Enviando tardígrados a las estrellas
Por Sonia Fernandez, Universidad de California - Santa Barbara
06 de enero de 2022.
Crédito: Universidad de California - Santa Bárbara.
Ya no solo en el ámbito de la ciencia ficción, la posibilidad de viajes interestelares ha aparecido, tentadoramente, en el horizonte. Aunque es posible que no lo veamos en nuestras vidas, al menos no una versión real del tipo ficticio de velocidad de deformación, hiperimpulso, plegado del espacio, estamos teniendo conversaciones tempranas sobre cómo la vida podría escapar de las ataduras de nuestro Sistema Solar, utilizando tecnología que está al alcance.
Para los profesores de UC Santa Bárbara, Philip Lubin y Joel Rothman, es un gran momento para estar vivo. Nacidos de una generación que vio avances impresionantes en la exploración espacial, llevan el optimismo desenfrenado y la chispa creativa de la era espacial temprana, cuando los humanos descubrieron por primera vez que podían abandonar la Tierra.
"Los viajes a la luna del Apolo fueron uno de los eventos más trascendentales de mi vida y contemplarlos todavía me deja boquiabierto", dijo Rothman, un distinguido profesor en el Departamento de Biología Molecular, Celular y del Desarrollo, y un "geek espacial" admitido por sí mismo.
Han pasado apenas 50 años desde esa era fundamental, pero el conocimiento de la humanidad sobre el espacio y la tecnología para explorarlo ha mejorado enormemente, lo suficiente como para que Rothman se uniera al cosmólogo experimental Lubin al considerar lo que necesitarían los seres vivos para embarcarse en un viaje a través de la gran distancia que nos separa de nuestro vecino más cercano en la galaxia. El resultado de su colaboración fue publicado en la revista Acta Astronautica.
"Creo que nuestro destino es seguir explorando", dijo Rothman. "Mire la historia de la especie humana. Exploramos a niveles cada vez más pequeños hasta niveles subatómicos y también exploramos a escalas cada vez mayores. Tal impulso hacia la exploración incesante se encuentra en el núcleo de quiénes somos como especie".
Pensando en grande, empezando por lo pequeño.
El mayor desafío para los viajes interestelares a escala humana es la enorme distancia entre la Tierra y las estrellas más cercanas. Las misiones Voyager han demostrado que podemos enviar objetos a través de los 20 mil millones de kilómetros que se necesitan para salir de la burbuja que rodea nuestro Sistema Solar, la heliosfera. Pero las sondas del tamaño de un automóvil, que viajan a velocidades de más de 60.000 kilómetros por hora, tardaron 40 años en llegar allí y su distancia desde la Tierra es solo una pequeña fracción de la de la próxima estrella. Si se dirigieran a la estrella más cercana, tardarían más de 80.000 años en alcanzarla.
Ese desafío es un enfoque importante del trabajo de Lubin, en el que reinventa la tecnología que se necesitaría para alcanzar el próximo sistema solar en términos humanos. La propulsión química tradicional a bordo (también conocida como combustible para cohetes) está agotada; no puede proporcionar suficiente energía para mover la nave lo suficientemente rápido, y su peso y los sistemas actuales necesarios para impulsarla no son viables para las velocidades relativistas que la nave necesita alcanzar. Se requieren nuevas tecnologías de propulsión, y aquí es donde entra en juego el programa de investigación energética dirigido por UCSB sobre el uso de la luz como "propulsor".
"Esto nunca se había hecho antes, para empujar objetos macroscópicos a velocidades cercanas a la velocidad de la luz", dijo Lubin, profesor del Departamento de Física. La masa es una barrera tan enorme, de hecho, que descarta cualquier misión humana en el futuro previsible.
Como resultado, su equipo recurrió a los robots y la fotónica. Las pequeñas sondas con instrumentación a bordo que detectan, recopilan y transmiten datos de regreso a la Tierra serán impulsadas hasta un 20-30% de la velocidad de la luz por la propia luz utilizando una matriz de láser estacionada en la Tierra, o posiblemente en la Luna. "No salimos de casa con él", como explicó Lubin, lo que significa que el sistema de propulsión primario permanece "en casa" mientras que las naves espaciales "salen disparadas" a velocidades relativistas. El láser de propulsión principal se enciende durante un corto período de tiempo y luego se prepara la siguiente sonda para ser lanzada.
"Probablemente se vería como una oblea semiconductora con un borde para protegerla de la radiación y el bombardeo de polvo a medida que atraviesa el medio interestelar", dijo Lubin. "Probablemente sería del tamaño de tu mano para empezar". A medida que el programa evoluciona, la nave espacial se vuelve más grande con capacidad mejorada. La tecnología central también se puede usar en un modo modificado para propulsar naves espaciales mucho más grandes dentro de nuestro Sistema Solar a velocidades más lentas, lo que potencialmente permite misiones humanas a Marte en tan solo un mes, con paradas incluidas. Esta es otra forma de propagar la vida, pero en nuestro Sistema Solar.
A estas velocidades relativistas, aproximadamente a 160 millones de kilómetros por hora, la nave de obleas alcanzaría el próximo sistema solar, Proxima Centauri, en aproximadamente 20 años. Llegar a ese nivel de tecnología requerirá innovación y mejora continua tanto de la oblea espacial como de la fotónica, donde Lubin ve un "crecimiento exponencial" en el campo. El proyecto básico para desarrollar una hoja de ruta para lograr un vuelo relativista a través de la propulsión de energía dirigida es apoyado por la NASA y fundaciones privadas como el programa Starlight y por Breakthrough Initiatives como el programa Starshot.
"Cuando supe que la masa de estas naves podía alcanzar niveles de gramos o más, quedó claro que podían acomodar animales vivos", dijo Rothman, quien se dio cuenta de que las criaturas que había estado estudiando durante décadas, llamadas C. elegans, podían ser los primeros terrícolas en viajar entre las estrellas. Estos gusanos redondos estudiados intensamente pueden ser pequeños y simples, pero son criaturas logradas experimentalmente, dijo Rothman.
"La investigación sobre este pequeño animal ha dado lugar a premios Nobel para seis investigadores hasta ahora", anotó.
C. elegans ya son veteranos de los viajes espaciales, como tema de experimentos realizados en la Estación Espacial Internacional y a bordo del transbordador espacial, incluso sobreviviendo a la trágica desintegración del transbordador Columbia. Entre sus poderes especiales, que comparten con otros posibles viajeros interestelares que estudia Rothman, los tardígrados (o, más cariñosamente, osos de agua) pueden colocarse en una animación suspendida en la que se detiene prácticamente toda la función metabólica. Miles de estas diminutas criaturas podrían colocarse en una oblea, ponerse en animación suspendida y volar en ese estado hasta llegar al destino deseado. Luego, podrían ser despertados en su diminuta StarChip y monitoreados con precisión para detectar cualquier efecto detectable de los viajes interestelares en su biología, con las observaciones transmitidas a la Tierra por comunicación fotónica.
"Podemos preguntarnos qué tan bien recuerdan el comportamiento entrenado cuando se alejan de su origen espiritual a una velocidad cercana a la de la luz, y examinar su metabolismo, fisiología, función neurológica, reproducción y envejecimiento", agregó Rothman. "La mayoría de los experimentos que se pueden realizar con estos animales en un laboratorio se pueden realizar a bordo de los StarChips mientras viajan por el cosmos". Los efectos de odiseas tan largas en la biología animal podrían permitir a los científicos extrapolar los efectos potenciales en los seres humanos.
"Podríamos empezar a pensar en el diseño de transportadores interestelares, sean los que sean, de una manera que pueda mejorar los problemas que se detectan en estos diminutos animales", dijo Rothman.
Por supuesto, poder enviar humanos al espacio interestelar es genial para las películas, pero en realidad sigue siendo un sueño lejano. Para cuando lleguemos a ese punto, es posible que hayamos creado formas de vida más adecuadas o máquinas híbridas humanas que sean más resistentes.
"Este es un programa generacional", dijo Lubin. Idealmente, los científicos de las generaciones venideras contribuirán a nuestro conocimiento del espacio interestelar y sus desafíos, y mejorarán el diseño de la nave a medida que la tecnología mejore. Dado que el sistema de propulsión principal es ligero, la tecnología subyacente está en una curva de crecimiento exponencial, al igual que la electrónica con una "Ley de Moore" como la capacidad de expansión.
Protección planetaria y propagación extraterrestre.
Estamos ligados a nuestro Sistema Solar en el futuro previsible; los humanos somos frágiles y delicados lejos de nuestro planeta de origen. Pero eso no ha detenido a Lubin, Rothman, sus equipos de investigación y sus diversos colaboradores, que incluyen un especialista en radiación y un teólogo con formación científica, a contemplar los aspectos fisiológicos y éticos de enviar vida al espacio, y tal vez incluso propagar la vida en espacio.
"Existe la ética", explicó Lubin, "de la protección planetaria", en la que se piensa seriamente en la posibilidad de contaminación, ya sea de nuestro planeta a otros o viceversa. "Creo que si comenzaras a hablar de la propagación dirigida de la vida, que a veces se llama panspermia, esta idea de que la vida vino de otra parte y terminó en la tierra por cometas y otros desechos, o incluso intencionalmente de otra civilización, la idea de que enviar vida a propósito plantea grandes preguntas".
Hasta ahora, sostienen los autores, no hay riesgo de contaminación hacia adelante, ya que las sondas que se acercan a cualquier otro planeta se quemarían en su atmósfera o se destruirían en la colisión con la superficie. Debido a que las obleas están en un viaje de ida, no hay riesgo de que los microbios extraterrestres regresen a la Tierra.
Aunque todavía un poco al margen, la teoría de la panspermia parece estar recibiendo una atención seria, aunque limitada, dada lo fácil que es propagar la vida cuando las condiciones son adecuadas y el descubrimiento de varios exoplanetas y otros cuerpos celestes que pueden haber sido, o podría ser de apoyo a la vida tal como la conocemos.
"Algunas personas han reflexionado y publicado ideas como “¿Es el Universo un experimento de laboratorio de alguna civilización avanzada?", Dijo Lubin. "Así que la gente ciertamente está dispuesta a pensar en civilizaciones avanzadas. Las preguntas son buenas pero las respuestas son mejores. En este momento simplemente reflexionamos sobre estas preguntas sin las respuestas todavía".
Otro tema que se está contemplando actualmente en la comunidad de exploración espacial en general: ¿Cuál es la ética de enviar humanos a Marte y otros lugares distantes sabiendo que nunca volverán a casa? ¿Qué hay de enviar pequeños microorganismos o ADN humano? Estas indagaciones existenciales son tan antiguas como las primeras migraciones humanas y viajes marítimos, cuyas respuestas probablemente llegarán en el momento en que estemos listos para emprender estos viajes.
"Creo que no deberíamos, y no lo haremos, suprimir el anhelo exploratorio que es intrínseco a nuestra naturaleza", dijo Rothman.
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https://phys.org/news/2022-01-tardigrades-stars.html