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La Conquista de Marte

Un capítulo de Marte: la próxima frontera

A continuación, le presentamos un adelanto del libro del científico chileno José Maza, donde explica las dificultades de explorar Marte. Gentileza de Editorial Planeta Chile.

Miércoles 25 de julio de 2018

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LA ATMÓSFERA MARCIANA

Hace 4.000.000.000 de años Marte era un planeta “tibio”. El agua corría por ríos y lagos bajo una buena atmósfera. Algo ocurrió y la atmósfera esencialmente desapareció, el planeta se enfrió y se transformó en el árido desierto que es hoy. La atmósfera fue absorbida por el mismo planeta o se “voló” con el viento solar. La respuesta más probable para el enigma parece ser esta última. Tomó quizás cien millones de años, pero parece ser que el viento solar es el principal culpable.

El viento solar contiene protones que interactúan con las moléculas de la atmósfera marciana y que “roban” electrones, dejándolas cargadas eléctricamente, lo que hace más fácil que el viento solar se las lleve. La pérdida de la atmósfera es literalmente causa de “lo que el viento se llevó”, en este caso, el viento solar. La nave estadounidense Maven, que estudia la atmósfera marciana, ha medido la pérdida del argón-36 y el argón-38, dos isótopos del gas inerte argón (uno con 18 neutrones y el otro con 20; el argón siempre tiene 18 protones). Como los elementos livianos son arrastrados con mayor facilidad en la atmósfera, la concentración relativa de Ar-36 y Ar-38 con la altura da una idea clara del proceso. Se cree que el 66% de la atmósfera se ha perdido en los últimos 4.000.000.000 de años. Ver la situación del CO2 es mucho más importante, pero aun más difícil, pues el CO2 tiene un comportamiento estacional: se congela en el invierno cerca de los polos y se sublima en el verano. También reacciona para formar otras moléculas. Para hacer “terraformación” en Marte sería ideal si todo el CO2 se hubiese congelado o hubiese sido absorbido por el suelo. Desgraciadamente, la mayor parte de anhídrido carbónico se fue de Marte en los últimos 4.000.000.000 de años. Por ello, no es posible hacer terraformación en Marte solamente con los elementos encontrados allá.

En la Tierra se ha detectado que los terremotos contribuyen a la emanación de hidrógeno a la atmósfera. La fricción entre placas libera hidrógeno. Como el hidrógeno puede proveer energía para la vida, se piensa que los terremotos en Marte podrían aportar suficiente hidrógeno para permitir la existencia de microbios; no así el suficiente como para abastecer a los exploradores futuros del planeta. Para asegurar una fuente confiable de hidrógeno, sería mejor recurrir a la electrólisis del agua. Así obtendríamos hidrógeno y oxígeno, dos componentes vitales para las actividades de los colonos. 

Para que exista vida en Marte necesitamos agua y oxígeno. La débil atmósfera contiene un 95% de anhídrido carbónico. El desafío de tener una colonia en Marte autosustentable es formidable. Las soluciones van desde la ingeniería genética a nuestra descendencia para hacerlos más resistentes a altos niveles de radiación, hasta ingeniería a una escala global en el planeta para hacer terraformación con una mayor y mejor atmósfera, un clima más templado y con la posibilidad de tener líquidos (agua líquida) en la superficie. Hoy, en las tardes de verano en el ecuador marciano, la temperatura puede llegar a 20 °C y hasta a 30 °C, pero en la noche la temperatura se desploma hasta los -70 °C. En los polos, en el invierno, la temperatura puede llegar a -120 °C.

Para mejorar las condiciones en Marte, un grupo de la NASA encabezado por Jim Green ha sugerido instalar un escudo magnético que proteja la atmósfera del planeta. Marte perdió su campo magnético y ello llevó lentamente a la destrucción de la atmósfera. El escudo magnético se instalaría en el punto L1 de Lagrange de la órbita de Marte. Un alambre enrollado muchas veces, armando una figura parecida a una dona, por el cual circule una corriente eléctrica, generará un campo magnético que puede ser intenso y de grandes dimensiones, como el dipolo del campo magnético terrestre. Un dipolo en ese lugar podría proteger al planeta entero de los efectos del viento solar. Se cree que ese escudo magnético podría aumentar la temperatura de Marte en unos a 4 °C, y con ello fundir parte del hielo seco de los polos, aumentando el efecto de invernadero y eventualmente fundir el hielo de los polos inundando parte del hemisferio norte con agua líquida. Se estima que esto podría ocurrir en unos cien años más. El dipolo magnético tendría que generar entre 10.000 y 20.000 gauss de campo magnético. Se estima que un séptimo de los antiguos océanos se encuentra como hielo en los polos. El punto L1 de Lagrange es uno de cinco puntos de equilibrio en el giro de una masa con respecto a otra. El punto L1 es el que queda en la línea que conecta a las dos masas y donde la fuerza de ambos se iguala. El punto L1 queda a 160 diámetros de Marte, esto es, a 1.100.000 km de Marte. La corriente eléctrica para generar el dipolo magnético sería suministrada por paneles solares. Como referencia, la Luna está a 380.000 km de la Tierra; el dipolo magnético quedaría tres veces más lejos de Marte que lo que está la Luna, y por grande que fuese, y por grande que fuesen sus paneles solares, sería un punto casi invisible a simple vista desde la superficie del planeta rojo. Con ese dipolo, Marte, el dios de la guerra, combatiría al viento solar y podría recuperar parcialmente su atmósfera. 

Reponer la atmósfera marciana en un siglo sería un enorme triunfo de la ingeniería a escala planetaria. Por otra parte, si Marte perdió su atmósfera a manos del viento solar ¿qué sentido tendría regenerar una nueva atmósfera si igualmente podría perderse otra vez? El tema es la escala de tiempo. Se puede regenerar en un siglo y perderse en 100.000.000 de años. Aunque se pierda a la larga, en el corto plazo funcionaría divinamente. 100.000.000 de años da un plazo ampliamente suficiente para buscar nuevas tecnologías para reponer la atmósfera, en caso de que el escudo magnético no funcione tan bien como se piensa. Si el ser humano aprende a hacer ingeniería global en la atmósfera de Marte, obviamente la podrá hacer en la atmósfera terrestre; aquí el problema es evitar que se siga calentando el planeta, todo lo contrario de lo que pretendemos hacer en Marte.

Volvamos a la máquina Moxie, que generará oxígeno a partir del CO2 de la atmósfera marciana actual. En el proceso se genera CO, monóxido de carbono, gas altamente venenoso para el ser humano. Habrá que tener cuidado de no envenenar la atmósfera marciana tratando de obtener oxígeno. En todo caso, la máquina Moxie generaría pequeñas cantidades de oxígeno, suficiente para que respiren unas pocas personas, no para oxigenar la atmósfera completa. A la larga, el oxígeno planetario en Marte deberían generarlo algas y plantas. La atmósfera marciana, con una presión menor o igual al 1% de la terrestre, equivale a nuestra atmósfera a 100.000 pies de altura (unos 30.000 metros), tres veces la altura a la que vuelan los aviones comerciales. Moxie separará por electrólisis el CO2, muy abundante en la atmósfera marciana, en CO y O2. Si la prueba de Moxie en el 2020 resulta exitosa, se podrá con ella producir oxígeno para que respiren los astronautas; así también el oxígeno líquido utilizado como carburante para el regreso a la Tierra (hidrógeno líquido y oxígeno líquido son los dos principales componentes de los motores de la mayoría de los cohetes). 

Una variante de la máquina Moxie podría ser utilizada en la Tierra para absorber el CO2 que está produciendo el calentamiento global de la Tierra. Algún día, en el futuro, cada país debería limpiar la atmósfera de todo el CO2 que está lanzando a ella por procesos industriales, emisión de vehículos, aviones, etcétera. Así podremos mantener un equilibrio de los gases de efecto invernadero en la Tierra.

Larry Troups y Stephen Hoffman, de NASA, distinguen cuatro zonas distintas para las colonias marcianas:

  • Zona habitada: el corazón de la base. Donde viven los astronautas/colonos, se hace investigación, almacenamiento logístico y unidades para hacer agricultura.
  • Zona de potencia: plantas nucleares o solares deben estar aisladas de la tripulación y del resto de la infraestructura, particularmente si son plantas nucleares.
  • Zona de despegue y aterrizaje: de donde despegan y aterrizan (amartizan) las naves. Eventualmente se pueden fabricar los combustibles para impulsar los cohetes.
  • Zona de aterrizaje de carga: ubicada más cerca del área habitada, estas zonas son áreas de transporte para la carga que está llegando a la colonia.

Diversos robots ayudarán a los astronautas en la exploración y estudio del planeta rojo. Robots-insectos voladores, robots-canguros que se desplacen a saltos, robots-serpientes que se deslicen por el terreno y otras formas ayudarán en a explorar el planeta. Las primeras instalaciones serán muy simples para luego ir aumentando y mejorando a medida que vayan llegando más astronautas o colonos. Las caminatas sobre la superficie no serán nada sencillas, pues deben prepararse en una zona especial, con el traje: presurizarlo y adaptar la respiración para poder trabajar con las condiciones de presión del traje. Además, el regolito marciano tiene percloratos que son tóxicos para las bacterias y los microorganismos; también lo son para los seres humanos, por lo que tendrán que tener especial cuidado con el equipo después de la caminata para no contaminar toda la base/ciudad con percloratos.

Las primeras dos tripulaciones en Marte construirán un laberinto de habitaciones parcialmente sumergidas y conectadas por áreas de almacenamiento que contendrán combustibles, alimentos y líquidos para apoyar la vida. Los combustibles y líquidos se obtendrán de la superficie marciana, de glaciares y de la atmósfera. El agua se reciclará para cultivar verduras. Con el paso del tiempo, la tecnología que se desarrolle allá los debería liberar de la dependencia de la Tierra. En un plazo aun más largo deberían proporcionar productos que puedan ser utilizados en la Tierra. Las impresoras 3D, que han sido probadas exitosamente en la EEI, podrían ser de tremenda ayuda en Marte. Incluso se habla de impresoras 3D de alimentos. Esa tecnología, que hoy se desarrolla muy rápidamente, en diez años estará sin duda mucho más avanzada.

En 2015, un concurso de proyectos organizado por la NASA y el National Additive Manufacturing Innovation Institute, de un total superior a 165 propuestas, dio por ganador al proyecto “La casa de hielo” de Marte, una estructura habitacional diseñada como un gran iglú. Construido de material local, deja pasar la luz y protege de la radiación (cinco centímetros de espesor en el hielo del iglú dan una muy buena protección para la radiación cósmica). Otras soluciones proponen construir a partir del regolito marciano, la utilización de impresión 3D y la fabricación de estructuras inflables que luego se recubren con regolito para proteger del frío y la radiación.

***

¿Se debe construir primero una base lunar para ganar experiencia? ¿Se debe ir directo a Marte? La Agencia Espacial Europea, la ESA, piensa que con una base lunar aprenderíamos muchas cosas antes de intentar el viaje a Marte. Tener impulsores de gran capacidad y gran confiabilidad es esencial. Contar con una buena nave que nos pueda llevar alrededor de la Luna sin problemas es muy importante. Posiblemente la solución que se adopte se hará paso a paso.

En el ártico canadiense, precisamente en la isla de Devon, existe un cráter de impacto, el cráter Haughton, de casi 23 km de diámetro y que tiene 39.000.000 de años. Se cree que el meteorito que lo produjo tenía unos 2 km de diámetro. Se ubica a 75° de latitud norte. El lugar es desolado y frío, seco, pero no tan seco como Marte, y casi sin vegetación: es “Marte en la Tierra”. El Mars Institute y el SETI Institute operan allá el Haughton-Mars Project. Desde 1997 funciona allí una misión internacional, la que se ha convertido en el experimento financiado por la NASA de más largo tiempo en la superficie terrestre. La estación de investigación del proyecto es un cúmulo de pequeños habitáculos y constituye un modelo de cómo podría funcionar una ciudad marciana. Un habitáculo central, llamado Estación X-1, está conectado radialmente con una serie de carpas en una configuración de estrella. Diez residentes viven allá todo el verano, con la visita ocasional de otros miembros del proyecto. La idea es tratar de reproducir la vida de una colonia marciana en condiciones climáticas y geológicas muy parecidas a las que encontrarán en el planeta rojo. El financiamiento anual del proyecto proviene de fondos de la NASA, en un 50%, y de donaciones y financiamiento de diversas organizaciones gubernamentales y no gubernamentales. Disponen además de un Humvee especialmente adaptado para salir (el Humvee es un vehículo militar cuya versión civil se conoce como Hummer). Por dos décadas han estudiado, entre otras cosas, la sociología de un grupo frente al encierro en condiciones de cierto hacinamiento. 

Un proyecto de índole semejante se lleva a cabo en la isla grande de Hawái en la ladera del volcán Mauna Loa, a una altura de 2.500 m sobre el nivel del mar. Se trata del proyecto Hi-Seas, de la universidad de Hawái, financiado por la NASA. Entre 2015 y 2016 un grupo de seis “astronautas” estuvieron encerrados en 111 m2 solo podían salir a hacer una pequeña caminata en el exterior cada dos días con un traje especial de “sobrevivencia” (como lo harían en Marte).

Nuestro país cuenta con condiciones extremas, donde ciertamente se podría emular un ambiente marciano y experimentar con diversas técnicas que posibiliten el éxito de un viaje a Marte. El desierto de nuestro norte, el altiplano, la cordillera, los confines australes, la Antártica, podrían prestarse perfectamente para estudiar este tema.

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