Más planetas habitables gracias a las nubes en sus atmósferas

Los resultados de un nuevo estudio en el que se ha calculado la influencia del comportamiento de las nubes sobre el clima, duplican la cantidad estimada de planetas potencialmente habitables en órbita a estrellas enanas rojas, el tipo más común de estrella en el universo.

Este hallazgo implica que en nuestra galaxia, la Vía Láctea, unos 60.000 millones de planetas podrían estar orbitando alrededor de estrellas enanas rojas en la zona orbital habitable de las mismas. A estos planetas habría que añadirles los del mismo tipo en el resto de galaxias del universo. La zona orbital habitable es aquella en la que, por su distancia a la estrella, los planetas allí situados gozan en buena parte de su superficie de una temperatura que permite la existencia de agua líquida.

Los autores del nuevo estudio, de la Universidad de Chicago y la Universidad del Noroeste en Evanston, ambas en el estado de Illinois, Estados Unidos, basan sus estimaciones en rigurosas simulaciones por ordenador sobre el comportamiento de las nubes en otros planetas. Teniendo en cuenta el papel de las nubes, a la luz de lo deducido sobre su conducta en las atmósferas de planetas situados a una distancia ni muy grande ni muy pequeña de su estrella, resulta que la zona orbital habitable alrededor de las enanas rojas es mucho más amplia de lo creído hasta ahora, lo cual, en consecuencia, aumenta de manera notable la cantidad de planetas habitables en el universo.

Las enanas rojas son estrellas mucho más pequeñas que el Sol y con una luminosidad también mucho menor que la de éste.

Los datos obtenidos hasta ahora en las observaciones del cosmos efectuadas por el Telescopio Espacial Kepler de la NASA, especializado en buscar planetas similares a la Tierra que orbitan en torno a otras estrellas, sugieren que, en promedio, hay aproximadamente un planeta con un tamaño similar al de la Tierra en la zona orbital habitable de cada enana roja. Nicolas Cowan de la Universidad del Noroeste, y Dorian Abbot y Jun Yang de la de Chicago, aumentan hasta cerca del doble esa estimación.

Hay que tener en cuenta, tal como señala Cowan, que en los planetas de esa clase, las nubes pueden actuar de manera decisiva como una especie de termostato, ayudando a evitar que las temperaturas suban o bajen demasiado.

La fórmula para calcular la zona orbital habitable en torno a las estrellas se ha mantenido casi igual desde hace décadas. Sin embargo, ese enfoque deja de lado en gran medida a las nubes, que ejercen una importante influencia climática.

Un planeta en órbita a una estrella como nuestro Sol tendría que completar una órbita en aproximadamente un año para no estar ni demasiado lejos ni demasiado cerca de su estrella a fin de mantener el agua en su superficie. Si la estrella es una enana roja, de masa y temperatura más bajas que las del Sol, el planeta, para recibir la misma cantidad de luz solar que en la Tierra recibimos del Sol, debe girar a menor distancia en torno a la estrella, hasta el punto de dar una vuelta completa en torno a ella cada mes o cada dos meses.

Los planetas en esa órbita tan cercana a la estrella acaban teniendo su rotación sincronizada con su traslación, por la mayor influencia de la gravedad estelar derivada de su notable cercanía a su sol. Eso significa que el planeta termina girando sobre sí mismo de un modo tal que siempre le muestra la misma cara a su estrella. En tales circunstancias, dicha cara ostenta un eterno día, mientras que en el hemisferio opuesto reina una noche perpetua.

Obviamente, eso implica que el hemisferio diurno del planeta tenderá a estar muy caliente, y el nocturno muy frío. La presencia de una atmósfera puede suavizar esa diferencia de temperaturas, con vientos que transporten aire caliente al hemisferio nocturno, y aire frío al diurno. Pero eso tal vez no sea suficiente, sobre todo en el caso de planetas muy cercanos al borde más interno de su zona orbital habitable, en los que, según cálculos anteriores, se acumularía demasiado calor. Aquí entran en escena las nubes. Los autores del nuevo estudio han calculado, por vez primera, el efecto de las nubes acuosas sobre el borde interno de la zona habitable. Estas simulaciones muestran que si existe suficiente agua líquida en la superficie del planeta, se formarán nubes de agua en su atmósfera. Las simulaciones muestran, además, que el comportamiento de las nubes tiene un efecto de enfriamiento significativo en la porción más interior de la zona habitable, lo que permite a los planetas mantener el agua en su superficie aún estando mucho más próximos a su sol de lo que hasta ahora se consideraba como el límite máximo de cercanía a una estrella enana roja para mantener agua líquida en la superficie de un planeta de tamaño parecido al de la Tierra. Esto aumenta significativamente la cantidad de planetas habitables en nuestra galaxia, y en el universo.

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Robot explorador polar en Groenlandia

Inspeccionar puntos de la capa de hielo de Groenlandia, o de la capa de la Antártida, no es un trabajo fácil para el Ser Humano. En un entorno hostil, con temperaturas muy bajas, la amenaza de ventiscas polares, y un aislamiento capaz de poner en peligro de muerte a la persona que sufra un accidente, parece que los robots son los entes más adecuados para llevar este estilo de vida. La investigación valiéndose de robots polares de superficie es menos costosa que el uso de aeronaves o satélites (las plataformas más usuales), y además permite investigar in situ los lugares que requieran de atención especial.

El robot GROVER, llamado así a partir de las siglas de la definición en inglés Greenland Rover and Goddard Remotely Operated Vehicle for Exploration and Research), es un robot autónomo, que se nutre de energía solar, y que lleva un radar de penetración terrestre para estudiar cómo se acumula con el paso del tiempo la nieve, capa sobre capa, en la gruesa corteza de hielo de Groenlandia.

La primera fase de desarrollo del prototipo de GROVER que ha sido probado recientemente en Groenlandia se realizó en 2010 y 2011, antes de una fase de perfeccionamiento, con ayuda de la NASA, en la Universidad Estatal de Boise en Idaho, Estados Unidos. Un prototipo de GROVER, sin sus paneles solares, fue probado en enero de 2012 en una estación de esquí de Idaho.

El equipo de científicos encargado de probar el robot en Groenlandia ha estado encabezado por la glacióloga Lora Koenig del Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA en Greenbelt, Maryland.
El prototipo de GROVER, con el aspecto de un tanque, alcanza unos 180 centímetros de altura, incluyendo sus paneles solares. Su peso es de alrededor de 370 kilogramos. El robot es energizado exclusivamente por energía solar, por lo que puede funcionar en zonas polares durante los meses con más luz y sin depender de energías que contaminarían el entorno del robot. Los paneles solares están montados en forma de “V” invertida, lo que les permite recoger la luz solar directa y la luz solar reflejada por la capa de hielo.

En la parte trasera del robot va instalado un radar de penetración de tierra alimentado por dos baterías recargables. El radar envía pulsos de ondas de radio a través de la capa de hielo, y mediante el análisis de cómo las ondas rebotan, es posible obtener datos sobre las características principales de los estratos.

Un prototipo de GROVER, menos sus paneles solares, se puso a prueba en enero de 2012 en una estación de esquí en Idaho. El ordenador portátil que aparece a lomos del robot se usó sólo para unas pruebas y no forma parte del prototipo final. (Foto: Gabriel Trisca, Universidad Estatal de Boise)

GROVER circula a una velocidad media de 2 kilómetros por hora (1,2 millas por hora). Debido a que el Sol nunca se pone durante el verano ártico, GROVER puede trabajar en cualquier momento del día o de la noche, y se espera que en misiones sucesivas sea capaz de trabajar más tiempo y recopilar más datos que un ser humano en una motonieve (trineo a motor).

Gabriel Trisca, de la Universidad Estatal de Boise, desarrolló el software de GROVER.

Hans-Peter Marshall, un glaciólogo de la misma universidad, aportó su experiencia en los pequeños radares autónomos, con bajo consumo de energía, que fueron instalados en el robot.

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Nueva técnica para reenfocar una foto ya tomada u obtener otras perspectivas

Una nueva técnica permite la conversión de una cámara convencional en una cámara de campo de luz capaz de tomar imágenes de alta resolución con múltiples perspectivas. Gracias a este nuevo sistema, una cámara relativamente corriente tomará imágenes que luego podrán ser reenfocadas si aparecen borrosas, o permitirá ver la imagen tal como se vería si la cámara hubiera hecho la foto desde otro sitio un poco apartado del original y tenido así una perspectiva visual algo distinta.

Ni para el reenfoque ni para la multiperspectiva se recurre a meros efectos ópticos que apliquen distorsiones inteligentes; el sistema capta información extra cuando se hace la foto y luego puede usarla para reajustar la imagen del modo deseado.

Disponiendo de la información visual necesaria, que algoritmos sofisticados se encargan de extraer del entorno, es factible lograr fotografías más allá de las posibilidades de las cámaras convencionales.

Un ejemplo de estas posibilidades extra es lo que se conoce como cámara de campo de luz, una cámara que puede medir no solamente la intensidad de la luz incidente sino también su ángulo. Esa información puede ser utilizada para producir imágenes 3-D con múltiples perspectivas, o para reenfocar una foto después de haber sido tomada.

Las cámaras de campo de luz existentes, sin embargo, pierden mucha resolución a costa de disponer de esa información extra sobre los ángulos de incidencia: Una cámara con un sensor de 20 megapíxeles, por ejemplo, proporciona una imagen reenfocada de sólo un megapixel.

El trabajo realizado en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos, por el equipo de Gordon Wetzstein, Kshitij Marwah, Ramesh Raskar y Yosuke Bando, se ha orientado a desarrollar un nuevo y más eficaz sistema, al cual han bautizado como Focii.

Focii puede producir una imagen completa de 20 megapixeles 3-D con multiperspectiva a partir de una única exposición con un sensor de 20 megapixeles.

Debido a que una cámara de campo de luz captura información no sólo sobre la intensidad de los rayos de luz sino también sobre su ángulo de llegada, la imagen que produce puede ser reenfocada más tarde.

Mientras que una cámara comercial de campo de luz es una cámara diseñada especialmente para esa función, y su coste no suele bajar de los 400 dólares, Focii consiste simplemente en un pequeño rectángulo de film plástico, impreso con un patrón especial, que puede ser insertado bajo la lente de una cámara réflex digital. El software hace el resto.

Focii captura 25 perspectivas en total. Un sistema convencional de 3-D, como los usados comúnmente para producir películas en 3-D, captura solamente dos perspectivas. Con sistemas multiperspectiva, un cambio en el ángulo de visión revela nuevos detalles de un objeto, tal como ocurre en la vida real.

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Detectan el material del que se formaron estrellas hace unos diez mil millones de años

Desde un observatorio de radioastronomía se ha detectado la materia prima para la formación de las primeras estrellas en galaxias que se formaron cuando el universo tenía sólo 3.000 millones de años, menos de una cuarta parte de su edad actual. Esto abre el camino para el estudio de cómo en aquellas galaxias primitivas se formaron sus primeras estrellas.

Las observaciones se han hecho desde el conjunto de radiotelescopios ATCA, que está ubicado cerca de Narrabri, Nueva Gales del Sur, Australia, y que depende de la CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation).

Este conjunto de radiotelescopios es uno de los pocos del mundo que con la capacidad para hacer trabajos de esta magnitud, ya que es extremadamente sensible y puede recibir las ondas de radio de las longitudes de onda adecuadas.

La materia prima para la fabricación de estrellas es el gas de hidrógeno molecular (H2) frío. No se puede detectar directamente, sino que su presencia se revela por un gas que actúa a modo de marcador, el monóxido de carbono, el cual emite ondas de radio.

El equipo del astrónomo Bjorn Emonts, de la CSIRO, utilizó el conjunto de radiotelescopios ATCA para estudiar un conglomerado lejano y masivo de “cúmulos” de formación estelar o “protogalaxias”. Esta estructura, denominada La Telaraña, se encuentra a más de 10.000 millones de años-luz de distancia, y por tanto desde la Tierra la vemos tal como era hace 10.000 millones de años, cuando emitió la luz que ahora está llegando a nuestra región del universo. Todo apunta a que el estado en el que vemos ahora a los "cúmulos" corresponde al proceso de unificación de todos o muchos de ellos en una sola galaxia masiva.

Emonts y sus colegas comprobaron que La Telaraña contiene al menos 60.000 millones de veces la masa del Sol en hidrógeno molecular, extendido sobre una distancia de casi un cuarto de millón de años-luz. Este debe ser el combustible para la formación estelar que aparece en marcha en muchas zonas de La Telaraña. Emonts calcula que la cantidad de material es suficiente material para mantener la formación de estrellas durante al menos 40 millones de años más a partir de la época divisada ahora en las observaciones.

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Buscando las combinaciones de pequeños fallos que llevan a los grandes apagones eléctricos

En ocasiones en las que la red de suministro eléctrico de una región o país experimenta una demanda mucho mayor de lo normal, como por ejemplo cuando hay una ola de frío o de calor, y la calefacción o el aire acondicionado están en marcha a plena potencia durante muchas horas seguidas, la red eléctrica es exprimida al máximo, y en tales condiciones aumenta el riesgo de una desconexión de seguridad o desperfecto en algún punto de la red, y un apagón masivo derivado de una cascada de desconexiones.

Aunque en la mayoría de los casos, un fallo en una parte de la red eléctrica no hace que caiga la red completa, en algunos, dos o más fallos de poca importancia pero que ocurran de modo simultáneo pueden tener graves repercusiones en toda la red eléctrica o en buena parte de ella, causando grandes apagones en una vasta región. Así ocurrió el 14 de agosto de 2003 en Estados Unidos y Canadá, cuando 50 millones de clientes del noroeste de Estados Unidos y de Ontario se quedaron sin suministro eléctrico. Ese fue el mayor apagón de la historia de América del Norte. Más recientemente, en julio de 2012, la India experimentó el mayor apagón de la historia, cuando 700 millones de personas, casi el 10 por ciento de la población mundial, se quedaron sin electricidad como resultado de dos problemas iniciales de poca importancia, pero que tuvieron un efecto parecido al de la ficha de dominó que al caer hace que se desplomen en secuencia todas las siguientes de una larga fila.

En épocas anteriores, los grandes apagones de este tipo han tenido incluso una aureola de misterio, que ha propiciado leyendas urbanas de todo tipo, incluyendo ataques de alienígenas mediante una tecnología desconocida para la humanidad.

Para ayudar a prevenir que las combinaciones desafortunadas de dos pequeños fallos sean como la bola de nieve que va creciendo de tamaño conforme desciende rodando por una ladera, en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), de Cambridge, Estados Unidos, se ha diseñado un algoritmo que identifica los pares más peligrosos de fallos entre los millones de fallos posibles en una red de suministro eléctrico.

Los creadores del algoritmo lo pusieron a prueba con datos de un modelo de red eléctrica de tamaño medio compuesta por 3.000 componentes (en la cual hay hasta 10 millones de pares potenciales de fallos). En unos 10 minutos, el algoritmo descartó rápidamente el 99 por ciento de los fallos, al juzgar que sus consecuencias serían de escaso riesgo. El 1 por ciento restante representaba pares de fallos que mediante un efecto dominó probablemente provocarían grandes apagones si no se hacía nada para evitar el riesgo de que coincidieran ambos.

Otros sistemas existentes para inspeccionar los pares de fallos más críticos en una red de suministro eléctrico no son lo bastante veloces como para rivalizar con el algoritmo desarrollado por el equipo de Konstantin Turitsyn y Petr Kaplunovich.

El nuevo algoritmo puede ser usado para determinar en tiempo real cuáles son los pares de sucesos más peligrosos en un momento dado.

Este algoritmo, si se le pone en práctica de forma masiva, podría ser usado para anticipar sucesos como el apagón de 2003, y ofrecer una vía potencial de prevención.

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Paneles solares ultradelgados, una vía prometedora para la implantación masiva de la energía solar

La mayoría de los esfuerzos para mejorar las células solares se han concentrado en incrementar la eficiencia de su conversión de energía, o en disminuir los costos de producción de paneles más o menos convencionales. Pero ahora se está materializando una prometedora vía alternativa para mejorar la generación de electricidad a partir de luz solar: La de producir paneles solares asombrosamente delgados y livianos.

Tales paneles solares que, en términos de energía producida por kilogramo de material, tienen el potencial de superar a cualquier sustancia de uso actual en el sector energético excepto el combustible nuclear de las centrales atómicas, podrían ser fabricados a partir de láminas apiladas, cada una del grosor de una molécula, hechas de sustancias como el grafeno o el disulfuro de molibdeno.

Aunque los científicos han dedicado una atención considerable en años recientes al potencial de los materiales en forma de láminas del grosor de un átomo, como por ejemplo el grafeno, ha habido poca labor de investigación sobre su potencial para aplicaciones de energía solar. Y, según los últimos resultados en la línea de investigación seguida por el equipo de Jeffrey Grossman del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos, el potencial de tales materiales es extraordinario.

El equipo de Grossman, Marco Bernardi del MIT y Maurizia Palummo de la Universidad de Roma en  Italia, ha llegado a la conclusión de que usando dos capas de tales materiales, del grosor de un átomo, sería posible obtener células solares de entre un 1 y un 2 por ciento de eficiencia en la conversión de luz solar a electricidad. Ciertamente, eso es poco comparado con el porcentaje de entre un 15 y un 20 por ciento de eficiencia del que gozan las células solares estándar de silicio, pero ese porcentaje de entre un 1 y un 2 por ciento se consigue utilizando un material que es miles de veces más fino y liviano que el papel. La célula solar así diseñada cuenta con dos capas  y mide solamente 1 nanómetro de espesor, mientras que las células solares típicas de silicio pueden ser cientos o miles de veces más gruesas. Apilando de modo idóneo varias de esas capas bidimensionales podría además potenciar significativamente la eficiencia.

El equipo del MIT ha determinado que se podría confeccionar una célula solar eficiente a partir de una pila de dos láminas de materiales distintos, cada una del grosor de una molécula: grafeno, mostrado en azul en la parte inferior de la imagen, y disulfuro de molibdeno, mostrado arriba, con los átomos de molibdeno representados en rojo y los de azufre en amarillo. (Imagen: Jeffrey Grossman y Marco Bernardi)

Para aplicaciones donde el peso es un factor crucial (como en una nave espacial, en aviación o para usos en áreas remotas de países en vías de desarrollo donde los costos de transporte son difíciles de afrontar) estas células solares livianas podrían ser de gran utilidad.

A igual peso, las nuevas células solares producen hasta mil veces más electricidad que las fotovoltaicas convencionales. El espesor de alrededor de un nanómetro es de 20 a 50 veces más fino que la célula solar más delgada que puede ser fabricada hoy día.

Esta liviandad no es ventajosa solamente en términos de facilidad de transporte, sino también porque hace mucho más fácil el trabajo de montar paneles solares. Hay que tener en cuenta que cerca de la mitad del costo de los paneles actuales corresponde a estructuras de soporte, instalación, cableado y sistemas de control, constituyendo todo ello un conjunto de gastos que se podría reducir bastante a través del uso de estructuras más livianas.

Además, el material del nuevo tipo de célula solar es en sí mismo mucho menos caro que el silicio altamente purificado que se utiliza para células solares convencionales, y debido a que las láminas son tan delgadas, sólo se requieren cantidades minúsculas de la materia prima.

Una ventaja adicional de estos materiales es su estabilidad a largo plazo, incluso expuestos al aire; otros materiales usados en células solares deben ser protegidos debajo de cubiertas de vidrio caras y pesadas.

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Ensayando en un robot técnicas de búsqueda de vida para el subsuelo marciano

Todo apunta a que si hay vida en el Planeta Rojo, ésta debe hallarse en el subsuelo, el único sitio en el que puede estar lo bastante protegida. Ensayar sistemas que le permitan a un robot taladrar el suelo y extraer muestras subterráneas es un paso previo imprescindible para emprender cualquier expedición robótica que aspire a alcanzar objetivos ambiciosos en la búsqueda de vida marciana.

Zoe, un fascinante robot del que los redactores de NCYT de Amazings ya hablamos en un artículo del 27 de agosto de 2004 (http://www.amazings.com/ciencia/noticias/270804a.html) cuando ese explorador cibernético aún estaba en su infancia, se convirtió poco después en el primer robot que logró cartografiar la presencia de vida microbiana en el desierto de Atacama durante su expedición de 2005 allí. Zoe protagoniza ahora, en 2013, un nuevo y apasionante capítulo en el desarrollo científico y tecnológico de métodos para buscar vida en Marte.

En el marco de una investigación astrobiológica de la NASA, la colaboración entre el Instituto SETI en Mountain View, California, y la Universidad Carnegie Mellon, en Pittsburgh, Pensilvania, de Estados Unidos ambas instituciones, está aunando astrobiología y robótica avanzada hacia ese objetivo de buscar vida en Marte. Entre las operaciones, destacan el envío de Zoe otra vez al Desierto de Atacama, equipado con algunas herramientas especiales para la ocasión, como por ejemplo un taladro, fabricado por Honeybee Robotics, con el que perforar el suelo hasta un metro de profundidad, para extraer muestras y analizarlas mediante instrumentos del robot. Dado que en los suelos del desierto de Atacama los microorganismos son escasos, detectarlos no es mucho más fácil que detectar a los microorganismos marcianos si estos últimos existen.

Para el 2020, la NASA planea enviar a Marte un robot que tenga como misión hacer excavaciones en puntos con máximo interés astrobiológico, como algunos de los terrenos con erosión fluvial que el robot Curiosity está explorando últimamente en el Planeta Rojo. Las pruebas con el robot Zoe sirven para validar tecnologías utilizables para la futura misión a Marte o descubrir qué puntos débiles hay que solventar.

Zoe mide 2,7 metros (9 pies) de largo y 1,8 metros (6 pies) de ancho. Se desplaza sobre 4 ruedas. Un panel solar de alta eficiencia, que mide 3 metros cuadrados, genera electricidad para sus sistemas, mediante células solares de arseniuro de galio. Dado que está alimentado exclusivamente por energía solar, el robot actúa mayormente de día, aunque puede hacer algunos trabajos de procesamiento de muestras científicas durante la noche. Recorrer decenas de kilómetros en el corazón del desierto de Atacama sería un reto muy peligroso para un Ser Humano solo, pero Zoe está preparado para esta clase de aventuras, como lo estarán sus primos que algún día viajen a Marte.

Entre los miembros principales del equipo científico de Zoe figuran David Wettergreen del Instituto de Robótica de la Universidad Carnegie Mellon, la geóloga planetaria Nathalie Cabrol del Centro Carl Sagan dependiente del Instituto SETI, y diversos especialistas de la Universidad Católica del Norte en Chile, las universidades estadounidenses de Tennessee y Washington, y el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA.

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