas en el espacio que no tendrán que pasar meses flotando.