REMOLINOS DE FUEGO AZUL SOBRE PETRÓLEO CRUDO

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CÓMO LIMPIAR LAS MAREAS NEGRAS

Un modo de combustión enigmática y de gran potencial

La combinación del poder de los tornados con el de las llamas hace que pocas cosas resulten más destructivas que los remolinos de fuego. Estos pueden causar desastres incluso en el entorno controlado y seguro de un laboratorio especializado.

Elaine Oran, de la Universidad de Maryland, y sus colaboradores estaban experimentando con remolinos de fuego después de observar un vídeo de uno de ellos sobre el agua. El vídeo mostraba el resultado de la descarga de un rayo en Kentucky sobre un almacén lleno de whisky, gran parte del cual se había esparcido sobre un lago cercano y se había incendiado. Al principio el alcohol ardió como un incendio en charco, sin girar.
A continuación se formó un extraño remolino de fuego. Oran observó cómo iba atrayendo hacia sí todo el combustible de la superficie, volviéndose cada vez más intenso.
Esa intensidad lo distinguía de los remolinos de fuego originados en incendios forestales, que tienden a producir humo negro con hollín. Otros vídeos confirmaron que los remolinos de fuego que arden por combustible líquido sobre agua producen más humo blanco a medida que se hacen más intensos, lo que indican menor cantidad de hollín y mayor eficiencia.
Así que el equipo comenzó a experimentar con remolinos de fuego a pequeña escala sobre al agua. Su recinto tiene un diámetro de 40 centímetros y una profundidad de solo algunos centímetros. Con dos semicilindros de cuarzo ligeramente descentrados para confinar el fuego y permitir que el aire circule verticalmente, el equipo rocío un poco de n-heptano (un componentes de la gasolina) sobre el agua, lo prendió con un encendedor de butano y se apartó.
Los investigadores a veces usan ventiladores para crear un vórtice, y a continuación añade incombustible y a prenden la mezcla. <<Si la geometría es correcta para crear el vórtice inicial, no se necesita añadir ninguna rotación>>. Poco después de comenzar el incendio en charco, se formó un remolino de fuego. Pero después de tan solo escasos segundos, este se transformó en un pequeño remolino azul, algo que nadie había visto antes.
Oran afirma; <<Creo que nadie había dejado que los remolinos de fuego se fortalecía se lo suficiente, especialmente los grandes, de manera que pudiera formarse el remolino azul>>.
La variación de la configuración y el empleo de paredes cuadradas de confinamiento, en lugar de dos semicilindros, no cambiaron para nada la formación del remolino, y tampoco se observó ningún cambio al usar otros combustibles. El remolino azul se originó sobre petróleo crudo, por lo que este tipo de remolinos podrían emplearse algún día para limpiar las mareas negras si, después de adquirir un buen conocimiento sobre ellos, se averigua como usarlos de manera segura.
Pero tal objetivo llevar a tiempo. Si bien los experimentos de combustión son bastante sencillos, Oran afirma que <<lo difícil es el diagnóstico>>. Todavía se desconoce la temperatura en el interior de los remolinos azules, aunque se especula que alcanzará unos 2000 grados centígrados. Nadie comprende aún la estructura y la forma del remolino azul, si se puede generar directamente o debe existir previamente un remolino de fuego, o si se forma a mayores escalas. Las simulaciones por ordenador revisten una enorme importancia en este caso, ya que permitirían saltarse algunos pasos.
Así que aún hay mucha física que investigar para comprender este fenómeno. Oran lo describe como <<una pequeña bestia hambrienta que se desplaza devorando lo todo>>. O quizá no: << no sabemos la cantidad de combustible que realmente arde en este remolino azul y cuánta se evapora. Se han de hacer medidas>>.

Los remolinos azules apenas se producen en la naturaleza, pero se forman fácilmente en espacios cerrados o semicerrados. Ante una ligera variación en el volumen de combustible que los alimenta, pueden pasar de tener unos 6 centímetros de altura (imagen de portada arriba a la derecha) a multiplicarse por diez su tamaño (imagen de portada a la izquierda).

Una llama amarilla indica la producción de hollín (llama que se origina en el interior antes de convertirse en tal remolino como el de la imagen de abajo a la derecha). Eso hace pensar que, cuando un remolino de fuego formado al inyectar y encender combustible sobre agua se transforma en un remolino azul (imagen derecha abajo), el fenómeno obedece a que el combustible arde de manera más eficiente. Pero, sin conocer con detalle su composición, es imposible saber cuánto combustible se quema y cuánto se vapora de la superficie del agua. La parte inferior curvada del remolino azul, y su parte superior convexa, de color más claro, sugieren a los expertos en dinámica de fluidos que el vórtice que condujo a la formación del remolinos azul estaría desapareciendo. Sin embargo, mientras se suministre un flujo constante de combustible al remolino azul (a través de un tubo situado debajo de la superficie del agua), continuará girando en un tranquilo estado estacionario.

 

Fuente: Procedings of the National Academy of Sciences of the U. S.A. Robert Frederick agosto de 2016

 

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FÍSICA DE LAS TELARAÑAS

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JUEGO DE FÍSICA DE LAS TELARAÑAS

La seda de estos arácnidos  debe algunas de sus asombrosas propiedades a un revestimiento líquido, el cual ayuda a preservar la telaraña y, al mismo tiempo, contribuye a tensar los hilos

 Curiosidades de física y juego de física a partir de los 3 años de edad

Las telas de araña pueden provocar reacciones opuestas. En ocasiones, sus pegajosos  hilos nos causan repugnancia, como cuando descubrimos grandes nidos de polvo en las esquinas de una habitación o cuando se nos quedan enganchados al tocarlos. En otras, en cambio, la estética de una telaraña circular perfectamente tensada puede resultar cautivadora. Así ocurre cuando las vemos cubiertas de rocío o cuando despliegan un iridiscente juego de colores a la luz del sol.
Hace decenios que los científicos se interesan por este sorprendente material. ¿Qué lo hace tan elástico y, al mismo tiempo, tan estable?  Hay dos razones por las que resulta tan difícil quitar las telarañas: son pegajosas y muy extensibles. Como veremos ambas propiedades se encuentran estrechamente relacionadas.

Collares de perlas microscópicos

Las arañas construyen su tela a partir de una solución (secreción de espidroína, una especie de cristal líquido) que expulsan de su abdomen. En contacto con el aire, la mezcla se solidifica de inmediato y da lugar a una fibra extraordinariamente resistente. Las arañas pueden producir diferentes tipos de hilo en función del uso que vayan a darle. Para la estructura básica de la tela, numerosas especies, como la araña de jardín Europea, tejen y los radiales. Estos son muy rígidos y enseguida se comban si acercamos sus extremos, aunque solo sea en un pequeño porcentaje.
Sobre esta estructura radial, la araña fija continuación una espiral fabricada con un <<hilo de captura>>. Al contrario que los primeros, éste seguirá estando tenso incluso si lo contraemos hasta un 5% de su longitud original. Esta propiedad resulta óptima para capturar presas, ya que incluso aquellos insectos que chocan contra la telaraña a gran velocidad sólo la de formar al, en lugar de romperla. Por otro lado, que no resbalen por la malla ni se han catapultado en sentido opuesto, como en una cama elástica, se debe a otra importante característica de los hilos de captura: se hayan cubiertos de diminutas gotitas adhesivas, las cuales retienen cruelmente a la presa y evitar que escape. Esos puntos adhesivos se distribuyen a lo largo del hilo a intervalos muy regulares, como las perlas de un collar. Sin embargo, no es la araña la que debe encargarse de disponerlos en esa forma: el ribete de gotitas se crea en manera espontánea por pura necesidad física.
La araña expele el hilo de captura por el abdomen, al igual que ocurrirá con el hilo radial seco. Pero, ahora, lo recubre de modo uniforme con una solución viscosa. Esta se compone en un 80% de agua; el resto lo forman aminoácidos, lípidos y sales. Sin embargo, estos << cilindros líquidos>> solo serán estables si su longitud no resulta demasiado grande en comparación con su grosor. Si se estiran mucho más, las pequeñas perturbaciones que surjan en el recubrimiento comenzarán a oprimirlo transversalmente. Y, como consecuencia de la tensión superficial, lo que en un principio adoptaba la forma de un cilindro se dividirá en una sucesión de gotas más o menos equidistantes.
Como en tantos otros procesos, el mecanismo responsable de que esto ocurra no es otro que la segunda ley de la termodinámica: el afán de la naturaleza por ceder la mayor cantidad de energía posible al entorno. Una geometría esférica minimiza la superficie de contacto con el aire, por lo que de esta manera se libera el exceso de energía superficial. La razón de que no se formen cotas completamente esférica se debe a que la fibra central del hilo es hidrófila, por lo que siempre continuará recubierta por una película de líquido.
Un sencillo experimento casero nos permitirá recrear ese proceso de división del fluido viscoso.
– introduzcamos el dedo índice en un frasco lleno de miel líquida y, después, pasemos un sedal fino entre el pulgar y la punta del dedo internada de miel, de modo que el hilo de nailon quede recubierto por el dulce de manera tan uniforme como sea posible. Ahora, si pensamos horizontalmente el hilo, podremos comprobar que la capa de miel comenzará a dividirse en pequeñas gotas.

Seda elástica

Sin embargo, la comparación con el hilo de una araña acaba aquí. A diferencia de lo que ocurre con el sedal, la fibra central de la telaraña, de grosor microscópico, comenzará ahora a contraerse debido a la aparición de ciertas fuerzas. Estas surgen como consecuencia de la mínima acción de la superficie del recubrimiento acuoso y son las que, en última instancia, confieren a los silos su gran elasticidad.

Podemos visualizar el fenómeno con ayuda de un ejemplo. Cuándo dos fibras radiales de la red se acercan, el hilo de captura que las conecta se afloja. Pero, en lugar de combarse, permanecerá tenso, ya que ahora el recubrimiento líquido cederá energía al entorno disminuyendo su longitud, lo que vuelve a reducir la superficie de contacto con el aire. El cilindro líquido puede acortarse porque la fibra Central, extremadamente flexible e hidrófila, se ajusta a la nueva longitud formando una maraña en el interior de la gota. Además, el proceso libera energía de un modo complementario, ya que, en entornos acuosos, la fibra tiende a contraerse y formar una madeja. Por último, las botas ofrecen espacio suficiente para que eso ocurra, dado que su acortamiento provoca que crezca y se unan. De esta manera, el hilo o pondrá ahora resistencia a un nuevo alargamiento, ya que se necesitaría energía mecánica para estirarlo y devolver a la capa húmeda la energía superficial liberada.
La elasticidad de la seda de araña no se debe a una propiedad intrínseca del material, sino que obedece fundamentalmente a las características del recubrimiento líquido. Por cierto: el factor determinante es la cantidad de agua presente en el fluido; el resto de las sustancias no desempeñan ningún papel. Se ha demostrado que un hilo radial mojado se comporta como un hilo de captura y, a la inversa, que un hilo de captura seco pierde sus propiedades elásticas.

Los hilos de una telaraña se tornan claramente visibles cuando aparecen recubiertos de rocío ( imagen de la derecha) o cuando brillan a la luz de nuestra estrella el Sol ( imagen abajo a la izquierda). Tal y como ocurre con el recubrimiento viscoso de las tela de araña, una capa de miel dispuesta sobre un hilo de nailon tensado ( imagen arriba a la izquierda) acabará dividiéndose espontáneamente en una secesión de gotas.

Fuente: H. Joachim Shlichting; ex director del Instituto de Didáctica de la Física de la Universidad de Münster y Fritz Vollrath en lyC mayo de 1992.
Origen: Modulation of the mechanical properties of spider silk by coating with water. Fritz Vollrath y Donald T. Edmonds en Nature, julio de 1989.

 

 

MISIÓN A ALFA CENTAURI

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EL PROYECTO MÁS AMBICIOSO PARA LA HUMANIDAD EN EL SIGLO XXI, MISIÓN A ALFA CENTAURI

Un plan financiado por un multimillonario pretende enviar pequeñas sondas espaciales a una estrella cercana

 

Los Starchips, microcircuitos similares a los de los teléfonos móviles, llegarían a Alfa Centauri tras ser acelerados por un potente láser hasta alcanzar una fracción considerable de la velocidad de la luz. Una vez en destino, captarían imágenes y tomarían datos durante un fugaz sobrevuelo.

Alfa Centauri es el sistema estelar más cercano al Sol. El multimillonario de Silicon Valley había anunciado la financiación de un proyecto, Breakthrough Starshot, para enviar hasta allí algún tipo de nave espacial, esta información la aporta el físico y matemático Freeman Dyson.

La nave espacial es interesante pero la controversia científica está servida 

Let’s go…

Así como la nave es interesante. En vez de usar un cohete normal, impulsado por combustible y lo bastante grande como para transportar seres humanos o instrumentos, el proyecto Starshot ( <<Disparo Estelar>>) pretende enviar una flota de diminutos chips multifunción bautizados Starschips. Cada uno de ellos iría acoplado a una <<vela solar>>, la cual sería tan ligera que, al incidir sobre ella un potente haz láser, se aceleraría hasta alcanzar el 20% de la velocidad de la luz. Alfa Centauri, un sistema binario formado por estrellas similares al Sol Alfa Centauri <<A y B>>, se encuentran a 4,37 años luz, por lo que el cohete más veloz tardaría 30.000 años en llegar. En cambio, los Starchips solo necesitarían 20 años. Una vez en su destino, las naves no se detendrían, sino que sobre volarían las estrellas y sus posibles planetas en pocos minutos. Durante ese tiempo transmitirían imágenes y datos a la Tierra, los cuales tardarían otros 4,37 años en arribar.
La <tontería>> es que no resulta obvio que el objetivo de la misión sea científica. Lo que los astrónomos desean saber sobre las estrellas no es algo que pueda aprenderse en un sobrevuelo fugaz. Y nadie sabe si Alfa Centauri posee planetas, por lo que Starshot ni siquiera puede prometer primeros planos de otros mundos. <<han pensado mucho menos en los aspectos científicos>, según Ed Turner, astrofisico de la Universidad de Princeton y miembro del Comité Asesor de Starshot. Añade además que, <<hemos dado casi por garantizado que la ciencia será interesante.>>
Sin embargo, en agosto de 2016 Starshot recibió un golpe de suerte: un grupo europeo de astronomos que nada tenía que ver con el proyecto anunció el hallazgo de un planeta alrededor de la estrella más cercana al Sol: Próxima Centauri, vecina de Alfa Centauri pero situada unos 0,1 años luz más cerca. De repente, Starshot se convirtió en la única forma semi viable de llegar a un exoplaneta en un futuro previsible. Con todo, el proyecto sigue recordando un poco a los sueños de esos fans de la ciencia ficción que hablan sin parar de enviar humanos fuera del sistema solar con técnicas que, seguramente, funcionarían si hubiese suficiente financiación y suficientes milagros tecnológicos, sin duda el sueño continuará pero hoy es más viable.
No obstante, Starshot no necesita milagros. Su tecnología, aunque hoy inexistente, se basa en ingeniería consolidada y no viola ninguna ley física. Y hay dinero detrás del proyecto: Yuri Milner, el empresario que también financia otras investigaciones mediante el programa Breakthrough Initiatives y que cada año concede los cuantiosos premios científicos Breakthrough, ha puesto en marcha la idea con una aportación inicial de 100 millones de dólares. Al mismo tiempo, ha reclutado a un comité asesor lo suficientemente impactante como para convencer a cualquier escéptico de que Starshot podría tener éxito: expertos mundiales en láseres, velas solares, microcircuitos, exoplanetas, aeronáutica y dirección de grandes proyectos, además de dos premios nobel, el astrónomo real del Reino Unido, eminentes astrofísicos del ámbito académico, experimentos ingenieros… y Dyson, que, por más que piense que la misión es absurda, también afirma que la idea de una vela solar impulsada por láseres tiene sentido y es digna de ser llevada a cabo. En conjunto, pocos apostaría a largo plazo contra una operación respaldada por tanto dinero y tantas mentes brillantes.
Con independencia de sus respectivas, el proyecto se diferencia por completo de cualquier misión espacial efectuada hasta ahora. << Todo lo relativo a Starshot es insólito>>, asegura Joan Johnson-Freese, experta en política espacial de la Escuela de Guerra Naval de Estados Unidos. Sus objetivos, financiación y estructura directiva distinguen de todos los demás actores del sector. Las empresas espaciales persiguen beneficios y se centran en misiones tripuladas dentro del sistema solar. La NASA, que no planea ningún viaje interestelar, tiene demasiada aversión al riesgo para intentar algo tan incierto. Sus procedimientos burocráticos son a menudo engorrosos y redundantes, y sus misiones suelen depender de la aprobación de un Congreso inconsecuente. << la NASA necesita dedicarle tiempo ; los multimillonarios pueden hacerlo sin más>>, asegura Leroy Chiao, antiguo astronauta y comandante de la Estación Espacial Internacional

La Estrategia

El impulsor de Starshot siempre se ha sentido inspirado por metas lejanas. Yuri Milner nació en 1961, el mismo año en que Yuri Gagarin se convertía en el primer ser humano en viajar al espacio. << mis padres me mandaron un mensaje al ponerme Yuri>>, afirma, queriendo decir que estaba llamado a ir a algún lugar al que nadie hubiese llegado antes. Así que estudió Física -<< mi primer amor>>, aclara con gran pasión- y, tras 10 años de formación, comenzó a trabajar en cromodinámica cuántica. <<Por desgracia, no lo hice muy bien>>. Después entro en el mundo de los negocios, se convirtió en uno de los primeros inversores de Facebook y Twitter y amasó una fortuna estimada en casi 3. 000 millones de dólares. <<Así que, hace unos cuatro años, comencé a pensar de nuevo en mi primer amor.>>
En 2013 fundó los Breakthrough; uno en física fundamental, otro en ciencias de la vida y otro en matemáticas. Y en 2005 comenzó con lo que él califica como su pasatiempo, el programa Breakthrough Initiatives. Este viene a ser una especie de compromiso con el universo: un premio de un millón de dólares para el mejor mensaje dirigido a una civilización extraterrestre, 100 millones de dólares para una búsqueda más amplia y minuciosa de inteligencia alienígena, y, ahora, 100 millones de dólares para Starshot.
A principios de 2015, Milner reclutó el núcleo directivo de Starshot entre las personas que había conocido gracias a Breakthrough Initiatives. El presidente y el director ejecutivo del comité asesor son, respectivamente, Avi Loeb, director del departamento de astronomía de Harvard, y Pete Worden, quién dirigió el Centro de Investigación Ames de la NASA y que estuvo implicado en un plan de la NASA y de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados para la Defensa (DARPA) para lanzar una nave interestelar de aquí a 100 años. Para el cargo de director de ingeniería, Worden enroló a Pete Klupar, ingeniero que había trabajado de manera intermitente en la industria aerospacial y que Ames había estado a su servicio. Ellos se encargaron de convocar a un expectacular comité de expertos en tecnologías clave que, aparentemente, estaban dispuestos a participar por poco o ningún dinero, así como a personalidades como Mark Zuckerberg o el cosmólogo Stephen Hawking. La gerencia de Starshot parece hallarse a medio camino entre el rigor jerárquico de la NASA y la cultura de Silicon Valley, consistente en reunir a un grupo de personas inteligentes en una sala, proponerles un objetivo a largo plazo y quedarse al margen. James Benford, miembro del comité y presidente de Microwave Sciences, lo explica así: << el encargo es darnos la semana que viene y cinco años de plazo y ya averiguaremos cómo conectarlos>>.
Una vez reunido, el equipo descartó por inverosímil la posibilidad de enviar seres humanos a Alfa Centauri y decidió concentrarse en una misión no tripulada que partiría de aquí a 20 años. Después concluyeron que el gran problema era la producción de la nave. Así que, a mediados de 2015, los doctorandos y los investigadores posdoctorales de Loeb comenzaron a clasificar las distintas opciones en imposible, improbable y factible. En diciembre de ese año, recibieron un artículo de Philip Lubin, físico de la Universidad de California en Santa Bárbara, titulado <<Hoja de ruta para un viaje interestelar>>. La opción de Lubin consideraba una batería de láseres en fase: un gran número de pequeños placeres cuya luz se combinaría de forma coherente en un solo. Este impulsaría un chip transportado en una vela solar, lo cual tendría que desplazarse a una fracción considerable de la velocidad de la luz para llegar a otra estrella en pocas décadas. (Una idea similar había sido publicada 30 años antes por el físico y escritor de ciencia ficción Robert Forward, que la bautizó como Starwisp.) Aunque la tecnología necesaria era aún más ciencia ficción que realidad, Lubin asegura que, a grandes rasgos, aquello marcó la estrategia de Starshot. Posteriormente,  se unió al proyecto.
En enero de 2016, Worden, Klupar, Loed y Lubin se reunieron con Milner en su casa de Silicon Valley. <<Yuri apareció con un papel lleno de notas adhesivas y comenzó a hacer las preguntas científicas y económicas correctas>>. Lo bueno de ello era que, en lugar de someter el proyecto a un largo proceso de solicitud y revisión de propuestas, como habría hecho la NASA, o de preocuparse por los beneficios económicos, como haría una empresa, el equipo de Starshot tenía libertad para trazar un plan basándose en lo que mejor le pareciese.
El único elemento verdaderamente costoso era el láser. Las velas y los chips serían baratos e incluso desechables:  se agruparían en una lanzadera, se enviarían más allá de la atmósfera y se liberarían, uno a otro, cientos o miles de ellos; tantos que no supondría ningún drama perder unos pocos. El láser impactaría sobre cada uno y, en pocos minutos, lo aceleraría hasta alcanzar el 20% de la velocidad de la luz. A continuación, el láser se desactivaría y el chip y la vela emprenderían su camino. Una vez en la estrella, se comunicarían con la Tierra. <<Hace diez años nunca hubiéramos hablado en serio de esto>>, afirma Milner.
Pero hoy, con la mejora exponencial en láseres y microcircuitos y gracias a los nuevos materiales, <<no estamos a siglos de distancia, sino a unas docenas de años>>.

El equipo de Starshot sometió la idea a revisión externa y pidió a varios científicos que buscasen fallos. Nadie encontró ninguno. <<Puedo explicarle por qué es difícil y por qué es caro, pero no por qué es imposible>>, afirma Lubin. En abril de 2016 se llegó a un acuerdo sobre el sistema y, el día 12, Milner organizó una rueda de prensa en la Freedom Tower de Nueva York con vídeos, animaciones y varios miembros del comité asesor y anunció un velero interestelar impulsado por viento lumínico. Ese verano, los investigadores se dedicaron a esbozar lo que habría de ocurrir continuación.

CHIPS, VELAS Y LÁSERES

El equipo pronto descubrió que, aunque técnicamente factible, el plan se encontraba plagado de dificultades. Incluso el elemento más sencillo, StarChip, planteaba numerosos problemas. Debía ser diminuto y pesar unos pocos gramos, pero también capaz de almacenar y enviar datos, transportar su propia fuente de alimentación y sobrevivir al largo viaje. Hace unos años, el grupo del ingeniero Mason Peck, de Cornell, diseñó lo que denominaron Sprites: chips similares a los de un teléfono inteligente y dotados de un sensor de luz, paneles solares y un equipo de radio, cada uno de unos cuatro gramos. Los de Starshot seguirían el modelo de los Sprites, pero pesarían incluso menos, alrededor de un gramo, y llevarían cuatro cámaras cada uno. En vez de pesadas lentes para enfocar las imágenes, una opción consistiría en colocar sobre el sensor de luz una diminuta red de difracción, llamada matriz plana de captura por transformada de Fourier; la cual  separa la luz incidente en longitudes de onda que posteriormente pueden reconstruirse en un ordenador para cualquier distancia focal. Otro equipamiento sugerido para el chip incluye un espectrógrafo, para analizar la composición química de la atmósfera de un planeta, y un magnetómetro, para medir el campo magnético de una estrella.
Los chips también tendrán que enviar sus imágenes a través de distancias interestelares. Los satélites actuales usan diodos láser de un vatio para mandar información, pero a distancias mucho menores. Peck señala que, hasta ahora, la mayor separación ha sido desde la Luna, más de cien millones de veces más cerca de Alfa Centauri. Para alcanzar la Tierra desde allí, el láser necesitaría una puntería extraordinaria. Además, durante el viaje de cuatro años, la señal se dispararía tanto que solo llegarían unos cientos de fotones. Una posibilidad consistiría en enviar las imágenes mediante repetidores, mandando los datos de unos StarChips a otros situados detrás a distancias regulares. Zac Manchester, investigador de Harvard y miembro del comité asesor, asegura que enviar la información a la Tierra plantea un problema <<verdaderamente complejo>>.
Los chips también necesitarán baterías para las cámaras y para que los ordenadores de a bordo transmitan datos durante el viaje de 20 años. Dada la distancia a Alfa a Próxima Centauri y los pocos vatios que pueden alcanzarse en un pequeño chip, la señal llegaría a la Tierra débil, aunque <<justo con los suficientes fotones para ser captada por el receptor de Starshot>>, comunica Peck. Hasta la fecha, ninguna fuente de alimentación funciona simultáneamente en condiciones de oscuridad y bajas temperaturas, pesa menos de un gramo y cuenta con suficiente alimentación. <<La alimentación constituye el mayor problema del chip>>, añadiendo la posibilidad de adaptar las diminutas baterías nucleares usadas en los implantes médicos. Otra alternativa consistiría en aprovechar la energía ganada por la vela mientras viaja a través del medio interestelar y se calienta por el rozamiento con el gas y el polvo.
Sin embargo, el mismo medio interestelar también podría comprometer la integridad de los chips. Dicho medio se asemeja al humo altamente enrarecido de un cigarrillo, explica Bruce Draine, astrónomo de la Universidad de Princeton y miembro del comité. Nadie conoce con exactitud su densidad ni el tamaño de los granos de polvo que contiene, por lo que resulta difícil estimar su capacidad devastadora. A una velocidad cercana a la de la luz, una colisión de los StarChips contra granos de cualquier tamaño podría producir desde pequeños cráteres hasta su destrucción total. Si los StarChips abarcan un centímetro cuadrado, se producirán muchísimas colisiones a lo largo del camino, advierte Drain. Una posible protección frente a las partículas de menor tamaño podría conseguirse con un revestimiento de cobre y berilio de un par de milímetros de espesor, aunque los granos de polvo aún podrían causar daños catastróficos. <<El chip sobreviviría o no>>. Pero, con suerte, de los cientos o miles algunos resistirían.
En orden de dificultad técnica creciente, el siguiente elemento más delicado es la vela solar. Los StarChips estarían propulsados por la luz que incide ese y se reflejase en sus velas, como cuando una pelota de tenis rebota en una raqueta. Cuanta más luz se refleje, mayor será el impulso y más rápido avanzar a la vela. Para alcanzar el 20% de la velocidad de la luz, la vela solar debería reflejar el 99,999 por ciento de la luz incidente. <<Toda la que no se refleje acabará calentando la vela>>, explica Geoffrey Landis, científico del Centro de Investigación Glenn de la NASA y miembro del comité asesor. Y, dadas las extraordinarias temperaturas que alcanzará el láser, sería desastroso que incluso una pequeña fracción de esa potencia alcanzarse la vela, aclara el investigador. En comparación con las velas solares actuales, que hasta ahora han aprovechado la luz del Sol para propulsar algunas naves experimentales en el sistema solar, las de Starshot tendrían que ser mucho más ligeras, con un espesor de pocos átomos o << mismo tamaño que una pompa de jabón>>, afirmación de Landis. En el ensayo más parecido efectuado hasta ahora, realizado en el año 2000 por Benford, se empleó un haz de microondas para acelerar una vela fabricada con una lámina de carbono hasta 13g (13 veces la aceleración de la gravedad en la superficie terrestre).
Sin embargo, la vela de Starshot tendrá que soportar aceleraciones de hasta 60.000g. Y, al igual que el StarChip, también tendrá que resistir el polvo interestelar. Hoy por hoy no existe un material que sea al mismo tiempo ligero, fuerte, reflectante, resistente al calor y que no cueste millones de dólares. <<Uno de los varios milagros que tendremos que obrar será inventar el material de la vela>>

El chip podría unirse a la vela mediante cables o bien quedar montado sobre ella. Y la vela podría girar, lo que permitiría permanecer centrada con respecto al láser. Tras la aceleración inicial, cabría la posibilidad de plegar la vela como un paraguas, lo que la haría menos vulnerable durante el viaje. Una vez en Alfa Centauri, se abriría y ajustaría su curvatura para actuar como el espejo de un telescopio o como una antena en el envío de mensajes a la Tierra.
En realidad, todos estos retos serán más sencillos que los relativos al láser. La única forma de alcanzar una fracción considerable de la velocidad de la luz es empleando un láser de 100 gigavatios, una potencia nada usual. El Departamento de Defensa de Estados Unidos ha fabricado láseres más potentes, informa Robert Peterkin, jefe científico de la Junta de Energía Dirigida, perteneciente al laboratorio de Investigación de las Fuerzas Aéreas de EE. UU., pero solo se activaron durante billonésimas o  milmillonésimas de segundo. Sin embargo, en láser de Starshot tendrá que actuar sobre cada vela durante varios minutos. Para alcanzar semejante potencia durante tanto tiempo, una batería de pequeños y láseres de fibra óptica combinaría los rayos en un único haz coherente. El Departamento de Defensa también ha construido baterías de láseres en fase, pero con 21  láseres agrupados en una red de no más de 30 centímetros de lado, según Peterkin. Eso permite alcanzar unas decenas de kilovatios. Starshot a que incorporar 100 millones de estos láseres con potencia de kilovatios y disponerlos en una red cuadrada de un kilómetro de lado. <<¿Cuán lejos queda eso de la tecnología actual?>>.
<<Y las complicaciones van en aumento>>. La turbulencia habitual de la atmósfera desviaría el haz de cada uno de los 100 millones de pequeños láseres de manera diferente. Al final, todos deberían focalizarse sobre una vela de 4 metros de lado situada a 60.000 kilómetros de altitud. <<Hoy, poner en fase 100 millones de láseres a través de la turbulencia atmosférica y apuntar a un blanco de pocos metros ubicado a 60.000 kilómetros acapara mi atención>>, asegura Robert Fugate, científico jubilado de la Junta de Energía Dirigida y miembro del comité. La luz podría cerrar por completo subjetivo o, con mayor probabilidad, alcanzar la vela de forma irregular, por lo que ciertas zonas recibirían un impulso mayor que otras y la nave se tambalearía, giraría o se saldría del haz.
De nuevo, el equipo de Starshot ha dado con una posible solución, si bien se trata de una que presenta sus propios problemas. Una técnica conocida como óptica adaptativa, usada ya en grandes telescopios, permite cancelar la distorsión causada por la atmósfera mediante un espejo flexible, el cual genera una distorsión igual y opuesta. Sin embargo, será necesario efectuar grandes ajustes para adecuarla al proyecto. En vez de un espejo, habría que configurar minuciosamente cada láser de fibra óptica. La óptica adaptativa usada hoy en los telescopios permite una resolución de 30 milisegundos de arco, pero Starshot tendría que enfocar en 0,3 milisegundos de arco, algo que jamás se ha hecho hasta la fecha.
Y, aunque se lograsen desarrollar todas estas complicadas y disparatadas técnicas, después tendrían que funcionar en conjunto. Para los líderes de Starshot, eso equivale a armar un rompecabezas con piezas que cambian de forma o que aún no existen. El sistema aún carece de un diseño único, informa Kevin Parkin, ingeniero de sistemas de Parkin Research e integrante del comité. El plan para los cinco primeros años, es <<recolectar la tecnología>>. Es decir, asesorados por los expertos del comité, los miembros del equipo realizarán experimentos a pequeña escala y desarrollarán modelos matemáticos. En el invierno de 2015-2016 comenzaron averiguando qué técnicas existían ya y solicitaron propuestas sobre aquellas aún por desarrollar. En 2017 tienen la intención de adjudicar pequeños contratos con  importes desde varios cientos de miles de dólares hasta 1,5 millones. Los prototipos de entran a continuación y, suponiendo que tengan éxito, la construcción del láser y de la vela podría comenzar a principios de los años treinta de este siglo, con el lanzamiento para mediados de los cuarenta. Para entonces Starshot probablemente habrá costado miles de millones de dólares y, con suerte, o un milagro, habrá logrado la colaboración de Gobiernos, laboratorios y agencias espaciales en EE. UU., Europa y Asia. Milner afirma apasionado que, <<defenderá al proyecto, y espera que se apunte más gente>>, <<ha de ser global>>, añadiendo las lógicas preocupaciones sobre seguridad nacional que plantearía una descomunal instalación láser. <<Si algo como esto comienza en secreto, habrá muchos más interrogantes. Es importante anunciar  abiertamente nuestras intenciones.>>

Camino a las estrellas

Con todos estos obstáculos, ¿cuáles son las probabilidades de éxito?  Los expertos en tecnología ajenos a Starshot estima que son pequeñas. Varios de ellos dirigieron abiertamente: <<No van a ir a Alfa Centauri>>. David Charbonneau, del Centro Smithsoniano  de Astrofísica de Harvard, aduce que el proyecto resultará tan costoso que habrá que convencer a EE. UU. para que invierta el 5% del presupuesto nacional, la misma fracción que requería el programa Apolo.
Los implicados en Starshot piensan que las probabilidades son mayores, pero se muestran pragmáticos. <<Claro que podemos usar láseres para enviar naves a Alfa Centauri>>, afirma Greg Matloff,  de la Escuela de Tecnología de Nueva York y miembro del comité. <<Lo que no sé es si podremos llegar allí en los próximos 20 años.>> Para Manchester, las probabilidades de lograrlo de aquí a 50 años son bastante altas, y, dentro de un siglo, <<del cien por ciento>>. Worden cree que el planteamiento está cuidadosamente medido, y que quizá dentro de cinco años descubran que no pueden ejecutarlo. Y Milner considera que su papel en Starshot, además de la financiación, consiste en mantenerlo en términos prácticos y bien fundamentados. <<Si requiriese más de una generación, no deberíamos trabajar en el proyecto>>.
Hasta agosto del año pasado pensó que Dyson tenía razón: la tecnología era interesante, pero ir a Alfa Centauri resultaba absurdo. Se trataba de un sistema binario formado por estrellas similares al Sol. Ninguna es extraordinaria. Los astrónomos ya saben bastante sobre ellas, y aunque fuese útil comparar sus llamaradas y campos magnéticos con los del Sol, <<la inversión no merece la pena para lo que aprenderíamos sobre física estelar viajando hasta allí>>.
Ahora que los astrónomos saben que la vecina alfa Centauri tiene un planeta, la motivación científica es otra. Próxima Centauri se encuentra un poco más cerca de la Tierra y es una enana roja, el tipo de estrella más habitual. El planeta, próxima b, se haya en la zona habitable de Astro. Cuando se anunció el descubrimiento, el equipo de Starshot lo celebró con una cena. ¿Considerarían un cambio de objetivo?, queda claro que sí, además se dispone de tiempo de sobra para decidir. La batería de láseres debería ser lo bastante flexible para adaptarse a la diferencia; <<unos dos grados>>, afirma Fugate.
En última instancia, el objetivo de Breakthrough Initiatives consiste en encontrar todos los planetas del vecindario solar y, Próxima b podría ser solo el principio. Klupar añade risueño, <<Me siento como un entomólogo que levanta una roca, encuentra un insecto y luego piensa que habrá uno debajo de todas las demás rocas>>, bueno, <<no es cierto, pero de algún modo resulta estimulante.>>
Desde luego, ni siquiera la presencia de Próxima b basta para convertir a Starshot en un proyecto científico rompedor. Los chips tal vez tomen imágenes y quizá me dan el campo magnético del planeta o analicen su atmósfera, pero habrán de hacerlo en pocos minutos. Y, dado el coste final del proyecto y el tiempo que transcurrirá hasta el lanzamiento, <<podríamos construir un telescopio espacial óptico de 12 o 15 metros, observar el planeta durante meses y obtener mucha más información que en un sobre vuelo fugaz>>, así opina David Spergel, astrofísico de Princeton.
Definitivamente, los multimillonarios son libres de invertir en lo que deseen, y las almas gemelas son libres de unirse a ese anhelo despiertos. Además, muchos de quienes cuestionan el valor científico de Starshot lo apoyan de todos modos, ya que, al desarrollar la tecnología necesaria, puede darse casi por seguro que los ingenieros lograrán algo interesante. <<No resolverán todos los problemas, pero solucionarán uno o dos>>. Una respuesta ingeniosa a un solo problema complejo ya constituirá un gran éxito, afirma Spergel. Suponiendo que Starshot no triunfase, las técnicas que desarrollasen podrían usarse en misiones futuras a destinos importantes, tanto dentro como fuera del sistema solar.
Milner enamorado del proyecto;  le lleva a la conclusión de que podría unir a todas las personas del mundo bajo la idea de que somos un planeta y una especie. <<En los últimos seis años he pasado la mitad de mi tiempo viajando, en gran parte por Europa y Asia>>, <<Me he dado cuenta de que un consenso global es difícil, pero no imposible.>>  Ese objetivo encaja con los otros proyectos de Breakthrough Initiatives,  que en esencia persiguen encontrar extraterrestres con quienes comunicarse, y con las notables inversiones de Milner en internet y redes sociales, que han trasformado las nociones de conversación y comunicación. Pero, en el fondo, incluso el mismo reconoce que el deseo de ir a otra estrella es inexplicable. Reconoce que no sabe el porqué pero que sólo piensa que es importante.
Casi todo el mundo a quien he interpelado me ha respondido lo mismo: no pueden explicarlo a alguien de que no lo comprende, simplemente quieren ir allí. James Gunn,  profesor emérito del departamento de Astrofísica de Princeton, piensa que las probabilidades de éxito de Starshot  son escasas y rechaza las motivaciones científicas. Pero, a pesar de ello, confiesa: <<Soy  racional sobre la mayoría de las cosas, pero no especialmente sobre los límites de la humanidad. He soñado con ir a las estrellas desde que era niño>>.  buena parte de los miembros del comité asesor me indicaron lo mismo.  Ciertamente los miembros del comité repitieron el mismo deseo de llegar a las estrellas desde niños.
Quizá Dyson sea quien mejor expresa las contradicciones inherentes a esos sueños. Sostiene que una vela solar con un microchip e impulsada por láser tiene sentido, y que quienes están detrás del proyecto son inteligentes y <<bastante sensatos>>.  Pero piensa que deberían abandonar el intento de ir a Alfa a Próxima Centauri y centrarse en la exploración del sistema solar, donde los StarChips  podrían propulsarse con láseres menos potentes y más viables y  viajar a velocidades menores. <<La  exploración es algo inherente al ser humano>>. <<Es algo en lo que destacamos.>>  y que no hay una justificación científica para enviar seres humanos. Entonces, con su característica imprevisibilidad, finaliza añadiendo: <<Por otro lado, me encantaría ir allí>>.

EN SÍNTESIS

– Yuri Milner, un multimillonario de Silicon Valley, ha decidido invertir en un audaz proyecto para enviar sondas diminutas a Alfa Centauri, el sistema estelar más cercano al Sol.

– La misión, llamada Breakthrough Starshot, pretende usar láseres para acelerar una flota de microchips al 20 por ciento de la velocidad de la luz. Las naves tardarían 20 años en arribar.

– El proyecto cuenta con el asesoramiento de numerosos ingenieros y científicos. No obstante, otros expertos opinan que es caro, arriesgado y dudan de su interés científico.

– Cómo visitar otra estrella; el proyecto Breakthrough Starshot planea enviar diminutas naves espaciales a Alfa Centauri, el sistema solar más cercano al Sol. De tener éxito, la misión supondría el primer viaje interestelar de la humanidad. La idea se basa en emplear una batería de láseres para acelerar una flota de chips a una velocidad próxima a la de la luz, con lo que apenas tardarían 20 años en llegar a su destino. Para ser impulsados, los microcircuitos, llamados StarChips, viajarían sujetos a una <<vela solar>>, una lámina ultrafina y muy reflectante. Al llegar, tomarían imágenes y datos durante un rápido sobrevuelo y enviarían esa información a la Tierra.

1. Una <<nave nodriza>> será puesta en órbita mediante un cohete tradicional. Una vez allí, liberará un StarChip al día durante más de tres años para su partida hacia Alfa Centauri.

2. Desde la Tierra, cien millones de láseres distribuidos en un área de un kilómetro de lado combinarán sus rayos de forma coherente en un único haz. Al incidir sobre las velas solares de los StarChips, las acelerarán hasta el 20 por ciento de la velocidad de la luz en apenas unos minutos.

3. Los StarChips se comunicarán con la Tierra enviando señales a la misma red de láseres que los aceleró. A distancias interestelares, los dispositivos deberán apuntar con una precisión extraordinaria para que las imágenes y los datos lleguen a nuestro planeta.

– Los StarChips se basarán en los microcircuitos que hoy incorporan los teléfonos inteligentes. Con unas dimensiones de unos 15 milímetros y una masa de un gramo cada uno, portarán cámaras, baterías, un equipo para el envío de señales y, posiblemente, un espectrógrafo para analizar la composición química de Alfa Centauri y sus planetas, así como un magnetómetro para medir sus campos magnéticos.

– Vela solar; de unos 4 metros de lado cada una, las velas solares serán impulsadas por la presión de la luz láser que incida y se refleje en ellas. Para alcanzar el 20 por ciento de la velocidad de la luz, deberán ser extraordinariamente ligeras y reflejar el 99,999 por ciento de la radiación incidente. Los expertos aún han de decidir si los StarChips se fijarán a las velas mediante cables o si irán montados directamente sobre ellas.

Fuente: Philip Lubin, Freeman J.Dyson, Jean-Michel Courty, Édouard Kierlik, Cameron M. Smith y Ann Finkbeiner

Conclusión

Hasta el momento este es el proyecto más ambicioso para el avance de la humanidad en el siglo XXI

El proyecto se llevará a cabo con o sin la ayuda de EE. UU. en invertir un 5%, pero dudo que Bruselas no colabore en dicha inversión. Por más dudas o controversia cause este proyecto, es sumamente importante que den un paso al frente unidos: científicos, expertos y poderosos multimillonarios, descartando quizás a la NASA.  

No es posible avanzar en nuestros días sin explorar el universo con la mayor ambición que podamos poseer desde el exterior. Con las leyes de la física que poseemos desde antaño no es posible que dejemos de gatear en pañales la humanidad.