El primer Objeto sobre la Superficie Lunar

Neil Armstrong, Michael Collins y Buzz Aldrin

Cuando el módulo Lunar Eagle se poso sobre la superficie de la Luna el 20 de julio de 1969, Neil Armstrong y Buzz Aldrin tuvieron que esperar seis horas y media antes de salir a dar el primer paseo lunar. Sin embargo antes era importante realizar una pequeña operación de limpieza dentro del módulo. Una vez abierta la compuerta de salida y aproximadamente cinco minutos antes que Armstrong pronunciara su famosa frase, Aldrin le entregó a una bolsa blanca. Era la bolsa de la basura o como se le denomina en ingles “jettison bag” o “jett bag” en su versión reducida. Estaba llena de cosas innecesarias como restos de alimentos, heces y vómitos.

Armstrong arrojo la bolsa fuera del módulo, siendo el primer objeto en tocar la superficie lunar. El segundo objeto en tocar la superficie lunar fue la bota del pie de Armstrong, quizá el mismo pie que pateo la bolsa hasta debajo del módulo lunar para quitarla de en medio. Sin embargo en la primera foto que registro Neil allí estaba, y es que no es fácil deshacerse de la bolsa de la basura.

Primera fotografia de Neil Armstron en la Luna.
Buzz Aldrin bajando del módulo junto a la basura, fotografiado por Neil Armstrong

En la lista de objetos dejados en la Luna por la NASA no hay lugar para la duda.

El total de misiones Apollo que alunizaron fueron 6, con un total de 12 astronautas convertidos en selenitas durante un tiempo. El resultado…96 jett bag dejadas en la Luna.

Puede parecer desagradable, pero es lo que hay, la basura ocupa lugar y pesa. Dos parámetros incompatibles para la vida en el módulo lunar y el despegue hacia la Tierra. El tamaño de la bolsa vacía era aproximadamente de 101 cm de largo por 70 cm de ancho y un peso de 380 gramos. La siguiente imagen muestra el jett bag.

Christian Lotzmann de 135 cm de alto sosteniendo el jett bag. http://www.workingonthemoon.com

Lo más curioso consiste en que los jett bag se han convertido en laboratorios bioquímicos. ¿Existe vida dentro de las bolsas de la basura? Puede parecer una pregunta absurda, pero si tenemos en cuenta que dentro existen desechos humanos y en estos existen millones de bacterias, entonces la pregunta es: ¿aun continúan con vida las bacterias dentro de estos laboratorios improvisados?.

Las condiciones en la superficie lunar son muy drásticas, con variaciones muy elevadas de temperaturas, desde los 100ºC durante el día a los -173ºC de la noche. Aparte de la ausencia de atmósfera y el bombardeo constante de los rayos cósmicos y las partículas solares.

También cabe la posibilidad de que las bacterias se encuentren en una fase de aletargamiento y puedan volver a la vida en las condiciones adecuadas de un laboratorio terrestre. Como así ha ocurrido con bacterias congeladas en el Ártico durante miles de años y que han vuelto a la vida.

Quien sabe, quizá la respuesta a como sobrevivir en el espacio se encuentra encerrada dentro de una bolsa de basura lunar.

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Chernobyl, explosión del reactor número 4.

Durante nuestra generación atómica han ocurrido 4 graves accidentes radioactivos:

  • En la planta atómica de Mayak, USSR en 1957.
  • En la central nuclear de “Three Mile Island” en 1979.
  • En la central nuclear de Chernobyl, USSR en 1986.
  • En la central nuclear de “Fukushima, Japón en 2011.

Cerca de 400.000 personas fueron evacuadas dado que la contaminación afectó a una zona de 200.000 km² por Cesio-137 cerca de 37.000 Bq/m². En Europa la contaminación por Cesio-137 alcanzó un área de 3.900.000 km² a un nivel de 4.000 Bq/m².

La mas importante y más conocida es la de Chernobyl. A las 1.23 horas del 26 de Abril de 1986, el cuarto reactor de la central nuclear de Chernobyl explotaba. Sucedía el peor accidente nuclear en época de paz, causando un elevado aumento de radioactividad en el medio ambiente. La central nuclear se encontraba a 3 km de la ciudad de Pripyat, con una población de 49.000 personas y a 18 km de la ciudad de Chernobyl. La actividad total de la radiación causada por la explosión del reactor durante los 10 días siguientes fueron aproximadamente de 1019 Bq. Solamente en Ucrania, Bielorrusia y Rusia alrededor de 9 millones de personas fueron directamente afectadas teniendo en cuenta que la radiactividad implicada fue 200 veces mayor que las bombas atómicas lanzadas sobre Hiroshima y Nagasaki.

Las consecuencias sobre la salud son difíciles de determinar, aunque algunos estudios sugieren entre 4000 y 9000 muertes por cáncer en Ucrania, Bielorrusia y Rusia. Seguramente los datos reales del impacto de Chernobyl permanecerán para siempre en el anonimato. Indudablemente la contaminación durará siglos y las zonas directamente afectadas continuaran con restricciones durante décadas. †

Mapa región de Chernobyl

Que sucedió en Chernobyl?

Cuando sucedió el accidente, en la planta nuclear habían 470 personas, de las cuales 200 eran operarios, 250 obreros de la construcción, 20 bomberos y guardias. De estos, 134 personas recibieron una dosis muy elevada de radiación. 28 de ellos murieron en los siguientes cuatro meses después del accidente.

Selección del tipo de reactor

Una condición esencial sobre el accidente, fue la elección del tipo de reactor nuclear usado en Chernobyl, conocido como RBMK (Reáktor Bolshói Móschnosti Kanálny) que se podría traducir como “Reactor de Canal de Alta Potencia”. Este tipo de reactor fue construido únicamente en Rusia, como parte del programa soviético para fabricar reactores refrigerados por agua, basados en sus reactores de producción de plutonio moderado por grafito. De esta manera si se utiliza agua ligera como refrigerante y grafito como moderador, es posible utilizar uranio poco enriquecido como combustible (2% Uranio-235). Conocido como un reactor de agua ligera moderado por grafito (LWGR), donde solo se utiliza un único circuito en el cual el combustible nuclear hacer hervir el agua produciendo vapor.

El control de la potencia se realiza mediante 211 barras de carburo de boro y grafito que absorben neutrones. Introduciendo los barras se aumenta la absorción de los neutrones y se disminuye la potencia del reactor, en cambio retirándolas se disminuye la absorción, aumentando la potencia del reactor. La potencia total es 3200 MW térmicos y 1000 MW eléctricos.

Esta combinación de moderador por grafito y refrigerado por agua ligera no se encuentra en ningún otro diseño de reactores nucleares, lo que hace del RBMK un diseño único en la URSS. Una de las características más significativas del reactor RBMK es el coeficiente positivo por vacío (burbujas de vapor). Significa que cuando una parte del agua líquida es reemplazada por vapor, la potencia del reactor aumenta.

Coeficiente positivo de vacío (Positive Void Coefficient)

El reactor refrigerado por agua contiene una cierta cantidad de vapor en el núcleo. Dado que el agua líquida es un refrigerador y un absorvedor de neutrones más eficiente que el vapor, un cambio en la proporción de vapor (que adquiere la forma de burbujas de vapor dentro del flujo de agua y se le denomina vació o cavitación) en el refrigerante, afecta a la cantidad de reacciones nucleares y por tanto a la potencia del núcleo. †

Esquema reactor RBMK

En los reactores RBMK el moderador y el refrigerante están separados por materiales distintos como hemos visto. En este caso un exceso de vapor reduce la propiedad de refrigeración del reactor y si el moderador no se modifica, la reacción nuclear sigue manteniéndose. Dejando en esta situación solamente la propiedad de absorber neutrones al agua como elemento esencial. Y si existe un exceso de burbujas de vapor la absorción disminuye, favoreciendo el aumento de la reacción nuclear y la potencia del núcleo. Todas estas observaciones indican que el coeficiente de las burbujas de vapor (vació) es un factor decisivo y dominante.

Consiguiendo un reactor de gran potencia sin necesidad de utilizar uranio enriquecido como combustible y agua pesada como refrigerador. Así se obtiene un reactor nuclear más barato pero también más inestable. Conviene subrayar que el RBMK era el único reactor atómico que utilizaba una combinación de grafito como moderador y agua refrigerante, esta condición lo hace altamente inestable en condiciones de baja potencia.

En 1972 se discutió en Kiev acerca el tipo de reactor que se tenia que construir en Chernobyl. Bryukhanov, el director abogaba por el tipo PWR (Pressurized Water Reactor). De esta manera informó al ministro de energía de Ucrania, Aleksin Makukhin. Sin embargo el científico Alekzandrov se opuso indicando que el RBMK era el reactor más seguro y producía la electricidad de una forma más barata. Por esta razón se decidió construir un reactor RBMK-1000 en Chernobyl, donde 1000 indica que produce 1000 MW de potencia.

La construcción del primer reactor RBMK empezó en marzo de 1970, siendo operativo en noviembre de 1974. Posteriormente se construyeron otros 14 reactores RBMK totalmente operativos en USSR antes del accidente de Chernobyl. Así que en total habían 15 reactores RBMK en USSR en abril de 1986, 4 en Leningrado, 4 en Chernobyl, 4 en Kursk, 2 en Smolensk y 1 en Ignalina.

Reactores nucleares RBMK

Estos reactores RBMK de segunda generación eran prácticamente una copia de los primeros RBMK desarrollados en 1960 por los mismos científicos y ingenieros que participaron en el programa soviético de armas nucleares. Aplicando el mismo criterio de secretismo en su desarrollo para los reactores nucleares, siendo totalmente prohibido hacer pública cualquier incidencia ocurrida en los reactores. A causa de este secretismo y la ausencia de incidentes se considero a la URSS como la más segura a nivel nuclear, sin embargo 11 accidentes habían ocurrido antes de la explosión de Chernobyl. Así se condicionó y fabricó la falsa creencia a los operadores de las centrales nucleares que estas no diferían demasiado de las centrales eléctricas convencionales. Desafortunadamente esta información habría sido de gran ayuda para aumentar la seguridad nuclear y prevenir el accidente de Chernobyl. Por otra parte esto indica que un accidente similar podría haber ocurrido en cualquiera de los 15 reactores RBMK operativos en la URSS.

Chernobyl contaba con 4 reactores en 1986, el primero y segundo pertenecían a la primera generación y el tercero y cuarto a la segunda generación. La construcción del primer reactor empezó en marzo de 1970, siendo operativo en septiembre de 1979. El cuarto se empezó a construir en abril de 1979 siendo operativo el 20 de diciembre de 1983. La serie de reactores RBMK estaba formado por 1661 barras (canales) de combustible nuclear y 211 barras para los sistemas de control y protección, dividas en cuatro grupos:

  • 24 barras acortadas de absorción para regular la distribución axial de neutrones (SAR)
  • 24 barras de absorción para la regulación manual de la distribución radial de neutrones (MR)
  • 139 barras de absorción de autocontrol de la potencia del reactor (AC)
  • 24 barras de emergencia (ER)

Cronología del accidente

Irónicamente la causa del accidente en el reactor número 4 fue un experimento diseñado para mejorar la seguridad de la central nuclear. La central se considero operativa el 20 de diciembre de 1983 y empezó a generar electricidad sin dejar un margen de tiempo suficiente para realizar pruebas de seguridad. Hay que hacer notar que en la Unión Soviética el 22 de diciembre es festivo para los trabajadores de la industria energética, un día especial donde se reciben aclamaciones públicas por el trabajo y bonificaciones extraordinarias. Así pues, se aceleró la puesta en marcha de la central para no perder estas bonificaciones, dejando algunas pruebas esenciales postergadas.

Una de las pruebas no realizadas antes que el reactor fuera operativo era comprobar el funcionamiento de la turbina en caso de defecto. Si este se produce, la turbina empieza a pararse, pero mientras esta girando continua produciendo electricidad. Esta electricidad es necesaria para alimentar las bombas de circulación del agua, las barras de control y la iluminación de la sala y el panel de control. Siendo esencial para la seguridad del reactor y por tanto no puede fallar. Normalmente se tardan unos 20 segundos en bajar completamente las barras de control, por tanto la turbina tiene que proveer de electricidad al menos durante estos 20 segundos.

Evidentemente la central cuenta con generadores diesel, pero también tardan un tiempo en alcanzar los 5,5 MW necesarios para suministrar la tensión a las bombas de alimentación de agua, que oscila entre los 60 – 75 segundos.

El objetivo de la prueba o experimento consistía en determinar durante cuanto tiempo podía estar girando la turbina por el efecto de la inercia mecánica sin acción del vapor, pero conectada a las cargas auxiliares como las bombas de emergencia proporcionando electricidad. Un experimento inicial se realizo en 1982 y se comprobó que el voltaje generado por la turbina era insuficiente. Se volvió a realizar en 1984 modificando algunos detalles pero otra vez resulto negativo. Otro intento se realizó en 1985 y otra vez dio un resultado negativo. El 25 de abril de 1986 las cuatro unidades de Chernobyl estaban operativas. Aprovechando que se tenia que realizar una mantenimiento en el reactor 4 se programó volver a realizar el experimento. Un total de 1659 barras fueron cargadas con combustible

Fase 1: Preludio

25 de Abril de 1986

El reactor se encuentra en las condiciones de máxima potencia de 1000MW eléctricos y 3000MW térmicos.

01:00 h: Los operadores empiezan a reducir la potencia lentamente hasta llegar a los 1600 MW térmicos

13:05 h: Con el reactor a 1600 MW térmicos se desconecta el turbo generador número 7 de la red. Cuatro de las bombas principales de circulación y dos de las bombas de alimentación se conectan al turbo generador número 8 en preparación para el experimento.

14:00 h: El sistema de emergencia de refrigeración del núcleo se desconecta del circuito primario, dado que se espera inicialmente un bajo nivel de vapor durante el experimento. Sin embargo el controlador de la red eléctrica en Kiev indica que el experimento tiene que anularse, pues se necesita la electricidad generada por la unidad 4 hasta las 23:10, dado que otra planta de energía ha quedado inesperadamente fuera de linea. La activación del reactor con el sistema de emergencia de refrigeración del núcleo desactivado es una violación grave de las normas de funcionamiento del reactor (primer error), aunque no parece que influenció en el accidente. Simplemente continuaron trabajando en algunos protocolos del test al mismo tiempo que estaban generando potencia para suministrar la electricidad demandada por la red.

16:00 h: Este retraso de casi 10 horas tuvo graves consecuencias, pues los miembros del turno de día se habían ido hacia tiempo y el turno de tarde testaba terminando. Estos habían recibido información acerca del test experimental durante los días previos y conocían todo el procedimiento a seguir. Según el procedimiento inicial el test experimental debería haber concluido durante el turno de día, así pues el turno nocturno no estaba familiarizado con el protocolo diseñado inicialmente. Con el agravante y la presión de realizar el test en poco tiempo.

Achier Razachkov, Yuri Tregub y A. Uskov eran los operadores responsables del test durante el turno de día. Yuri Tregub decidió quedarse para ayudar al turno de noche, pues estos desconocían cuales eran los procedimientos a seguir.

Fase 2: Preparación del experimento

23:10 h: Los nuevos operadores vuelven a reducir la potencia del reactor para alcanzar una potencia entre 700 -1000 MW térmicos, llegando al nivel de 720 MW térmicos a las 00:10 h del 26 de abril.

26 de Abril de 1986

00:28 h: El sistema automático de control (LAR system) que operaba 12 barras de control es desconectado. A continuación se comete el mayor error (segundo error), al no reprogramar el ordenador para mantener la potencia entre 700 – 1000 MW en regulación automática (AR system). Como consecuencia el operador no pudo estabilizar la potencia del reactor a este nivel y continuó cayendo hasta 30 MW térmicos. El ingeniero senior Leonid Toptunov y el director de turno Alexander Akimov decidieron insertar las barras de absorción en el núcleo y así conseguir parar el reactor.

Llegados a este punto hay que explicar brevemente una las condiciones de las reacciones nucleares, la producción de Xenon-135.

Uno de los productos de la fisión del Uranio es el Teluro-135 con un período de semidesintegración de 19 segundos, para dar Yodo-135 que a su vez de desintegra en Xenon-135 en 6,57 horas. El Xenon-135 es un gran absorbente de neutrones y por tanto su presencia en las barras de combustible reduce considerablemente la potencia del núcleo del reactor, dado que los neutrones son las partículas que provocan la fisión del Uranio.

Al absorber un neutrón el Xenon-135 se transforma en Xenon-136, que es estable y ya no absorbe neutrones de forma masiva. Esta acumulación de Xenon-135 se denomina intoxicación o envenenamiento por Xenon. El Xenon-135 se desintegra en 9,2 horas para dar Cesio-135. Así pues, cuando se produce esta elevada concentración solamente queda esperar que se “queme” el Xenon absorbiendo neutrones y desintegrándose, teniendo que parar el reactor.

Durante la primera reducción del reactor número 4, hacia 24 horas que se había producido una gran cantidad de Xenon-135. Y la caída de potencia a 30 MW aumentó más su concentración, así pues la única solución era parar el reactor, era lo que estaban a punto de realizar Leonid y Alexander.

Pero el jefe adjunto ingeniero de operaciones de la unidad 3 y 4, Alexander Dyatlov los obligó a quitar las barras de control fuera del núcleo para volver a aumentar la potencia del reactor, pues quería realizar el test a cualquier precio. Era la única manea de evitar la captura de neutrones por el envenenamiento de Xenon.

Después de quitar las barras de control la potencia del reactor volvió a aumentar.

Fase 3: El experimento

01:03 h: La potencia del reactor alcanza los 200 MW térmicos y se decide continuar con el experimento. Se conectan 2 bombas de circulación que estaban en reserva, de manera que el total de bombas operativas es 8. Este exceso de flujo de agua refrigerante del núcleo pasa a ser mayor que el necesario para la potencia operativa en ese momento. Se hizo para garantizar la refrigeración del reactor después de la desconexión prevista del turbogenerador 8 y 4. Creyendo que las condiciones del reactor eran estables se continua la prueba. Sin embargo el reactor se encontraba en una situación de alto peligro debido al coeficiente positivo de vació.

La potencia del reactor fue inferior a la prevista y por tanto también disminuye la cantidad de vapor en la tubería y la presión disminuye a lo largo del combustible. Como resultado el flujo del refrigerante es mas alto que el esperado como consecuencia de tener 8 bombas en funcionamiento, y la tubería principal entra en cavitación y vibración. (tercer error)

El reactor se encontraba en ese momento solamente al 7% de la potencia máxima y el caudal del refrigerante a través del núcleo al 115-120% del normal, alcanzando los 58.000 m³ /h. En esta condiciones el agua absorbe más neutrones y conduce a una disminución de la potencia del núcleo(coeficiente positivo de vació), para evitar esta disminución se retiran más barras de control de las permitidas por seguridad. La disminución en la generación de vapor trae como consecuencia una caída en la presión de vapor. Los operadores tratan de controlar manualmente tanto la presión de vapor como el nivel de vapor.

Como se pudieron realizar estas operaciones que alteraban completamente las normativas de seguridad?. El operador Uskov dijo posteriormente que “Normalmente no teníamos la necesidad de seguir las instrucciones” porque durante la fase de formación se repetía que “una planta nuclear no puede explotar”. El operador Kazachkov dijo “Normalmente trabajábamos con menos barras de control que las requeridas y nunca paso nada”.

01:19:00 h: El operador jefe abre la válvula principal para aumentar el caudal de agua en el colector de vapor. A medida que el agua fría del colector pasa al núcleo, la generación de vapor cae notablemente y para compensar esta disminución se quitan completamente 12 barras de control automáticas. Para mantener el reactor a la potencia de 200 MW sube manualmente otras barras de control, dejando solamente un único grupo de 8 barras de control automáticas. Se desconecta el sistema de apagada de emergencia automática para evitar que el reactor se apague a si mismo (cuarto error).

Se desconecta el sistema de emergencia de refrigeración para evitar que funcione durante la prueba.

01:19:58 h: Se cierra una linea de vapor al condensador, pero la presión de vapor sigue aumentando los siguientes minutos.

01:21:50 h: El operador cierra bruscamente el flujo de alimentación, consiguiendo un aumento en la temperatura de los colectores de vapor a la entrada del reactor. El sistema automático de control empieza a bajar las barras para contrarrestar el efecto del aumento del vacío. Hay que tener en cuenta que el sistema operativo estándar indica que son necesarias mantener 15 barras de control para estos casos, pero los parámetros del reactor parecen relativamente estables.

01:22:30 h: En este momento solamente existían 8 barras dentro del reactor, de las 211 existentes. La normativa exigía al menos 15 barras. La elevada reactividad del núcleo se incremento notablemente hasta niveles que exigían la apagada inmediata del reactor. Sin embargo se ignoró este requerimiento y se continuo con el experimento (quinto error). Las medidas observadas en el monitor del núcleo indica que el perfil del flujo de neutrones es normal en el plano radial pero doblemente picado en la dirección axial, con un pico altamente elevado en la región superior del núcleo. Causado por el envenenamiento por Xenon en la parte central del reactor.

Con las pocas barras de control en el reactor, el agua en el núcleo se convierte en el elemento más importante para absorber neutrones. En esta situación operativa de baja potencia una bajada de la presión o un incremento de la temperatura del agua en la entrada del reactor podría causar que entrara en ebullición. Y dado el coeficiente positivo de vacío el resultado seria un elevado aumento en la potencia del reactor. De esta manera el reactor se encontraba en una situación altamente crítica, que el operador no entendió.

01:23:04 h: El experimento vuelve a iniciarse con el reactor operando a 200 MW y el sistema automático de apagada desconectado. Se cierran las válvulas del circuito de vapor del turbogenerador número 8 y se apagan las cuatro bombas principales de circulación del agua. Inexplicablemente para los operadores la potencia del reactor empieza a aumentar. Lo que esta ocurriendo es que al cerrar las bombas de circulación y las válvulas, el caudal del refrigerante y la alimentación del agua se reducen, causando un incremento de la temperatura en la entrada del reactor y por tanto en la generación de burbujas de vapor. Disminuye la absorción de neutrones en el agua, que en estas condiciones de operación era el único elemento efectivo. El exceso de neutrones acelera la reacción nuclear y se produce un aumento en la potencia del núcleo.

01:23:31 h: La potencia del reactor aumenta significativamente y se intenta compensar con 12 barras de control automático (sexto error), pero no produce resultado. El agua refrigerante en el reactor esta en ebullición y el reactor nuclear continua aumentado su potencia.

Fase 4: La Explosión

01:23:40 h: Leonid Toptunov, responsable de las barras de control ordena una reinserción de emergencia de todas las barras de emergencia y de control. Akimov presiona el botón AZ-5, que introduce todas las barras en el reactor, es el más alto nivel de emergencia disponible para apagar el reactor. Las barras empiezan a moverse hacia el núcleo.

Botón AZ-5

Esta situación es altamente peligrosa, cuando todas las barras se encuentran fuera del reactor el efecto inicial de la inserción es aumentar la reactividad en la parte baja del núcleo. Esto es debido al desplazamiento del agua por los tubos de grafito. Se había detectado este problema en la central de Ignalina también funcionando con un reactor RBMk en 1983 pero se creyó que las condiciones especiales nunca volverían a ocurrir.

Cuando las barras se insertan, el agua es desplazada. Una vez insertadas, la parte superior del canal de control por el carburo de boro y en la parte inferior por el grafito. Dado que el carburo de boro absorbe mucho más eficazmente los neutrones que el agua y el grafito, el efecto del desplazamiento es producir una disminución de la reactividad nuclear. Esto es lo esperado en las condiciones de funcionamiento normales.

Esquema de una barra de control

Pero en otras condiciones el desplazamiento del agua por el grafito puede inducir un aumento de la reactividad nuclear. Las condiciones operativas de baja potencia del reactor y un alto flujo en el refrigerante causa un aumento de la cavitación y debido al coeficiente positivo de vacío, se crea un aumento de la concentración de neutrones, y debido a la contaminación por Xenon, la distribución de la concentración de neutrones era más elevada en la parte superior del reactor.

En estas condiciones es cuando se oprime el botón AZ-5.

Cuando la barra de control va siendo introducida a la velocidad de 0.4 m/s, antes que el carburo de boro pueda hacer su efecto de absorber neutrones, el agua en la parte inferior del canal es desplazada por el grafito, precisamente en la región donde hay una mayor cantidad de neutrones. Pero el grafito tiene un poder de absorción menor que el agua y por tanto se produce un aumento en la cantidad de neutrones desde el canal de control al combustible nuclear. La altura del reactor es de 7 metros, a la velocidad de 0,4 m/s se tardan 17,5 segundos en insertar la barra completamente. Tan solo 3 segundos son suficientes para que la reactividad positiva creada aumente el flujo de neutrones a las barras de combustible contaminadas por xenon, se produce una quema del Xenon-135 que incrementa la velocidad de la reacción.

Después de varios segundos se sintieron varias sacudidas y las barras de absorción se habían detenido sin llegar a insertarse completamente en el núcleo. Akimov desconecta los servos que controlan el movimiento de las barras para permitir que caigan por su propio peso dentro del núcleo. Pero los tubos de combustible se habían deformado debido al elevado aumento de la presión del vapor y las barras de control no se mueven. El test ha durado solamente 36 segundos, el reactor ha alcanzado 530 MW y continua incrementando exponencialmente su potencia.

01:23:44 h: El reactor alcanza 120 veces su potencia máxima. Gran parte del combustible nuclear se fisiona y aumenta la presión de vapor que rompe los tubos de combustible en parte inferior del reactor. El núcleo permanece sin agua y se produce una explosión que destruye el reactor.

01:24:00 h: Se produce una primera explosión debido a la rotura de los tubos de combustible por la presión de vapor. El núcleo permanece sin agua y se produce una segunda explosión que destruye el reactor. El núcleo del reactor 4 esta completamente destruido, las paredes y el techo casi no existen. El sistema de refrigeración de emergencia esta completamente destruido en la parte norte del edificio del reactor y enterrado bajo escombros. La estructura de metal ha caído 4 metros de su posición inicial y el reactor es un espacio vació lleno de escombros y polvo de grafito de las barras de control.

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New Horizons encuentra Ultima Thule

Composición artistica del encuentro entre la sonda New Horizons y Ultima Thule. NASA.

La sonda espacial New Horizons se encuentra a unos 6,6 mil millones de kilómetros de la Tierra y se adentra en el Cinturón de Kuiper a una velocidad de 53.000 kilómetros por hora. El Cinturón de Kuiper es una región en forma de dónut formada por rocas helados más allá de la órbita de Neptuno, entre 30 y 55 UA ( 1 UA o Unidad Astronómica es la distancia entre la Tierra y el Sol). Existen millones de estos objetos helados formados por planetesimales, planetas enanos y cometas de corto período, con menos de 200 años.Tienen su origen en el Cinturón de Kuiper. Son remanentes de la formación del Sistema Solar y donde se encuentra el planeta enano Plutón. Precisamente New Horizons pasó cerca de Plutón el 14 de Julio de 2015.

Cinturón de Kuiper

Ultima Thule

El nombre de Ultima Thule se refiere a una mítica isla del norte en la literatura medieval y cartografía. Y con esto quiere significar que se encuentra en los bordes del mundo conocido.

Después de visitar Plutón, New Horizons continuo su viaje hacia el interior del cinturón de Kuiper ajustando su trayectoria para acercarse a un pequeño objeto denominado (486958) 2014MU69 , informalmente Ultima Thule o simplemente MU69. Fue descubierto en 2014 cuando el telescopio espacial Hubble se utilizó para seguir la trayectoria de New Horizons. De estas observaciones se dedujo su órbita, que era de color rojizo y un tamaño de unos 30 km.

En este sentido sabemos que su órbita tiene un semieje mayor de 44,6 UA y una excentricidad de 0.042 con una inclinación de 2,45º. Clasificándose como un clásico objeto frío del cinturón de Kuiper, en ingles CCKBO (Cold Classical Kuiper Belt Object), donde frío en este sentido no esta referido a su temperatura sino a su poca actividad dinámica, queriendo significar que se mueve muy poco.

La característica principal de estos cuerpos CCKBO es que son reliquias del disco protoplanetario de la formación del Sistema Solar y no han sido bombardeados por otros cuerpos ni interactuando entre ellos. Se mantienen en equilibrio térmico con su ambiente a unos 30 – 60 K ( -243 a -213 C). Dicho de otra manera, están igual que hace 4,5 mil millones de años y son un buen ejemplo de la información sobre las condiciones físicas y químicas en el origen del Sistema Solar.

New Horizons el 1 de enero de 2019 realizó un vuelo cerca de MU69 a unos 3538 km a una velocidad de 14,4 km/s ( 51.840 km/h). Captando 50 gigabits de imágenes de alta resolución, composición espectroscopia, temperatura y otros datos.

Ultima Thule

Su apariencia es de dos lóbulos desiguales que seguramente se originaron a partir de la evolución gravitatoria de dos cuerpos en el origen del sistema solar. El lóbulo más grande, denominado Ultima, tiene unas dimensiones de 22 x 20 x 7 km y el lóbulo más pequeño, denominado Thule tiene unas dimensiones de 14 x 14 x 10 km. Realiza un giro sobre su eje cada 15,92 horas y geológicamente se aprecian algunos impactos pero pocos cráteres, evidenciando que la tasa de colisiones es baja. Tampoco no hay evidencia de satélites, anillos o atmósfera. Indicando estas observaciones que primero Ultima y Thule orbitarían uno sobre el otro, como un sistema binario, y se juntarían a partir de una fusión suave sin gran actividad de impactos.

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AGUJERO NEGRO M87

La imagen de un agujero negro, fotografiado por primera, vez ha causado una gran cantidad de noticias y publicaciones. El resultado, una imagen del agujero negro situado en el centro de la galaxia Messier 87, una galaxia elíptica gigante en el Cumulo de Virgo, por lo que tambien es conocida como Galaxia Virgo A. Se caracteriza por tener un núcleo galáctico muy activo con una gran intensidad de radiación en la zona de radiofrecuencia. En su núcleo se observa una chorro de plasma que se extiende unos 4900 años luz, consecuencia de la actividad del agujero negro que se ha fotografiado.

La imagen muestra una anillo brillante curvado debido a la intensa fuerza gravitatoria del agujero negro, situado a la distancia de 55 millones de años luz.

CHORRO DE PLASMA O JET

M87 es una galaxia elíptica situada en el centro del Cúmulo de Virgo, una agrupación de miles de galaxias que se mueven juntas por el espacio, como un inmenso rio cósmico.  El diámetro de M87 es un poco mayor que el de nuestra galaxia Vía Láctea, pero más gruesa, por eso contiene muchas más estrellas.

M87 fue una de las primeras galaxias donde se observó la presencia de un inmenso agujero negro en su núcleo, a partir de las observaciones realizadas en la década de los 80. Aunque sus observaciones peculiares empiezan ya en 1917, entonces los astrónomos ya sospechaban que algo curioso ocurría. Herbert Curtis en 1918 descubrió un pequeño chorro de energía saliendo del núcleo. Investigaciones con radiotelescopios en la década de los 50 detectaron grandes emisiones de energía procedentes de la galaxia.

El telescopio espacial Hubble en 1998 consiguió fotografiar el chorro cósmico o Jet de M87.

Jet en M87

Posteriormente en 2006, con las modificaciones que se le hicieron pudo fotografiar la posición del masivo agujero negro, determinando que su posición se encontraba desplazada del centro galáctico unos 22 años luz. Detectó tambien nubes de gas que giran en forma espiral alrededor del agujero negro a grandes velocidades.

De esta manera surgió la idea de poder fotografiar con mayor detalle este agujero negro.

AGUJERO NEGRO

Los agujeros negros son una predicción de la teoría general de la relatividad de Einstein en 1915, aunque él mismo creía que no podrían existir. Suponía que las enormes fuerzas centrifugas romperían su formación, pero se equivocó. Schwarzschild en 1916 definió el horizonte de sucesos, una región del espacio-tiempo en torno al agujero negro donde ni tan siquiera la luz no puede escapar, que actualmente se denomina radio de Schwarzschild. Durante estos cien años las ideas teóricas de los agujeros negros han ido creciendo espectacularmente. Uno de sus máximos impulsores fue John Archival Wheeler.

John Archival Wheeler

Precisamente Wheeler se invento el nombre de agujero negro (black hole) durante una conferencia en Nueva York en el año 1967. En 1973 escribo el famoso libro “Gravitation” conjuntamente con Misner y Kip Thorne.

De esta manera los agujeros negros se han convertido en el protagonista de la astrofísica, se han detectado numerosamente desde fuentes de rayos X hasta recientemente (2016) mediante ondas gravitacionales. Se cree que existen supermasivos agujeros negros con masas desde millones a miles de millones de masas solares en el centro de casi todas las galaxias. Cabe destacar que precisamente la gran actividad del núcleo galáctico de M87 fue el indicio de la posible existencia del agujero negro que se ha fotografiado.

Esta actividad se caracteriza por un brillo muy intenso en el centro galáctico, muy superior al brillo de todas las estrellas de la galaxia, y esta generada por un objeto de enorme masa y gran densidad. La Teoría General de la Relatividad (TGR) indica que una gran densidad de masa distorsiona el espacio-tiempo a su alrededor, formando una intensa fuerza gravitatoria. Conviene destacar que en estas condiciones incluso la luz se curva cuando pasa cerca de este objeto supermasivo.

Todos estos efectos predichos por la TGR se amplifican cerca de un agujero negro, donde la curvatura del espacio-tiempo es extremadamente intensa, tan intensa que empieza a tragarse todo lo que hay a su alrededor. Como ejemplo tenemos el nombre de Gargantua, el agujero negro de la película Interestelar. De esta manera las estrellas situadas en su vecindad empiezan a ser atraídas hacia el agujero negro con una fuerza gravitatoria que aumenta cada vez más a medida que se va acercando. Llega un momento que la fuerza es tan intensa que arranca literalmente pedazos de la estrella, hasta que se convierte en un gas de partículas orbitando en espiral a su alrededor, como un remolino, con enormes aceleraciones y velocidades que lo comprimen. Debido a que el gas que esta en el interior gira mucho más rápidamente que el situado en el exterior, se producen intensos campos magnéticos y un gran rozamiento que calientan el gas hasta millones de grados centígrados, formado lo que se llama un disco de acreción de plasma. Con motivo de estas temperaturas y aceleraciones se produce una gran emisión de radiación electromagnética (radiación de sincrotrón) en en espectro de radio, rayos X y rayos gamma. Esta radiación procedente del disco de acreción es lo que puede observarse. Parte de este gas cae dentro del agujero negro y una parte logra escapar produciendo estos enormes jets de miles de años luz de longitud que se observan en M87.

Las observaciones sobre el agujero negro indican una masa de 6500 millones la del Sol y un diámetro de 40 mil millones de kilómetros, cerca de cuatro veces el diámetro de la órbita de Neptuno. Las consecuencias de este supermasivo agujero negro pueden ser algo parecido a la siguiente imagen donde se muestra una simulación del disco de acreción en torno al agujero negro y tres posibles imágenes de la sombra en el horizonte de sucesos.

La sombra del horizonte de sucesos

Observar la sombra que se genera en el horizonte de sucesos es una manera de comprobar si la teoría de la relatividad general sigue siendo válida en estas condiciones extremas. La TRG predice que la luz o fotones emitidos por el gas cayendo hacia el agujero negro tienen que curvarse formando un anillo de luz justo antes de desaparecer dando lugar a una zona oscura en las inmediaciones del agujero negro. El resultado es una silueta del agujero negro como una forma oscura sobre un fondo brillante proveniente de la materia circundante, deformada por una fuerte curvatura del espacio-tiempo, generando como una sombra. La forma y tamaño de esta sombra dependerá de la masa y de la rotación del agujero negro, pero la TGR predice que tiene que ser aproximadamente circular. Observando pues la forma de la sombra oscura podemos comprobar si la TRG funciona.

EVEN HORIZON TELESCOPE (EHT)

Para poder tomar la fotografía es necesario obtener los datos con elevada precisión y no existe ningún telescopio o radiotelescopio con la resolución adecuada para observar UN agujero negro tan distante. Para ello el equipo del Even Horizon Telescope (EHT) utiliza la técnica de la interferometrÍa de muy larga base o VLBI (Very Long Baseline Interferometry). La idea es utilizar distintos radiotelescopios repartidos por la superficie de la Tierra de manera que la combinación de sus datos produzca un radiotelescopio virtual del tamaño de la Tierra.

Radiotelescopios que forman el VLBI

La adquisición de los datos se realizó en el año 2017, en abril, los días 5, 6, 10 y 11, pues las condiciones atmosféricas eran las adecuadas, consiguiendo un total de 4 petabytes de información. Si estos datos fueran música en MP3, se tardaría 8000 años en escucharla completa.

LA FOTOGRAFIA

El análisis de los datos son compatibles con la descripción de un disco de acreción altamente caliente, turbulento y magnetizado orbitando un agujero negro rotatorio ( agujero negro de Kerr) y que produce un extenso jet.

Hay que tener en cuenta que estas imágenes han sido obtenidas a partir de luz no visible para el ojo humano, los radiotelescopios han captado la luz procedente de M87 en el espectro del infrarrojo y las microondas

Imágenes tomadas en distintos días

La imagen corresponde a un disco de acreción altamente magnetizado orbitando muy cerca del horizonte de sucesos de un agujero negro que esta girando en sentido horario. El anillo asimétrico es producido por el efecto de la distorsión del espacio-tiempo y el movimiento relativista del gas. El centro es la observación de la sombra del agujero negro. El gas situado en la parte inferior se esta moviendo hacia la Tierra y el gas situado en la parte superior se aleja de la Tierra, de ahí la diferencia de brillo.

Para más información sobre agujeros negros:

Agujero Negro Galáctico M87

Breve Historia de los Agujeros Negros

Energía de los Agujeros Negros

De la Mecánica Cuántica a los Agujeros Negros

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¿Solos ante la Galáxia?

Durante mucho tiempo nos hemos preguntado si nos encontramos solos en el universo. Desde hace unos 25 años se han descubierto y siguen descubriéndose numerosos planetas extrasolares o exoplanetas en nuestra Galaxia. Esto indica que existen numerosas estrellas que forman sistemas planetarios, al igual que en otras galaxias. Así pues, parece habitual la existencia de planetas en el universo. Estos planetas pueden ser gigantescos y gaseosos como Júpiter, sin posibilidad de albergar vida y otros pueden ser pequeños y rocosos como la Tierra, con alguna posibilidad de contener vida. Pero la realidad no es tan sencilla, el hecho de encontrar un planeta rocoso parecido a la Tierra no significa que pueda contener “vida”, Marte y Venus son parecidos a la Tierra y no son habitables.

Planetas descubiertos

Podríamos preguntarnos si la Tierra es el único planeta habitable y con posible vida inteligente de la Galaxia, aunque se siguen descubriendo una gran cantidad de planetas rocosos orbitando otras estrellas. La existencia de vida inteligente extraterrestre solamente podemos plantearla a partir de como se ha desarrollado la vida aquí en la Tierra. La condición para que un planeta tenga la posibilidad de contener vida y si vamos más lejos, de poseer vida inteligente, depende de su situación en el sistema planetario estelar y a su vez de la situación de su sistema estelar en la galaxia.

Veamos como nos encontramos nosotros, pues es el único referente que disponemos sobre un planeta habitable.

La Tierra se encuentra en un sistema estelar que denominamos sistema solar y el sistema solar en una galaxia denominada Vía Láctea o simplemente la Galaxia. Existen algunas condiciones que tienen que cumplir los planetas en su sistema estelar para albergar vida y sobretodo vida inteligente. Y a su vez, el sistema estelar tiene que cumplir unas condiciones de posición en la galaxia. Estas condiciones vienen determinadas por la denominada Zona Habitable Planetaria (ZHP) y Zona Habitable Galáctica (ZHG). En ingles recibe el nombre de Goldilocks zone.
Estas condiciones vienen determinadas por el tiempo, localización galáctica, localizacion estelar….

Tiempo

La existencia de la vida necesita de elementos como el carbono C, el oxigeno O, el nitrógeno N y otros elementos pesados. No olvidemos que el hierro Fe, forma parte de la hemoglobina de la sangre. Pero de donde salieron estos elementos si en el origen del universo (Big Bang), hace 13.500 millones de años, solo existían los elementos primordiales hidrogeno H y Helio He.

Una condición indispensable, es pues, el tiempo necesario para producir elementos más pesados que el H y el He. Estos elementos pesados fueron creados por las primeras estrellas, que a partir de los elementos primordiales fueron sintetizando los elementos pesados como el C, O, N, Si, Fe mediante las reacciones termonucleares de fusión. Así pues estas primeras estrellas no podían contener planetas rocosos orbitando a su alrededor, porque aun no se habían creado los elementos pesados.

Todos los elementos más pesados que el H y el He se han creado dentro de las estrellas. Al final de la etapa evolutiva de la estrella estos elementos se lanzan al medio interestelar, algunos de forma violenta y explosiva como las supernovas. Así es como el medio interestelar se enriquece con nuevos elementos y la siguiente generación de estrellas nace con estos elementos incorporados y algunas de estas estrellas son acompañadas por planetas rocosos formados a partir de estos elementos interestelares. Continuando con la sucesión evolutiva, de manera que en cada nueva generación estelar, el medio interestelar se enriquece con más elementos pesados.

El Sol se formó hace unos 4,5 mil millones de años y contiene 71% de H, 27% de He y solamente 2% de elementos pesados. Esto nos da una idea de como era el medio interestelar en las inmediaciones donde se formó el Sol y la Tierra, conjuntamente con los otros planetas. La vida en la Tierra surge de apenas este 2%. Estrellas formadas antes que el Sol contendrán menos elementos pesados y por tanto menos planetas como la Tierra.

Podemos decir pues que la Tierra es uno de los primeros planetas formados a partir de los elementos pesados sintetizados por las primeras estrellas creadas. Según este criterio, la civilización terrestre humana, es una de las primeras de la Galaxia, quizá conjuntamente con otras pocas civilizaciones, pero no mucho más antiguas que la nuestra, no ha existido tiempo suficiente.

Con estos resultados podemos concluir que si el Sol y la Tierra se hubiesen formado antes, contendrían pocos elementos pesados para formar vida. Cuesta miles de millones de años enriquecer el medio interestelar con estos elementos que puedan formar moléculas orgánicas y por tanto la vida.

Localización Galáctica

El Sol se encuentra en un delgado disco de estrellas denominado el brazo de Orión a unos 27.000 años luz del centro galáctico. La densidad de estrellas aumenta al acercarnos al núcleo galáctico y por tanto la zona central galáctica contiene una mayor cantidad de elementos pesados, dado que han existido más estrellas que han sintetizado estos elementos. Esta condición sobre el centro galáctico parecería indicar que la probabilidad de existir vida aumenta al acercarnos al núcleo de la galaxia, pero no es así. Podrán existir una mayor cantidad de planetas rocosos parecidos a la Tierra y con más elementos pesados quizá, pero el ambiente central galáctico es mortal para la vida. Estos planetas se encuentran rodeados de una mayor concentración de estrellas y por tanto de más supernovas, colisiones de estrellas de neutrones, que producen fuertes radiaciones electromagnéticas como rayos X y rayos gamma, que inciden sobre estos planetas, provocando la desaparición de cualquier tipo de vida posible. Aparte del agujero negro Sagitario A* situado en el núcleo galáctico que provoca intensas llamaradas de radiación de vez en cuando.

En definitiva, cerca del núcleo galáctico existirán más elementos pesados para formar vida, pero también existen más radiaciones intensas que esterilizan a las posibles formas de vida incipiente.

Sin embargo la situación se invierte en la zona alejada del centro. En la parte exterior de la galaxia no existen radiaciones intensas como rayos X y gamma, pero hay muchas menos estrellas y por tanto muchos menos elementos pesados para formar planetas rocosos como la Tierra.

Esta situación sugiere que existe una zona de habitabilidad galáctica que se situaría en el medio, en una zona radial entre 23.000 y 30.000 años luz del centro. El Sol se encuentra precisamente en el medio de esta zona habitable.

Zona Habitable Galáctica

Pero existen otras condiciones también indispensables para la vida, son las condiciones planetarias.

Localización Planetaria

La existencia de planetas en la ZHG no asegura la aparición y continuidad de la vida planetaria. En nuestro sistema solar tanto Venus como Marte son considerados planetas rocosos como la Tierra y sin embargo no contienen vida. Venus no tiene campo magnético ni movimiento de tectónica de placas y su corteza es muy dura. En cambio la Tierra tiene un movimiento de placas tectónicas que producen actividad volcánica, necesaria para aportar materiales a la superficie, que se utilizan tanto como nutrientes para los seres vivos como elementos a procesar por la civilización tecnológicamente avanzada. Aparte de esto, el núcleo metálico en rápida rotación genera un campo magnético que actuá de escudo sobre las radiaciones cósmicas evitando que lleguen a la superficie.

Otra diferencia destacada de la Tierra respecto Venus y Marte es su satélite. La Luna se creó cuando en la formación del sistema planetario un protoplaneta choco contra la incipiente Tierra, lanzando parte de su material al espacio. Este material terminó formando la Luna y el impacto dejo a la Tierra, agrietada y una delgada corteza, adecuada para la actividad volcánica. Sin ese impacto ancestral la Tierra seria casi igual que Venus. Aparte, la Luna actuá de estabilizador sobre la rotación terrestre, evitando que su eje de giro se aleje demasiado de la verticalidad y de forma súbita, como sucedió en Marte.

Existe pues tambien una Zona Habitable Planetaria (ZHP) que sigue más o menos la misma regla de la Zona Habitable Galáctica (ZHG).

La ZHP es una región en torno a una estrella donde un planeta puede tener una temperatura en su superficie suficiente para mantener agua en estado líquido. Esta región esta definida por la distancia del planeta a la estrella, dependiendo de como sea la atmósfera del planeta y el tipo de estrella. Estrellas pequeñas tendrán una zona habitable más próxima al centro estelar que otras estrellas más grandes.

Zona Habitable Planetaria


Cualquier planeta cercano al centro planetario se encontrara próximo a su estrella y por tanto el calor provocara una temperatura demasiado elevada en su superficie. Por el contrario si se encuentra demasiado alejado de la estrella la temperatura será demasiado baja. Así la Tierra se encuentra en la zona donde el agua puede coexistir tanto en forma sólida, líquida y vapor.

Pero la presencia de un planeta en la zona habitable no es garantía de la existencia de vida. Venus, la Tierra y Marte se encuentran en la zona habitable del sistema solar y vistos por una civilización extraterrestre los tres parecerían posibles planetas habitables por igual. Sin embargo ni Venus ni Marte contienen ningún tipo de vida.

Venus es un caso extremo donde su superficie puede llegar a alcanzar los 500ºC, dado que se encuentra un 30% más cerca del Sol que la Tierra y recibe un 90% más de radiación. Posiblemente contenía agua en su pasado remoto pero la intensa radiación solar evaporo el agua hasta la alta atmósfera, donde se disoció en hidrogeno y oxigeno, provocando que el hidrogeno acentuara el efecto invernadero. El Hidrogeno puede absorber una gran cantidad de radiación en un amplio espectro continuo de longitud de onda. Luego una gran parte escapó al espacio exterior y el vapor de agua remanente continuó el intenso efecto invernadero que dura hasta nuestros días.

Sin embargo Marte se encuentra más lejos, a 1,5 UA (unidades astronómicas) del Sol y seguramente contuvo agua en su pasado, pero su débil atmósfera no pudo contener el calor necesario y el agua actualmente se encuentra congelada debajo de su superficie.


Aunque hay que tener en cuenta que cualquier opción sobre la existencia de vida en un exoplaneta es aceptable. Las condiciones en que se establece la vida pueden ser muchas y muy variadas. Se han encontrado numerosos exoplanetas con una gran diversidad de masas, tamaños, atmósferas, posición y órbitas.

Tipos de Exoplanetas descubiertos.
Sara Seager,Science May 2013

Nosotros hemos condicionado la vida a la presencia de agua líquida, pero otras formas de vida pueden aparecer en otros medios acuosos.

Vida y Evolución

La vida en la Tierra se debe a este impacto ancestral fortuito de hace unos 3.5 mil millones de años. Como de probables son estos impactos en otros sistemas estelares es un misterio. La etapa evolutiva hacia una civilización tecnológica pasa necesariamente por la especialización y diferenciación celular. En nuestro planeta sucedió cuando pasamos de células procariotas (sin núcleo celular diferenciado) a eucariotas (con núcleo celular diferenciado) hace unos 1.5 mil millones de años.

Pero no fue hasta la explosión Cámbrica de hace 550 millones de años que la vida se expandió en múltiples formas por todo el planeta. Este rápido florecimiento de la vida continua siendo un misterio y por tanto difícil de predecir en otros planetas.

Stephen Jay Gould junto con su colega Niles Eldredge cuestionan que la evolución sea un proceso gradual y continuo, tal como enuncia la teoría de la evolución de Darwin. Gould propone un modelo en que la evolución puede producirse a saltos, para explicar los registros fósiles que muestran a menudo unas sustituciones bruscas de especies o explosiones evolutivas en periodos concretos, como la conocida explosión cámbrica. La evolución es la adaptación a los ambientes cambiantes, no significa progreso. De esta manera los cataclismos y grandes catástrofes condicionan la aceleración evolutiva.

Estos cambios medioambientales condicionan o favorecen una pequeña variación genética que afecta al organismo pero no a su capacidad reproductiva. Siendo así, al cabo del tiempo la población permanece estable hasta que sucede otro cambio. De esta manera la selección natural queda en segundo plano y es la modificación del genoma la clave de la evolución. Es la denominada teoría del equilibrio punteado, la evolución es la adaptación a los ambientes cambiantes, no significa progreso.

Siguiendo la historia de la evolución de la vida en la Tierra el siguiente salto evolutivo consistió en pasar de especies primitivas sin demasiada diferenciación o especialización celular a especies avanzadas con elevada especialización de sus órganos funcionales.

Y ahora toca recordar que la más grave y convincente de las falsas interpretaciones de la evolución consiste en equiparar este concepto con el de progreso, sobretodo de progreso humano. Es evidente que la adaptación local de una especie en su entorno inmediato es una mejora para esta especie, pero de ello no debe deducirse un progreso global ni un aumento en la complejidad del sistema. Así pues la idea de que la especie humana se encuentra en la cúspide de la pirámide evolutiva es una falacia.

En definitiva, las condiciones primigenias de vida en un planeta son sumamente difíciles de darse y que esta vida evolucione a una civilización tecnológicamente desarrollada es aun más difícil, aunque si parece fácil que esta civilización utilice el poder tecnológico para eliminarse.

Todos estos detalles dificultan la creencia en que puedan existir otras civilizaciones parecidas a las que existen en la Tierra actualmente.


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El Impacto del Younger Dryas

El periodo de la última desglaciación comenzó hace unos 20.000 años aproximadamente y finalizó hace 8.000 años ,con el inicio del Holoceno. No esta muy claro cual es el mecanismo que inició este proceso de fusión del hielo, los motivos siempre son diversos. Pero un suceso extraordinario tuvo lugar, el Younger Dryas. ¿Que es y cual es su causa? Los misterios no se resuelven totalmente y nunca de forma fácil. Así que no espere un respuesta sencilla y rápida…ni tan solo espere una respuesta.

Hiawatha Glaciar

Los efectos que conducen a un cambio climático y por tanto los acontecimientos que condujeron a la última desglaciación, que empezó hace unos 20.000 años con el inicio dela fusión del hielo en el hemisferio norte y terminó hace unos 8.000 años, no están muy claros y guardan muchas incógnitas.

En todo caso existen diferentes causas y efectos que conducen a una desglaciación o a una glaciación. Aunque parece que unos de los factores más determinantes es la variación en la cantidad de radiación solar debida a los diferentes cambios que sufre la Tierra en su movimiento orbital alrededor del Sol. Estos cambios se conocen como los ciclos de Milankovitch y demostrados por Hays, Imbrie y Shackleton en un articulo de 1976 publicado en Science“Variations in the Earth’s Orbit: Pacemaker of the Ice Ages”donde indican que para los últimos 500.000 años los cambios climáticos han seguido las variaciones en la oblicuidad y la precesión terrestres.

Es evidente que existen diferentes ciclos que regulan la cantidad de radiación recibida en la superficie terrestre. Cada 24 horas obtenemos el ciclo día/noche y cada año notamos los efectos de las estaciones. Pero existen otros ciclos que igualmente originan cambios en cantidad de radiación solar recibida, aunque de períodos mucho más largos. Como los cambios en la excentricidad de la órbita terrestre, en la oblicuidad del eje terrestre, en la precesión de los equinoccios. Estas variaciones de largo periodo ocurren en ciclos de 100.000, 41.000 y 23.000 años.

Expliquemos cada uno de ellos

  • Eje de Rotación y Estaciones

La Tierra gira una vuelta cada 24 horas en torno de un eje imaginario que pasa a través de los polos norte-sur. Este eje se encuentra inclinado un ángulo de 23.5º respecto un eje perpendicular al plano de la eclíptica o plano de la órbita de laTierra. Es lo que se denomina inclinación o oblicuidad del eje de rotación.

Inclinación del Eje Terrestre. Ruddiman Earth’s Climate Past and Future

Todos los planetas del Sistema Solar giran con una determinada inclinación

Pero la Tierra no solamente tiene el movimiento de rotación sobre si misma, también gira en torno del Sol en un período de un año. Y lo hace manteniendo la dirección del eje de rotación y el ángulo de inclinación constante. El resultado de este tipo de movimiento son las estaciones. Así tenemos una gran diferencia en la radiación solar sobre la tierra. En verano el Sol se eleva alto en el cielo y emite una intensa radiación, en cambio en invierno el Sol se mantiene bajo en el cielo y emite una radiación más débil. Estas diferencias estacionales culminan en los solsticios de verano e invierno. El 21 de junio (solsticio de verano)es el día más largo y el 21 de diciembre (solsticio de invierno) es el día más corto, en el hemisferio norte, en el hemisferio sur es a la inversa.

Esta diferencia de radiación sobre la tierra es consecuencia de la oblicuidad, si observamos el movimiento de la Tierra desde el punto de vista del Sol veremos que cuando un hemisferio se encuentra en dirección al Sol recibe más radiación(en verano) y cuando se encuentra en dirección opuesta recibe menor radiación (en invierno).

La oblicuidad define el trópico de Cancer situado a 23,5º N y el trópico de Capricornio situado a 23,5º S. Los trópicos indican las posiciones donde se mueve el sol a lo largo del año. Los 23,5º definen ademas los círculos polares ártico y antártico a la latitud de 66,5º , correspondiente a la diferencia de: 90º – 23,5º = 66,5º. De esta manera los rayos del sol no alcanzan latitudes superiores a los 66,5º en invierno.

Entre los solsticios de de verano e invierno existen dos posiciones intermedias de la Tierra en su órbita alrededor del sol, donde la duración del día y la noche son iguales en cada hemisferio. Son los equinoccios (igual noche). El 20 de marzo es el equinoccio de primavera en el hemisferio norte (otoño en el hemisferio sur) y el 22 de septiembre es el equinoccio de otoño(primavera en el hemisferio sur)

Equinoccios y Solsticios. Ruddiman Earth’s Climate Past and Future
  • Excentricidad de la órbita terrestre

La órbita terrestre no es perfectamente circular, tiene una determinada excentricidad o forma elíptica. Debido a la fuerza gravitacional que ejercen los otros planetas sobre la Tierra en su movimiento a través del espacio. Al variar la distancia alSol, varia la cantidad de radiación recibida, especialmente en los dos puntos extremos de la posición en la órbita. Cuando laTierra se encuentra en su punto más cercano al Sol se denomina perihelio y el punto más alejado afelio. Actualmente en el perihelio la distancia al Sol es de 153 millones de kilómetros y sucede el 3 de Enero, en el afelio la distancia es de 158 millones de kilómetros y ocurre el 4 de Julio.

Perihelio y Afelio. Ruddiman Earth’s Climate Past and Future

Esto significa que es invierno en el hemisferio norte y verano en el hemisferio sur cuando la tierra se encuentra más cerca del sol. En cambio es verano en el hemisferio norte e invierno en el hemisferio sur cuando se encuentra más lejos.

Pero lo realmente interesante relacionado con los cambios climáticos es que estos parámetros varían de forma regular debido a la atracción gravitatoria entre la Tierra, la Luna, el Sol, los otros planetas y sus lunas. Provocan variaciones cíclicas en el ángulo de inclinación o oblicuidad, la excentricidad de la órbita y la posición de los solsticios y equinoccios.

  • Cambios en la oblicuidad

Si el ángulo de inclinación no existiese y la órbita terrestre fuese completamente circular, la radiación solar caería perpendicularmente sobre el ecuador a lo largo de todo el año y no existirían cambios de estaciones y cada día tendría la misma duración día/noche.

Sin Oblicuidad. Ruddiman Earth’s Climate Past and Future

El ángulo de inclinación es pues necesario para que existan las estaciones, y este ángulo varia entre 22,2º y 24,5º en un ciclo de 41.000 años. Actualmente es de 23,5º y va disminuyendo. Estos cambios en la oblicuidad aumentan o disminuyen la crudeza de las estaciones, especialmente en altas latitudes. A mayor inclinación más cantidad de radiación se recibirá en verano y menor en invierno y por tanto las diferencias estacionales se acentúan.

Cambios en la oblicuidad en millones de años. 
Ruddiman Earth’s Climate Past and Future
  • Cambios en la excentricidad

La forma de la órbita de la Tierra alrededor delSol varia con el tiempo, a veces es más circular y a veces menos, más elíptica. El parámetro que determina la forma más elíptica o menos es la excentricidad ε. Si es cero tenemos una órbita perfectamente circular, a medida que la excentricidad aumenta la órbita es más elíptica.

Los cambios en la excentricidad se concentran en dos períodos. Un ciclo de variaciones a intervalos de unos 100.000 años y otro ciclo de unos 413.000 años.

Cambios de la excentricidad en millones de años. 
Ruddiman Earth’s Climate Past and Future
  • Precesión de los equinoccios y solsticios

La posición de los equinoccios y los solsticios varia a lo largo del tiempo, descubrimiento que ya había realizado Hiparco de Nicea en el 127a.C. Las causas de estas variaciones son debidas al movimiento de laTierra como una peonza. Ya hemos visto que laTierra gira entorno a un eje que se encuentra inclinado respecto un eje perpendicular a la eclíptica, eje que determina la dirección norte-sur. Pues resulta que este eje no se mantiene fijo sino que gira, se bambolea, movimiento que se denomina precesión.

Precesión Terrestre. Ruddiman Earth’s Climate Past and Future

Actualmente la Tierra gira en torno a un eje que apunta hacia la estrella Polar, pero a lo largo del tiempo el movimiento de bamboleo causa que el eje de rotación apunte hacia otro punto celeste. Hace 3.000 años apuntaba hacia la estrella Thuban y dentro de 12.000 años apuntara hacia la estrella Vega.

Imagen de Stephen Mackintosh
https://modulouniverse.com/2018/06/24/spica-and-the-precession-of-the-equinoxes/

La precesión de laTierra es producida por el efecto gravitacional del Sol y la Luna y tiene un ciclo de 25.700 años. Existe otro segundo movimiento de precesión conocido como la precesión de la elipse, o precesión absidal. La órbita de la Tierra también ejerce un giro o precesión en torno al Sol.

Precesión de la órbita terrestre

El efecto combinado de estos dos movimientos de precesión son la causa que los solsticios y equinoccios varíen a lo largo de un ciclo de 23.000 años.

Hay que tener en cuenta además, que la velocidad de la Tierra no es constante a lo largo de su órbita, se mueve más lento cuando esta más lejos del Sol y más rápido cuando se encuentra más cerca. De esta manera cuando los equinoccios varían a lo largo de la órbita también pasan por regiones de movimiento más rápido o más lento. Todos estos cambios en la órbita terrestre alteran la cantidad de radiación Solar recibida según la latitud y la estación.

Aunque hay que tener en cuenta efectos inesperados, o quizá no…solo que son de ciclo muy, muy largo.

  • El Younger Dryas

El aumento de la temperatura como consecuencia de la última desglaciación sufrió una caída brusca durante un periodo de unos mil años, bajando a menos de 8º en algunos lugares del hemisferio norte. Iniciándose un período frío denominado Younger Dryas, que también terminó bruscamente hace 11.500 años. El nombre del período proviene de una pequeña planta ártica de color blanco y amarillo denominada Dryas Octopelata.

Younger Dryas

Las causas que originaron el Younger Dryas no están muy bien definidas, puesto que la radiación solar en los veranos del hemisferio norte continuaba aumentando y no había motivo para que la temperatura disminuyera. Su existencia es un misterio y existen muchas dudas sobre este periodo de enfriamiento. Una solución bastante controvertida esta relacionada con efectos extraterrestres, básicamente el impacto de cometas o asteroides en el hemisferio norte. Richard Firestone and Kennett publicaron “Evidence for na extraterrestrial impact12.900 years ago that contributed to the megafaunal extinctions andthe Younger Dryas cooling”. El impacto habría provocado grandes fuegos que inyectarían suficiente hollín y otros compuestos en la atmósfera, ocultando el sol y enfriando el planeta.

El problema es que hasta ahora no se había encontrado una prueba de ningún cráter producido por un impacto de la época del Younger Dryas. Pero enJulio de 2016 Kurt Kjaer (geólogo del Museo de Historia Natural deDinamarca) sobrevolando en helicóptero el glaciar de Hiawatha en elnorte de Groenlandia, se dio cuenta que el glaciar no avanzaba deforma rectilínea hacia el Océano Ártico sino que lo hacia siguiendo un semicírculo. El movimiento en semicírculo era la señal que descubría un cráter debajo del glacial como consecuencia del impacto de un asteroide.

El cráter del glacial Hiawatha tiene un diámetro de 31 kilómetros y seguramente fue la consecuencia de un impacto de un asteroide de hierro de 1,5kilómetros se estrelló en la Tierra, posiblemente hace menos de100.000 años. Este resultado es sumamente interesante porque es el impacto más reciente. Los otros cráteres más relevantes son el Chesapeake de 85 km de diámetro que impactó hace 35,5 millones de años y el Chicxulub de 200 km de diámetro de hace 66 millones de años.

Cráteres de impacto

Hiawatha se queda pequeño en comparación, pero sucedió en la época que los mamuts y otra megafauna estaba en declive y los humanos se extendían a través de Norteamerica. Y por supuesto podría ser el impacto que condujo al Younger Dryas, pudiendo datar de solamente unos 13000 años. La energía de la explosión seria equivalente a 700 bombas nucleares y se observaría a centenares de kilómetros. La gran onda de choque generaría fuertes vientos y levantaría una gran cantidad de polvo sobre la atmósfera. Modificando el comportamiento “natural” de los ciclos de Milantovich.

Si se confirma que el impacto de Hiawatha se produjo hace unos 13.000 años, seria el registro más reciente que demostraría que los impactos extraterrestres y sus efectos han condicionado y siguen condicionando la vida sobre la superficie terrestre. Provocando cambios climáticos y extinciones que modifican el espectro biológico en los niveles de organización de la vida. 

Este post se ha realizado siguiendo los libros de William F. Ruddiman “Earth’s Climate Past and Future” y de Antón Uriarte Cantolla ” Historia del Clima de la Tierra”.

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