Tal día como hoy, 29 de julio: William Beebe, Rabi, la creación de la NASA y el descubrimiento de Eris
El 29 de julio es una fecha extraordinaria para la historia de la biología, la física cuántica, la exploración espacial y la astronomía planetaria. En este día nació William Beebe, naturalista que descendió dentro de la batisfera para observar por primera vez animales de las profundidades marinas en su propio ambiente; nació Isidor Isaac Rabi, Nobel de Física por un método de resonancia que abrió el camino hacia la resonancia magnética nuclear y las actuales imágenes médicas; el presidente Dwight D. Eisenhower firmó la ley que creó la NASA; el transbordador Challenger despegó con el laboratorio Spacelab 2 y sufrió el único aborto a órbita de todo el programa; Deep Space 1 pasó junto al asteroide Braille mientras probaba propulsión iónica y navegación autónoma; y los astrónomos anunciaron el descubrimiento de Eris, un mundo tan parecido en tamaño a Plutón que obligó a replantear la definición de planeta.
1877: nace William Beebe, pionero de la exploración de las profundidades marinas
El 29 de julio de 1877 nació en Brooklyn Charles William Beebe, conocido habitualmente como William Beebe.
Fue naturalista, ornitólogo, biólogo marino, explorador, escritor científico y una de las grandes figuras de la investigación ecológica de comienzos del siglo XX.
Beebe desarrolló gran parte de su carrera dentro de la Sociedad Zoológica de Nueva York, actualmente conocida como Wildlife Conservation Society.
Comenzó trabajando con aves en el recién creado Parque Zoológico de Nueva York, que posteriormente sería conocido como el Zoológico del Bronx.
Su interés científico abarcó campos muy diferentes:
- Ornitología.
- Ecología tropical.
- Entomología.
- Biología marina.
- Comportamiento animal.
- Conservación de la naturaleza.
- Divulgación científica.
Beebe no quería limitarse a observar animales muertos, conservados en frascos o colocados dentro de vitrinas.
Defendía que era necesario estudiarlos dentro de su entorno natural.
Esta forma de trabajar ayudó a impulsar la ecología de campo moderna.
De las aves tropicales al océano
Durante sus primeras décadas como investigador, Beebe organizó y dirigió expediciones para estudiar aves en diferentes regiones del planeta.
Viajó por Asia, América del Sur, las islas Galápagos, las Indias Occidentales y otros territorios tropicales.
Sus equipos registraban:
- Comportamiento de los animales.
- Alimentación.
- Reproducción.
- Coloración.
- Distribución geográfica.
- Relaciones entre las especies y su ambiente.
Con el tiempo, Beebe comenzó a interesarse especialmente por los océanos.
Realizó inmersiones utilizando cascos de buceo y estudió los arrecifes de coral.
Sin embargo, aquellos sistemas solo permitían alcanzar profundidades relativamente pequeñas.
La inmensa mayor parte del océano continuaba fuera del alcance de la observación humana directa.
El problema de la presión
La presión del agua aumenta rápidamente con la profundidad.
En la superficie estamos sometidos aproximadamente a una atmósfera de presión.
Cada diez metros de descenso bajo el mar añaden aproximadamente otra atmósfera.
A unos 900 metros, una estructura debe soportar una presión cercana a noventa veces la existente en la superficie.
Un submarino o una cabina que no sea suficientemente resistente puede:
- Deformarse.
- Agrietarse.
- Permitir la entrada de agua.
- Implosionar de manera casi instantánea.
Los seres humanos tampoco pueden respirar directamente el aire a cualquier presión.
Para explorar las profundidades era necesario construir una cámara cerrada capaz de mantener una presión interior segura.
La batisfera de Otis Barton
El ingeniero e inventor Otis Barton diseñó una pequeña esfera de acero destinada a descender suspendida mediante un cable.
El aparato recibió el nombre de batisfera, formado por palabras relacionadas con profundidad y esfera.
La forma esférica resultaba especialmente adecuada.
La presión exterior podía distribuirse de manera más uniforme sobre toda la superficie.
La batisfera medía aproximadamente metro y medio de diámetro y ofrecía un espacio interior extremadamente reducido.
En ella debían introducirse:
- Dos personas.
- Sistemas para suministrar oxígeno.
- Productos químicos destinados a absorber dióxido de carbono y humedad.
- Un teléfono conectado con la superficie.
- Luces.
- Instrumentos básicos.
Las ventanas estaban fabricadas con gruesos bloques de cuarzo fundido.
A través de ellas, Beebe y Barton podían observar el exterior.
Una esfera sin capacidad para navegar
La batisfera no era un submarino.
No tenía motores, hélices ni sistemas para desplazarse horizontalmente.
Dependía completamente de un cable de acero conectado con un barco situado en la superficie.
El cable debía:
- Soportar el peso de la esfera.
- Resistir el movimiento de las olas.
- Mantener la comunicación telefónica.
- Permitir el descenso y la recuperación.
Si se rompía, los ocupantes no disponían de un sistema independiente que permitiera regresar.
La esfera tampoco podía abrirse desde dentro.
Una pesada puerta circular era atornillada antes del descenso.
Beebe y Barton quedaban encerrados hasta que el equipo de superficie volviera a subirlos y retirara los pernos.
Los primeros descensos
Las pruebas comenzaron frente a las costas de Bermudas en 1930.
En cada inmersión, la esfera era bajada lentamente hacia aguas más oscuras.
La luz solar disminuía progresivamente.
Los colores también cambiaban.
Las longitudes de onda rojizas eran absorbidas primero, mientras que la luz azul penetraba a mayor profundidad.
Finalmente, los ocupantes entraban en una oscuridad prácticamente completa.
Beebe observó animales que nunca habían sido contemplados vivos en su ambiente:
- Peces bioluminiscentes.
- Medusas.
- Camarones.
- Organismos transparentes.
- Animales con bocas y dientes desproporcionados.
- Especies adaptadas a la ausencia de luz.
Hasta entonces, la información sobre muchos animales profundos procedía de ejemplares capturados mediante redes.
Los cambios de presión y temperatura podían deformarlos o matarlos antes de llegar a la superficie.
Beebe pudo ver por primera vez cómo nadaban, emitían luz y se comportaban en su entorno.
La bioluminiscencia
Una de las características que más impresionó a Beebe fue la abundancia de organismos capaces de producir luz.
La bioluminiscencia se genera mediante reacciones químicas dentro del cuerpo.
Puede utilizarse para:
- Atraer presas.
- Encontrar pareja.
- Confundir a depredadores.
- Comunicarse.
- Camuflar la silueta.
En determinadas especies, los órganos luminosos se distribuyen por la zona inferior del cuerpo.
La luz producida puede igualar aproximadamente el débil resplandor procedente de la superficie.
Un depredador situado debajo tiene entonces más dificultades para distinguir la silueta oscura del animal.
Esta estrategia se conoce como contrailuminación.
Describir por teléfono lo que nadie más podía ver
Dentro de la batisfera no existía espacio suficiente para tomar notas con comodidad.
Beebe relataba sus observaciones por teléfono a Gloria Hollister, integrante del equipo científico situada en el barco.
Hollister escribía inmediatamente sus descripciones.
El procedimiento permitía conservar información sobre:
- Profundidad.
- Color del agua.
- Cantidad de luz.
- Forma y movimiento de los animales.
- Hora exacta de cada observación.
Más tarde, las notas se comparaban con muestras, dibujos y conocimientos zoológicos.
Este trabajo fue una colaboración entre los ocupantes de la esfera y el equipo de superficie.
El récord de 1934
El 15 de agosto de 1934, Beebe y Barton descendieron hasta aproximadamente:
923 metros
Fue el descenso tripulado más profundo realizado hasta aquel momento.
El récord se mantuvo durante quince años.
La batisfera había demostrado que una cámara presurizada podía llevar personas hasta regiones oceánicas que antes solo podían estudiarse mediante redes e instrumentos.
Los peligros de la exploración
Los descensos implicaban riesgos enormes.
Durante una prueba sin tripulación, la batisfera regresó llena de agua a causa de una fuga.
Cuando los técnicos comenzaron a retirar los tornillos de una ventana, la presión interior expulsó violentamente uno de los elementos.
El incidente mostró la energía acumulada dentro de una cámara sometida a grandes diferencias de presión.
También existían otros peligros:
- Rotura del cable.
- Fallo del suministro de oxígeno.
- Acumulación de dióxido de carbono.
- Incendio eléctrico.
- Pérdida de comunicación.
- Golpes contra la embarcación o el fondo.
El nacimiento de la observación submarina tripulada
La batisfera era demasiado limitada para convertirse en un vehículo habitual.
No podía navegar ni regresar por sí sola.
Sin embargo, abrió el camino hacia:
- Batiscafos.
- Submarinos científicos.
- Vehículos operados a distancia.
- Robots submarinos autónomos.
- Cámaras de alta presión.
- Laboratorios oceánicos.
En 1960, el batiscafo Trieste llegó hasta el fondo de la fosa de las Marianas.
Actualmente, los científicos pueden observar chimeneas hidrotermales, volcanes submarinos y ecosistemas situados a varios kilómetros de profundidad.
Todo ese desarrollo conserva parte del espíritu de aquellas primeras inmersiones de Beebe y Barton.
1898: nace Isidor Isaac Rabi, pionero de la resonancia magnética
El 29 de julio de 1898 nació Isidor Isaac Rabi en Rymanów, una localidad que entonces pertenecía al Imperio austrohúngaro y actualmente forma parte de Polonia.
Su familia emigró a Estados Unidos cuando él era todavía un niño.
Rabi se convirtió en físico y desarrolló un método extremadamente preciso para estudiar las propiedades magnéticas de átomos y moléculas.
En 1944 recibió el Premio Nobel de Física por su método de resonancia destinado a registrar las propiedades magnéticas de los núcleos atómicos.
Los átomos como pequeños imanes
Los protones y neutrones forman el núcleo de los átomos.
Algunos núcleos poseen una propiedad cuántica denominada espín.
El espín no significa que la partícula gire exactamente como una pelota clásica.
Es una propiedad cuántica que produce un momento magnético.
De forma simplificada, determinados núcleos se comportan como pequeños imanes.
Cuando se sitúan dentro de un campo magnético, pueden orientarse de maneras específicas.
Las diferentes orientaciones no poseen exactamente la misma energía.
Los haces moleculares
Rabi trabajó con técnicas de haces moleculares.
Dentro de un aparato de vacío, una fuente producía un conjunto de átomos o moléculas que se desplazaban en una dirección determinada.
El haz atravesaba regiones con campos magnéticos.
Las partículas sufrían pequeñas desviaciones dependiendo de sus propiedades magnéticas.
Midiendo su trayectoria era posible investigar:
- Momentos magnéticos.
- Estados cuánticos.
- Estructura de átomos y moléculas.
- Interacción entre núcleos y campos externos.
La idea de la resonancia
Rabi añadió un campo electromagnético oscilante al experimento.
Las ondas de radio podían provocar transiciones entre los estados magnéticos del núcleo.
Pero el cambio solo ocurría con gran intensidad cuando la frecuencia coincidía con la diferencia energética entre ambos estados.
Esta coincidencia se conoce como resonancia.
Podemos compararla con empujar un columpio.
Si aplicamos los impulsos siguiendo el ritmo adecuado, la amplitud aumenta.
Si empujamos en momentos aleatorios, el efecto resulta mucho menor.
En el experimento de Rabi, la frecuencia correcta producía un cambio detectable en la trayectoria de las partículas.
Una huella magnética de cada núcleo
La frecuencia de resonancia depende de:
- El tipo de núcleo.
- La intensidad del campo magnético.
- El entorno químico.
- Las interacciones con otros átomos.
Por ello, la resonancia proporciona información extremadamente precisa sobre la materia.
El método permitió medir propiedades nucleares que antes eran casi inaccesibles.
De los haces moleculares a la resonancia magnética nuclear
Después de la Segunda Guerra Mundial, Felix Bloch y Edward Purcell desarrollaron métodos para detectar resonancia magnética nuclear en muestras macroscópicas.
En lugar de estudiar un pequeño haz de moléculas, podían analizar líquidos y sólidos completos.
La técnica recibió el nombre de resonancia magnética nuclear o RMN.
La RMN se convirtió en una herramienta fundamental para estudiar:
- Estructuras moleculares.
- Proteínas.
- Compuestos orgánicos.
- Reacciones químicas.
- Propiedades de materiales.
- Dinámica de moléculas.
¿Cómo identifica una molécula la RMN?
Los núcleos de hidrógeno resultan especialmente útiles porque aparecen en gran cantidad de moléculas.
Un átomo de hidrógeno situado junto a oxígeno no experimenta exactamente el mismo entorno electrónico que otro unido a carbono.
Los electrones modifican ligeramente el campo magnético que recibe cada núcleo.
Por ello, sus frecuencias de resonancia presentan pequeñas diferencias.
El espectro resultante puede mostrar:
- Qué tipos de hidrógeno existen.
- Cuántos hay.
- Cómo están conectados.
- Qué grupos químicos rodean a cada uno.
Para un químico, un espectro de RMN funciona como una fuente de pistas sobre la estructura molecular.
De la RMN a las imágenes médicas
Durante la década de 1970, varios investigadores desarrollaron métodos para utilizar gradientes magnéticos y localizar las señales dentro de un cuerpo.
La técnica evolucionó hacia la imagen por resonancia magnética.
En medicina suele omitirse la palabra nuclear para evitar que se confunda con radiación nuclear peligrosa.
La resonancia magnética clínica no utiliza rayos X ni materiales radiactivos para formar la imagen.
Emplea:
- Un campo magnético intenso.
- Pulsos de radiofrecuencia.
- Gradientes magnéticos.
- Ordenadores capaces de reconstruir imágenes.
¿Qué ocurre dentro del escáner?
El cuerpo humano contiene una gran cantidad de agua y, por tanto, numerosos núcleos de hidrógeno.
Cuando la persona entra en el campo magnético:
- Una pequeña parte de los núcleos se orienta con el campo.
- Un pulso de radiofrecuencia altera esa orientación.
- Al terminar el pulso, los núcleos regresan progresivamente al equilibrio.
- Durante el proceso emiten señales electromagnéticas.
- Las antenas del equipo detectan esas señales.
- Un ordenador calcula de qué región proceden.
Los diferentes tejidos regresan al equilibrio a velocidades distintas.
Esto permite distinguir:
- Materia gris y blanca del cerebro.
- Músculos.
- Grasa.
- Ligamentos.
- Cartílago.
- Tumores.
- Inflamaciones.
¿Por qué hace tanto ruido?
Durante una resonancia magnética se escuchan golpes y zumbidos intensos.
El ruido no procede principalmente del gran imán estático.
Se genera cuando las bobinas de gradiente cambian rápidamente de corriente.
Las fuerzas magnéticas hacen vibrar partes del sistema.
Por ello, los pacientes suelen utilizar tapones o auriculares.
Seguridad y objetos metálicos
El campo magnético puede atraer con enorme fuerza determinados objetos ferromagnéticos.
Antes de entrar en la sala deben revisarse:
- Implantes.
- Marcapasos.
- Clips quirúrgicos.
- Fragmentos metálicos.
- Herramientas.
- Botellas de oxígeno.
- Objetos electrónicos.
Un objeto suelto puede convertirse en un proyectil peligroso.
Los implantes modernos deben evaluarse para comprobar si son compatibles con el equipo.
Relojes atómicos y otras aplicaciones
Los métodos de resonancia desarrollados por Rabi también influyeron sobre los relojes atómicos.
Un reloj atómico utiliza una frecuencia de transición extremadamente estable como referencia.
Estos relojes son esenciales para:
- Sistemas GPS.
- Telecomunicaciones.
- Redes eléctricas.
- Internet.
- Experimentos de física fundamental.
- Navegación espacial.
El GPS necesita comparar tiempos con una precisión extraordinaria.
Un error de millonésimas de segundo puede producir errores importantes de posición.
Una contribución que conectó física y medicina
Rabi no construyó por sí solo el escáner médico moderno.
La resonancia magnética fue el resultado del trabajo de numerosas generaciones de físicos, químicos, médicos e ingenieros.
Sin embargo, su método de resonancia proporcionó una base experimental fundamental.
Una investigación concebida para comprender las propiedades cuánticas de los núcleos terminó ayudando a observar el interior del cuerpo humano sin cirugía.
1958: Eisenhower firma la ley que crea la NASA
El 29 de julio de 1958, el presidente estadounidense Dwight D. Eisenhower firmó la Ley Nacional de Aeronáutica y del Espacio.
La norma creó la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio, conocida mundialmente por sus siglas en inglés:
NASA
La agencia comenzó oficialmente sus operaciones el 1 de octubre de 1958.
La creación de la NASA no fue únicamente el nacimiento de una organización.
Representó la respuesta estadounidense a una transformación tecnológica y política iniciada por el lanzamiento del Sputnik.
El impacto del Sputnik
El 4 de octubre de 1957, la Unión Soviética colocó en órbita el primer satélite artificial de la historia.
Sputnik 1 era una pequeña esfera que transmitía señales de radio.
Desde el punto de vista científico, su carga era relativamente sencilla.
Su impacto político fue enorme.
El lanzamiento demostró que la Unión Soviética disponía de cohetes capaces de:
- Alcanzar la órbita terrestre.
- Transportar cargas a grandes distancias.
- Desarrollar tecnología avanzada de guiado.
- Superar momentáneamente a Estados Unidos en una competición estratégica.
La misma tecnología básica utilizada para lanzar un satélite podía relacionarse con el desarrollo de misiles intercontinentales.
Estados Unidos comenzó a revisar rápidamente sus programas científicos, educativos y militares.
Antes de la NASA existía la NACA
Estados Unidos ya contaba con una organización dedicada a la investigación aeronáutica.
La National Advisory Committee for Aeronautics, conocida como NACA, había sido creada en 1915.
Sus investigadores estudiaban:
- Aerodinámica.
- Motores.
- Alas.
- Vuelo a gran velocidad.
- Materiales.
- Seguridad de las aeronaves.
La NACA gestionaba centros, laboratorios y túneles de viento.
Sus datos habían contribuido al desarrollo de numerosos aviones civiles y militares.
Sin embargo, la llegada de la era espacial exigía una organización con objetivos mucho más amplios.
Una agencia civil
Una de las decisiones fundamentales fue crear una agencia civil en lugar de entregar todo el programa espacial a las Fuerzas Armadas.
La ley estableció que las actividades espaciales estadounidenses debían desarrollarse con fines pacíficos para beneficio de la humanidad, aunque la investigación militar continuaría dentro de otras organizaciones.
La NASA asumió responsabilidades relacionadas con:
- Investigación aeronáutica.
- Exploración del espacio.
- Desarrollo de vehículos.
- Observación de la Tierra.
- Ciencia planetaria.
- Vuelos tripulados.
- Cooperación internacional.
- Difusión de resultados científicos.
Los objetivos de la ley espacial
La Ley Nacional de Aeronáutica y del Espacio estableció diferentes objetivos.
Entre ellos se encontraban:
- Ampliar el conocimiento sobre la atmósfera y el espacio.
- Mejorar la utilidad, velocidad, seguridad y eficiencia de los vehículos.
- Desarrollar naves capaces de transportar instrumentos y seres vivos.
- Investigar las oportunidades y problemas de las actividades espaciales.
- Preservar el liderazgo científico y tecnológico.
- Cooperar con otras naciones.
- Evitar duplicaciones innecesarias dentro del Gobierno.
La ley también estableció mecanismos para compartir descubrimientos con otras instituciones cuando fuera apropiado.
Los primeros centros y trabajadores
La nueva agencia heredó de la NACA:
- Aproximadamente ocho mil empleados.
- Laboratorios aeronáuticos.
- Túneles de viento.
- Aviones experimentales.
- Programas de investigación.
También incorporó posteriormente equipos relacionados con cohetes, satélites y comunicaciones procedentes de otras organizaciones.
Entre sus centros iniciales estuvieron las instalaciones que evolucionarían hasta convertirse en:
- Langley Research Center.
- Ames Research Center.
- Glenn Research Center.
- Goddard Space Flight Center.
- Marshall Space Flight Center.
- Jet Propulsion Laboratory.
El Proyecto Mercury
Uno de los primeros grandes objetivos de la NASA fue enviar seres humanos al espacio.
El Proyecto Mercury debía responder preguntas básicas:
- ¿Podía una persona sobrevivir a un lanzamiento?
- ¿Podía trabajar en microgravedad?
- ¿Cómo responderían el corazón y el cerebro?
- ¿Podía controlarse una cápsula?
- ¿Era posible regresar atravesando la atmósfera?
En 1961, Alan Shepard realizó el primer vuelo espacial estadounidense.
En 1962, John Glenn completó las primeras órbitas estadounidenses alrededor de la Tierra.
De Mercury a la Luna
La NASA desarrolló después el programa Gemini.
Gemini permitió practicar:
- Vuelos de larga duración.
- Encuentros orbitales.
- Acoplamientos.
- Paseos espaciales.
- Maniobras precisas.
Estos conocimientos fueron esenciales para Apollo.
El 20 de julio de 1969, menos de once años después de la firma de la ley, Apollo 11 consiguió realizar el primer alunizaje tripulado.
Mucho más que vuelos tripulados
La imagen pública de la NASA suele asociarse a astronautas y cohetes.
Sin embargo, una gran parte de su actividad está relacionada con ciencia y tecnología no tripuladas.
La agencia ha desarrollado o gestionado misiones para estudiar:
- El Sol.
- La Tierra.
- La Luna.
- Marte.
- Venus.
- Mercurio.
- Los planetas gigantes.
- Asteroides y cometas.
- Galaxias y agujeros negros.
- El origen y evolución del universo.
Satélites de observación terrestre han permitido investigar huracanes, incendios, hielo polar, océanos, agricultura y cambio climático.
Telescopios como Hubble, Chandra, Spitzer y James Webb han transformado la astronomía.
La investigación aeronáutica continúa
La primera letra de NASA significa aeronáutica.
La agencia sigue investigando:
- Aviones más eficientes.
- Reducción del ruido.
- Nuevas formas de propulsión.
- Vuelo supersónico.
- Seguridad aérea.
- Drones.
- Movilidad aérea urbana.
- Materiales ligeros.
Muchos avances desarrollados para la aviación y el espacio terminan aplicándose en otros sectores.
Competición y cooperación
La NASA nació dentro de la Guerra Fría y de una competición con la Unión Soviética.
Sin embargo, también desarrolló programas de cooperación.
Entre los ejemplos se encuentran:
- Apollo-Soyuz.
- El programa Shuttle-Mir.
- La Estación Espacial Internacional.
- Misiones científicas con agencias europeas, japonesas, canadienses e indias.
- Intercambio internacional de datos.
La exploración espacial combina actualmente competencia entre países y empresas con proyectos que necesitan colaboración global.
1985: Challenger despega con Spacelab 2 y realiza el único aborto a órbita del programa
El 29 de julio de 1985 despegó el transbordador espacial Challenger durante la misión STS-51F.
Su principal carga científica era Spacelab 2, un conjunto de instrumentos instalado en la bodega del transbordador.
La misión debía investigar:
- El Sol.
- El universo en rayos X.
- Partículas cósmicas.
- Plasma espacial.
- La atmósfera terrestre.
- Comportamiento de materiales.
- Biología en microgravedad.
El lanzamiento terminó convirtiéndose en uno de los episodios más extraordinarios de toda la historia de los transbordadores.
Uno de sus tres motores principales se apagó antes de tiempo.
Un intento anterior detenido después de encender los motores
STS-51F debía despegar inicialmente el 12 de julio.
Durante la cuenta atrás, los tres motores principales del transbordador se encendieron.
Sin embargo, los ordenadores detectaron un problema relacionado con una válvula del sistema de refrigeración del motor número dos.
La secuencia se detuvo apenas unos segundos antes del encendido de los cohetes laterales.
Los motores principales fueron apagados mientras Challenger permanecía sujeto a la plataforma.
Una interrupción en esa fase resultaba especialmente delicada porque:
- Los motores ya estaban funcionando.
- El depósito externo contenía hidrógeno y oxígeno líquidos.
- La tripulación se encontraba dentro de la cabina.
- La plataforma estaba rodeada de sistemas criogénicos y combustibles.
La investigación descubrió que el problema principal estaba relacionado con un sensor.
El lanzamiento se reprogramó para el 29 de julio.
Los tres motores principales
El transbordador utilizaba durante el ascenso:
- Dos grandes cohetes de combustible sólido.
- Tres motores principales instalados en la parte trasera del orbitador.
Los motores principales recibían hidrógeno y oxígeno líquidos desde el depósito externo.
Funcionaban durante aproximadamente ocho minutos y medio.
Después, el transbordador continuaba por inercia y realizaba maniobras adicionales para completar la entrada en órbita.
Perder uno de los motores durante una fase inadecuada podía impedir alcanzar el espacio o poner en peligro a la tripulación.
El apagado prematuro
Aproximadamente cinco minutos y cuarenta y cinco segundos después del despegue, uno de los sensores indicó que la temperatura de una turbobomba era excesiva.
Un segundo sensor pareció confirmar la medición.
Los ordenadores apagaron automáticamente el motor número uno para evitar una avería catastrófica.
Posteriormente se comprobó que los sensores proporcionaban información incorrecta.
El motor probablemente estaba funcionando correctamente.
El peligro de perder un segundo motor
Poco después, sensores de otro motor comenzaron a mostrar valores semejantes.
Si los ordenadores hubieran apagado también ese motor, Challenger podría haber quedado en una situación mucho más peligrosa.
Los controladores determinaron que las indicaciones eran probablemente falsas.
Enviaron una orden para impedir que los sensores provocaran automáticamente el apagado del segundo motor.
La decisión permitió que los dos motores restantes continuaran funcionando.
¿Qué es un aborto a órbita?
Los transbordadores disponían de diferentes procedimientos de emergencia.
Uno de ellos era el Abort to Orbit, abreviado ATO.
Se utilizaba cuando la nave no podía alcanzar la órbita planificada, pero todavía poseía suficiente velocidad y capacidad para llegar a una órbita más baja.
Challenger no alcanzó la trayectoria original.
Sin embargo, los dos motores restantes y los sistemas orbitales permitieron colocar la nave en una órbita segura.
Fue el único aborto a órbita realizado durante todo el programa del transbordador.
Una emergencia que no terminó la misión
A pesar del fallo, la tripulación pudo continuar.
Los astronautas ajustaron la planificación y desplegaron Spacelab 2.
La misión demostró la importancia de:
- Sistemas automáticos de protección.
- Controladores capaces de interpretar datos contradictorios.
- Procedimientos de emergencia ensayados.
- Combustible y capacidad de maniobra adicionales.
- Flexibilidad científica.
La nave había sufrido un problema grave durante el lanzamiento, pero todavía podía convertirse en un laboratorio orbital operativo.
Spacelab 2
Spacelab era un programa desarrollado conjuntamente por la NASA y la Agencia Espacial Europea.
Algunas misiones utilizaban un laboratorio presurizado en el que los astronautas podían trabajar.
Spacelab 2 estaba formado principalmente por plataformas abiertas instaladas en la bodega.
Los instrumentos quedaban expuestos directamente al espacio.
Esto resultaba especialmente útil para telescopios y detectores.
Observación del Sol
Entre los instrumentos se encontraba el Solar Optical Universal Polarimeter.
El equipo estudiaba la polarización de la luz solar.
La polarización puede proporcionar información sobre:
- Campos magnéticos.
- Dispersión de la luz.
- Propiedades de la atmósfera solar.
- Estructura de regiones activas.
La misión también observó la corona solar y diferentes fenómenos energéticos.
Astronomía de rayos X
La atmósfera absorbe la mayor parte de los rayos X procedentes del universo.
Para detectarlos es necesario situar instrumentos en globos, cohetes o naves espaciales.
Spacelab 2 estudió fuentes como:
- Estrellas de neutrones.
- Restos de supernovas.
- Sistemas binarios.
- Regiones de gas extremadamente caliente.
Estos objetos emiten rayos X porque la materia alcanza temperaturas enormes o acelera cerca de campos gravitatorios intensos.
El helio superfluido
Uno de los experimentos estudió helio enfriado hasta temperaturas extremadamente próximas al cero absoluto.
En determinadas condiciones, el helio puede convertirse en un superfluido.
Un superfluido muestra comportamientos cuánticos sorprendentes:
- Viscosidad extremadamente pequeña.
- Capacidad para fluir por conductos diminutos.
- Movimiento colectivo de partículas.
- Fenómenos que no aparecen en líquidos ordinarios.
La microgravedad permitía estudiar el fluido sin que el peso terrestre dominara su distribución.
Una misión científicamente exitosa
STS-51F permaneció en órbita durante casi ocho días.
A pesar del aborto a órbita, consiguió completar gran parte de sus objetivos científicos.
Challenger aterrizó con seguridad en la Base Aérea Edwards el 6 de agosto.
La misión quedó como ejemplo de una emergencia correctamente gestionada.
También mostró que los datos de sensores deben evaluarse con cuidado.
Un sensor defectuoso puede provocar una decisión automática innecesaria, pero ignorar una advertencia verdadera también puede resultar catastrófico.
1999: Deep Space 1 sobrevuela el asteroide Braille utilizando tecnologías del futuro
El 29 de julio de 1999, la nave Deep Space 1 pasó junto al asteroide 9969 Braille.
La misión no había sido creada principalmente para estudiar un asteroide.
Su objetivo central era probar doce tecnologías avanzadas que podían utilizarse en futuras naves interplanetarias.
Entre ellas destacaban:
- Propulsión iónica.
- Navegación autónoma.
- Ordenadores capaces de diagnosticar problemas.
- Instrumentos científicos compactos.
- Paneles solares avanzados.
- Electrónica de bajo consumo.
El encuentro con Braille era una oportunidad para comprobar esas tecnologías en una situación real.
La propulsión química
Los cohetes convencionales queman combustible y expulsan gases a gran velocidad.
Producen un empuje intenso durante un periodo relativamente breve.
Este sistema es necesario para:
- Despegar desde la Tierra.
- Realizar maniobras rápidas.
- Superar la gravedad durante el lanzamiento.
Sin embargo, una nave interplanetaria puede beneficiarse de un sistema diferente.
En el vacío no siempre necesita una gran fuerza instantánea.
Puede utilizar un empuje muy pequeño durante meses o años.
¿Cómo funciona un motor iónico?
Deep Space 1 utilizaba xenón, un gas noble.
El proceso general era:
- Introducir átomos de xenón en una cámara.
- Arrancar electrones para convertirlos en iones positivos.
- Acelerar los iones mediante campos eléctricos.
- Expulsarlos a gran velocidad por la parte trasera.
- Liberar electrones para neutralizar el chorro.
La nave recibía un empuje en dirección contraria.
La fuerza era extremadamente pequeña, comparable aproximadamente al peso de una hoja de papel.
Pero podía mantenerse durante miles de horas.
Una aceleración pequeña que se acumula
Una fuerza débil parece poco útil.
Sin embargo, en el espacio no existe una resistencia atmosférica importante que frene continuamente la nave.
Cada segundo de funcionamiento añade una pequeña cantidad de velocidad.
Después de semanas o meses, el cambio acumulado puede superar al conseguido mediante una breve maniobra química.
La propulsión iónica resulta especialmente adecuada para:
- Cambiar lentamente una órbita.
- Viajar entre diferentes asteroides.
- Transportar cargas con poco combustible.
- Mantener misiones durante años.
AutoNav: una nave que se orientaba por sí misma
Las naves interplanetarias reciben normalmente instrucciones desde la Tierra.
Pero las señales tardan en viajar.
Cuanto más lejos se encuentra la nave, mayor es el retraso.
Durante una aproximación rápida a un asteroide, los controladores no pueden corregir cada movimiento en tiempo real.
Deep Space 1 probó un sistema denominado AutoNav.
El sistema podía:
- Fotografiar asteroides y estrellas.
- Comparar las posiciones observadas con mapas.
- Calcular la trayectoria.
- Determinar correcciones necesarias.
- Enviar órdenes al sistema de propulsión.
La nave comenzaba a asumir funciones que tradicionalmente dependían de equipos terrestres.
El asteroide Braille
Braille es un pequeño asteroide rocoso con una forma irregular.
Su nombre homenajea a Louis Braille, creador del sistema de lectura táctil.
Las observaciones indicaron que su composición podía guardar semejanzas con el asteroide Vesta.
Esto planteaba la posibilidad de que fuera un fragmento expulsado durante una antigua colisión.
Un encuentro a enorme velocidad
Deep Space 1 pasó junto al asteroide a una velocidad relativa aproximada de:
56.000 kilómetros por hora
La nave se acercó a unos 26 kilómetros.
A esa velocidad, el periodo de observación cercana era extremadamente breve.
La orientación debía ajustarse rápidamente para mantener los instrumentos dirigidos hacia el objetivo.
Una aproximación con problemas
El encuentro no ocurrió exactamente como se había planeado.
La nave pasó a una distancia mayor que la prevista.
Además, dificultades relacionadas con el seguimiento del objetivo limitaron la calidad y cantidad de las imágenes.
Aun así, la misión obtuvo fotografías y datos espectrales.
Lo más importante era demostrar que las tecnologías funcionaban en el espacio profundo.
Una nave que aprendía a resolver problemas
Deep Space 1 también probó un sistema informático llamado Remote Agent.
El programa podía:
- Planificar actividades.
- Detectar fallos.
- Diagnosticar posibles causas.
- Reorganizar operaciones.
- Responder sin esperar instrucciones terrestres.
Este tipo de autonomía resulta fundamental para futuras misiones alejadas.
Una nave que explorara las lunas de Júpiter, Saturno o regiones más lejanas no podría depender constantemente de decisiones humanas inmediatas.
El encuentro con el cometa Borrelly
Después de completar su misión tecnológica, Deep Space 1 continuó funcionando.
En 2001 pasó junto al cometa Borrelly.
La nave obtuvo imágenes detalladas de su núcleo y estudió los gases y partículas de la coma.
El encuentro fue especialmente impresionante porque el rastreador de estrellas de la nave había fallado.
Los ingenieros consiguieron utilizar la cámara científica como sustituto para determinar la orientación.
La herencia de Deep Space 1
Las tecnologías probadas se incorporaron a misiones posteriores.
La propulsión iónica fue utilizada por:
- Dawn, que orbitó Vesta y Ceres.
- Hayabusa, dedicada a recoger muestras de un asteroide.
- BepiColombo, en su viaje hacia Mercurio.
- Diferentes satélites comerciales.
Deep Space 1 demostró que una misión tecnológica puede producir ciencia y, al mismo tiempo, reducir los riesgos de las naves futuras.
2005: se anuncia el descubrimiento de Eris y comienza la gran crisis de Plutón
El 29 de julio de 2005, un equipo dirigido por Mike Brown anunció públicamente el descubrimiento de un gran objeto situado más allá de Neptuno.
El equipo también incluía a:
- Chad Trujillo.
- David Rabinowitz.
El objeto recibió inicialmente la designación provisional 2003 UB313.
Durante un tiempo fue apodado informalmente Xena.
Posteriormente recibió el nombre oficial de Eris.
Las primeras estimaciones indicaban que podía ser más grande que Plutón.
La noticia planteó una pregunta inmediata:
¿Había aparecido el décimo planeta?
Un objeto escondido en imágenes antiguas
Las primeras fotografías utilizadas para encontrar Eris habían sido obtenidas en octubre de 2003 mediante el telescopio Samuel Oschin del Observatorio Palomar.
Los astrónomos fotografiaban repetidamente regiones del cielo para buscar pequeños puntos que cambiaran de posición.
Las estrellas están tan lejos que mantienen posiciones casi fijas durante periodos cortos.
Un objeto del Sistema Solar se desplaza respecto al fondo.
Sin embargo, Eris estaba tan lejos que su movimiento era extremadamente lento.
El sistema informático utilizado inicialmente no lo identificó.
Cuando el equipo revisó los datos con criterios capaces de detectar movimientos menores, encontró el objeto.
¿Dónde se encuentra Eris?
Eris es un objeto transneptuniano.
Su órbita se encuentra mucho más allá de la de Neptuno y está fuertemente inclinada respecto al plano principal del Sistema Solar.
Tarda aproximadamente:
557 años terrestres
en completar una vuelta alrededor del Sol.
Su trayectoria es muy elíptica.
La distancia al Sol cambia enormemente a lo largo de la órbita.
Cuando fue descubierto se encontraba cerca de su punto más lejano.
Un mundo helado y oscuro
Desde la región de Eris, el Sol parecería una estrella extraordinariamente brillante, pero mucho más pequeña que desde la Tierra.
La temperatura superficial es extremadamente baja.
Las observaciones indican que existen hielos de metano sobre su superficie.
Cuando Eris está muy lejos del Sol, parte de su tenue atmósfera puede congelarse y depositarse sobre el terreno.
Al acercarse durante su larga órbita, determinados compuestos podrían volver a convertirse en gas.
¿Es Eris más grande que Plutón?
Cuando se anunció el descubrimiento, las mediciones sugerían que Eris tenía un diámetro mayor que Plutón.
Medir un objeto tan distante resulta difícil.
Su brillo depende tanto del tamaño como de la cantidad de luz que refleja.
Un objeto pequeño y brillante puede parecer semejante a otro grande y oscuro.
Observaciones posteriores mostraron que Eris y Plutón poseen tamaños muy parecidos.
Actualmente se considera que Plutón tiene un diámetro ligeramente mayor.
Sin embargo, Eris posee más masa.
Por tanto:
- Plutón es ligeramente mayor en diámetro.
- Eris es más masivo.
Dysnomia, la luna de Eris
Eris posee una luna llamada Dysnomia.
Observar su movimiento permitió calcular la masa del planeta enano.
La gravedad de Eris determina la velocidad y la trayectoria orbital de su satélite.
Aplicando las leyes de Kepler y Newton puede calcularse la masa del sistema.
El nombre Dysnomia procede de una figura mitológica relacionada con la ausencia de ley y es hija de Eris, diosa de la discordia.
El problema de definir un planeta
Antes de Eris, Plutón era considerado el noveno planeta.
Pero durante las décadas anteriores se habían descubierto numerosos objetos en la región exterior.
Algunos, como:
- Quaoar.
- Sedna.
- Haumea.
- Makemake.
presentaban tamaños considerables.
Si Eris era un planeta porque tenía un tamaño comparable al de Plutón, otros objetos también podían reclamar esa categoría.
El Sistema Solar podía terminar teniendo decenas de planetas.
Los astrónomos necesitaban establecer una definición.
La definición de 2006
En agosto de 2006, la Unión Astronómica Internacional aprobó una definición de planeta para los cuerpos que orbitan el Sol.
Un planeta debe:
- Orbitar alrededor del Sol.
- Tener suficiente masa para adoptar una forma aproximadamente esférica.
- Haber limpiado gravitatoriamente la región próxima a su órbita.
Plutón y Eris cumplen las dos primeras condiciones.
Sin embargo, comparten su región orbital con numerosos objetos.
No dominan gravitatoriamente su entorno de la misma manera que la Tierra, Júpiter o Neptuno.
Por ello fueron clasificados como planetas enanos.
¿Qué significa limpiar una órbita?
La expresión no significa que no exista ningún otro objeto cerca.
La Tierra comparte su región con asteroides y polvo.
La diferencia está en que su masa domina ampliamente la zona.
Durante la formación del Sistema Solar, un planeta grande:
- Absorbe cuerpos menores.
- Los expulsa.
- Los captura como satélites.
- Controla sus trayectorias mediante la gravedad.
Plutón y Eris forman parte de poblaciones amplias de objetos transneptunianos.
La polémica continúa
No todos los científicos están de acuerdo con la definición de la Unión Astronómica Internacional.
Algunos proponen una definición geofísica.
Según esta visión, un cuerpo debería considerarse planeta si posee suficiente gravedad para adquirir una forma redondeada y presenta procesos geológicos, independientemente de su órbita.
Con esa definición serían planetas:
- Plutón.
- Eris.
- Ceres.
- La Luna.
- Numerosos satélites de los planetas gigantes.
Otros astrónomos prefieren la clasificación orbital aprobada en 2006.
La discusión muestra que las categorías científicas son herramientas creadas para organizar la naturaleza.
La naturaleza no está obligada a ajustarse perfectamente a nuestras palabras.
Eris, la diosa de la discordia
El nombre elegido resultó especialmente apropiado.
En la mitología griega, Eris era la diosa de la discordia y el conflicto.
El descubrimiento del planeta enano desencadenó una de las discusiones astronómicas más conocidas de la historia moderna.
Plutón perdió su clasificación tradicional y millones de personas debatieron sobre qué significaba realmente ser un planeta.
El Sistema Solar más allá de Neptuno
El descubrimiento de Eris ayudó a mostrar que las regiones exteriores no están vacías.
Contienen miles de mundos helados que conservan información sobre la formación planetaria.
Estudiarlos permite investigar:
- La distribución inicial de materiales.
- Las migraciones de los planetas gigantes.
- El origen de determinados cometas.
- La formación de satélites.
- La evolución térmica de pequeños mundos.
Plutón no dejó de ser interesante cuando cambió de categoría.
La misión New Horizons mostró en 2015 que posee montañas de hielo, glaciares de nitrógeno, una atmósfera compleja y una superficie extraordinariamente activa.
La clasificación no determina la importancia científica de un mundo.
¿Por qué el 29 de julio es tan importante para la ciencia?
El 29 de julio reúne campos muy diferentes:
- Biología marina.
- Exploración submarina.
- Ecología.
- Física cuántica.
- Resonancia magnética.
- Diagnóstico médico.
- Historia de la exploración espacial.
- Seguridad aeroespacial.
- Astronomía de rayos X.
- Propulsión iónica.
- Navegación autónoma.
- Asteroides.
- Planetas enanos.
- Clasificación del Sistema Solar.
Es una fecha que conecta una pequeña esfera de acero suspendida sobre un océano con los núcleos de hidrógeno de nuestro cuerpo, una firma presidencial con un transbordador perdiendo un motor, un chorro de iones de xenón con un mundo helado situado más allá de Neptuno.
También muestra que explorar no siempre significa desplazarse de la misma manera.
William Beebe descendió verticalmente hacia las profundidades.
Rabi exploró los estados internos de átomos y moléculas.
La NASA convirtió la exploración del espacio en un programa científico y tecnológico organizado.
Challenger demostró que incluso una nave dañada podía alcanzar una órbita alternativa.
Deep Space 1 utilizó una fuerza casi imperceptible durante miles de horas.
Eris amplió los límites conocidos del Sistema Solar y obligó a revisar las palabras utilizadas para describirlo.
El 29 de julio recuerda que la ciencia avanza cuando construimos instrumentos capaces de acceder a lugares invisibles.
Puede ser la oscuridad del océano, el interior de un átomo, la órbita terrestre, la superficie de un asteroide o una región situada a miles de millones de kilómetros del Sol.
Conclusión
El 29 de julio es una fecha extraordinaria dentro de la historia de la ciencia y la tecnología.
William Beebe nació para convertirse en uno de los primeros científicos que observaron directamente la vida de las profundidades marinas; Isidor Isaac Rabi desarrolló un método de resonancia que abrió el camino hacia la espectroscopia molecular, los relojes atómicos y las imágenes médicas; Dwight D. Eisenhower firmó la ley que creó la NASA; Challenger alcanzó una órbita segura después del apagado prematuro de uno de sus motores y consiguió realizar la misión científica Spacelab 2; Deep Space 1 pasó junto al asteroide Braille mientras demostraba tecnologías como la propulsión iónica y la navegación autónoma; y el anuncio de Eris inició el debate que transformó a Plutón en planeta enano.
El 29 de julio reúne peces bioluminiscentes, campos magnéticos, cohetes, sensores defectuosos, iones de xenón, asteroides y mundos cubiertos de metano congelado.
Y eso demuestra que las grandes revoluciones científicas pueden comenzar de formas completamente diferentes.
A veces empiezan mirando por una pequeña ventana bajo el océano.
Otras veces nacen al escuchar la frecuencia exacta de un núcleo atómico, firmar una nueva ley, superar una emergencia durante un lanzamiento o encontrar un diminuto punto que se mueve lentamente entre las estrellas.
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Fuentes oficiales, científicas e históricas:
- Wildlife Conservation Society Archives — William Beebe
- Wildlife Conservation Society — Beebe y sus inmersiones en la batisfera
- Wildlife Conservation Society — Historia de la batisfera
- WCS Library and Archives — Department of Tropical Research
- Nobel Prize — Isidor Isaac Rabi Facts
- Nobel Prize — Biografía de Isidor Isaac Rabi
- NASA — Ley Nacional de Aeronáutica y del Espacio de 1958
- NASA — La ley que creó la agencia espacial
- NASA — Firma de la ley espacial por Eisenhower
- NASA — Misión STS-51F
- NASA — Lanzamiento de Spacelab 2
- NASA — Emergencias de lanzamiento y aborto a órbita de STS-51F
- NASA Science — Deep Space 1
- NASA/JPL — Sobrevuelo del asteroide Braille
- NASA/JPL — Preparación del encuentro con Braille
- NASA/JPL — Propulsión iónica y tecnologías de Deep Space 1
- NASA/JPL — Anuncio del descubrimiento de Eris
- NASA Science — Eris
- Caltech — El planeta enano Eris y el debate sobre Plutón
- NASA Science — El cinturón de Kuiper y los planetas enanos
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