Apuntes científicos desde el MIT

Hace varios posts el astrofísico Guillem Anglada nos explicó cómo buscaba planetas fuera del sistema solar . Tras su artículo nos quedó claro que encontrar un planeta grande y cercano a una estrella ya no era nada del otro mundo. El reto es encontrar uno pequeño como la Tierra, a una distancia del Sol que lo hiciera habitable, y luego averiguar si contiene algún tipo de vida.

De esta futura noticia más trascendente de la historia trata el congreso científico que empezó ayer en Barcelona, y desde el que Guillem se compromete a ir transmitiéndonos sus impresiones. Aquí os dejo con este cazador de planetas de la Carnegie Institution en Washington DC:

En busca de planetas habitables, por Guillem Anglada

Es tarde, de noche, y estás encerrado en una sala de control. Copias datos y empiezas una nueva exposición. Decides salir a tomar el aire. Hace viento y bastante frío; es el invierno austral en el Observatorio de las Campanas de Chile. Como la luna no ha salido todavía puedes ver la Vía Láctea y las nubes de Magallanes en todo su esplendor. La luz de un billón de astros ilumina tenuemente la cúpula del telescopio, que con su gran superficie colectora concentra escasos fotones a través de un espectrógrafo de rendija larga. Unas cuantas horas más de espectros, recoger la maleta, y en marcha. A las nueve de la mañana abandonas el Observatorio y tras dos horas de coche llegas al aeropuerto de la Serena. Allí un avión te lleva hasta Santiago, otro a Nueva York y el último a Barcelona, donde te reciben los abrazos de tus padres (que detallazo imprimir y llevarme el póster al aeropuerto!) y directo al CosmoCaixa, lugar de celebración del congreso internacional "Pathways Towards Habitable Planets ", nombre de difícil traducción, pero que viene a decir : "Hoja de ruta para la detección de planetas habitables".

Aunque el título sea sonado, no se trata de la convención anual de escritores SCI-FI ni de digeribles charlas de divulgación para el público general. Esta vez vamos en serio. Científicos, y sobre todo "big shots" de las agencias espaciales americana (NASA) y europea (ESA) se reúnen estos días en Barcelona para definir, discutir, entrelazar, planificar y, sobre todo, buscar el modo de financiar los proyectos que en la próxima década han de llevarnos a descubrir mundos habitables mas allá del sistema solar. No se prevé una reunión de grandes noticias, aunque dada la densidad de grandes nombres alguna podría caer. Tampoco las charlas destacan por su complejidad técnica o novedosa. De hecho, la mayor parte de la actividad de desempeña en los 'coffee breaks' y las reuniones paralelas en la que los paneles de expertos sintetizan el 'state-of-art' en la detección de planetas extrasolares y evalúan en detalle cada una de las técnicas propuestas. Si hace 400 años Galileo 'descubrió' que hay otros planetas en el sistema solar, en 1995 dimos otro paso y confirmamos una larga sospecha: también existen planetas en otras estrellas. El siguiente gran salto será encontrar esos elusivos cuerpos rocosos, suficientemente calientes para que el agua sea líquida, y suficientemente alejados de su astro para que sus océanos no hiervan y la vida (al menos tal y cómo la conocemos) puede medrar en su superficie.

Aunque llegué un poco tarde al congreso, os puedo contar como empezó el día. Primero las típicas palabras de bienvenida de organizadores y comité científico.

Justo después, el primer plato fuerte de la mano de James Kastings, creador del concepto de Zona Habitable. Kastings repasó su concepto de Zona Habitable alrededor de una estrella, explicó qué biomarcadores podríamos esperar detectar como indicadores de vida, y dio el típico discursillo inspiracional para las nuevas generaciones. A mi no me llegó demasiado, pero quizás surtió su efecto entre la nutrida representación estudiantes de doctorado para los que éste es su primer congreso.

Las charlas continuaron con los progresos más recientes en detección de tránsitos, imágenes directas de planetas, planes a largo plazo y simulaciones mostrando las bondades de un proyecto o del otro. Sí hubo una sesión que llamó mi atención fue la del geofísico Franois Forget (infiltrado!?) que intentó convencer a la concurrencia de astrónomos de que vivimos en un planeta confortable por una serie de casualidades no necesariamente fáciles de reproducir. Claro está, que su definición de vida empezó y terminó con la existencia de agua líquida en la superficie planetaria, que aparte de ser su preferencia personal, destaca por ser la predicción mas fácil de contrastar en un futuro.

Al final del día acabé en una sesión paralela donde franceses y americanos intercambiaban guiños y pirotos. Unos (los franceses) quieren participar en el programa SIM de la NASA y los otros (americanos) necesitan financiar su misión astrométrica. Esta gente sí va en serio. Cuando preguntaron la opinión a participantes de otros países llegó mi momento. Como único representante de la comunidad española -postdoc y en el extranjero- dije que si, que era una idea excelente (nota mental: buscar trabajo en Francia).

En fin. Un fin de semana largo y un primer día de congreso no del todo malo. Las cartas se barajan… abran juego señores! Organizamos la partida en casa, logramos que vinieran casi todos, ¿estamos dispuestos a jugar?

Qué ganas tenía de poder mostraros este video…

Durante mi última visita al MIT el matemático John Bush me enseñó unas imágenes espectaculares grabadas en su laboratorio de dinámica de fluidos . “Las quiero para el blog!” casi grité. “No puedo cedértelas ahora”, dijo, “las ha filmado Discovery Channel y todavía no se han emitido. Cuando salga por televisión te las envío”.

Eso hizo el jueves pasado. ¡Disfrutémoslas!
Pero antes os pido que hagáis un pequeño esfuerzo.
Imaginaos a cámara lenta, y de cerca, el contacto de gotas chocando en el agua.
Dibujad en vuestra mente una gota cayendo sobre una superficie acuosa desde escasos cm de altura. ¿Cómo es el encuentro? Qué ocurre cuando contactan?
Por favor, imaginad la secuencia ralentizada durante segundos antes de ver el video.

¿Lo habéis hecho? Ahora alucinad un poco…

En este primer video hay un pequeño truco; las gotas están hechas de aceite de silicona.
Pero lo que veréis en el siguiente es simplemente agua cayendo sobre agua.

Aquí tenéis una secuencia más larga, con las explicaciones para Discovery Channel de John Bush.
Si queréis oír el video en inglés, sin la vocecita que he añadido, lo podéis ver aquí .

Si os cuento que unos científicos están investigando ciertos pinos porque podrían ser plantados en Marte dentro de centenares o miles de años, ¿qué pensaríais? Quizás la primera reacción sería: “¿¿¿¿con dinero de mis impuestos????”

Y si se justifican diciendo “es que dentro de un tiempo aquí ya no cabremos…, o tendremos que colonizar otros mundos porque habremos agotado los recursos de la Tierra… y además, en unos pocos millones de años el sol se expandirá y los futuros humanos deberán mudarse a otros planetas…” tal vez el sofoco aumente y repliquéis
“¿y tanta prisa tenéis? ¿no se os ocurre nada más prioritario que solucionar?”

En esa línea escribí una nota crítica en el rastreador científico sobre un artículo aparecido en el periódico mexicano Universal, que explicaba muy bien el proceso de terraformar Marte y el rol de los pinos del Monte Orizaba, pero no buscaba las cosquillas al proyecto.
Tras insinuar un “basta ya de hacer caso a ciegas de todo lo que nos cuenten los científicos, los periodistas no tienen porqué ser siempre sus aliados”, y plantear en tono sarcástico dudas sobre la conveniencia de gastar dinero público en el estudio de los pinitos marcianos, llego a México y me presentan al investigador principal del proyecto. Ups… Tierra trágame… y llévame a otro planeta...

Pasos para terraformar Marte
Hacer habitable nuestro planeta vecino no es una idea nueva. La NASA lleva años dándole vueltas y financiando investigaciones como las de Rafael Navarro para esclarecer los pasos que lo harían posible.
Rafael matiza: “lo primero de todo, antes de plantear cualquier intervención, es saber si existe algún tipo de vida en Marte. Si la hubiera debemos respetarla, estudiarla, y olvidarnos de modificar las condiciones de ese planeta. Pero si dentro de unos años comprobamos que Marte es inerte, entonces sí podemos plantearnos convertirlo en un lugar que pudiera acoger seres vivos”.
El primer paso sería calentarlo. Hay varios métodos propuestos (explosiones nucleares, espejos gigantescos que hagan incidir más luz solar…) pero el más factible parece ser introducir en su atmósfera gases que causen un efecto invernadero muy fuerte, calienten rápidamente la superficie del planeta, y derritan el agua que Marte tiene en los polos y su subsuelo. El octafluoropropano es uno de los últimos candidatos para no dejar escapar los rayos de luz solar que rebotan de la superficie de Marte, y Rafael Navarro considera que en sólo 100 años ya tendríamos una temperatura suficientemente alta para abordar la segunda etapa: introducir microorganismos que pudieran sobrevivir en esas condiciones y cuyo metabolismo liberara oxígeno a la atmósfera. Las cianobacterias que oxigenaron la Tierra hace 2000 millones de años podrían ser ideales para esta función, ya que además los microbiólogos están encontrando variedades sobreviviendo en ambientes extremos parecidos a la superficie de Marte en cuanto a aridez, pH, temperaturas y presencia de radiaciones. Esta etapa de oxigenación duraría unos 1000 años, y entonces ya sería viable enviar líquenes, musgos, pastos…, y los pinos que Rafael Navarro investiga en el Monte de Orizaba, por ser los que crecen mayor latitud del mundo.

Cuando este ecosistema haya acampado, ya pondremos termitas, otros animales, y al final quizás humanos.

Conglomerado de ideas
Una de las ventajas de hablar cara a cara con alguien es que te transmite más que palabras. La expresión tan honesta de Rafael cuando le dices “convénceme, porque yo a esto todavía no le veo el sentido” no deja lugar a dudas: sí tiene sentido. No estamos hablando de un capricho de científicos.
Lo que ocurre es que no debemos quedarnos sólo con la idea, irrelevante en estos momentos, de la colonización humana de Marte dentro de miles de años.
Independientemente de si pueden llegar ser plantados en Marte o no, el Monte de Orizaba cuenta con el bosque de pinos más alto del mundo. Los científicos no terminan de comprender cuáles son las condiciones que les permiten sobrevivir a 4100 metros de altitud. Y esto vale la pena ser investigado. También hay motivos más que justificados para entender la esencia de la vida e investigar sus límites con los microorganismos de ambientes extremos como Río Tinto en Huelva, o el desierto de Atacama en Chile. Rafael Navarro ha recibido este año la medalla “Alexander von Humboldt” por identificar en dicho desierto una región casi análoga a la superficie de Marte, y que está permitiendo a los astrobiólogos de la NASA y la ESA testar nuevas formas de búsqueda de vida en el planeta temporalmente rojo.

Da la sensación que la idea de terraformar Marte más bien sea una especie de ejercicio intelectual en el que se aglutinen conceptos y aparezcan nuevas preguntas sobre las características básicas de la vida, cómo se regulan los ecosistemas, investigar desde otro ángulo las propiedades de los gases de efecto invernadero, entender cómo podía ser Marte en el pasado… un útil conglomerado de ideas más que una iniciativa real.
Pero cuando a Rafael Navarro le dices “entonces olvidémonos de intentar terraformar Marte en serio, no?” su cara refleja de nuevo un sincero convencimiento, basado en su larguísima trayectoria como astrobiólogo en la preciosa, immensa y vibrante Universidad Nacional Autónoma de México .
“No es tan complicado como piensas”, dice, “y los tiempos que te he dado son extrapolaciones con la tecnología actual. En el futuro el proceso podría acelerarse”.

De repente, veo que el debate está más cercano de lo que me imaginaba. Ahora sé que sí merece la pena investigar los pinos de Orizaba, pero continúo pensando que plantearse su futura exportación a Marte es empezar la casa por el tejado, y sigue pareciéndome poco más que una distracción pensar que en el futuro la humanidad necesitará colonizar nuevos mundos.
Sin embargo, si nos alejamos de este objetivo final, tenemos en cuenta el avance exponencial de la tecnología, y analizamos el proceso pasito a pasito, quizás no estemos hablando de algo tan lejano. En el muy probable caso que dentro de unos pocos años los astrobiólogos nos digan “chavales, aquí no hay nada”, posiblemente alguien presentará una propuesta de proyecto destinada a enviar octafluoropropano, o algún otro gas de efecto invernadero, a la superficie de Marte para intentar calentar su atmósfera y empezar el proceso de terraformación.
Suponiendo que no fuera tan costoso económicamente. ¿vosotros lo aprobaríais?

En seguida os hablo del prometedor avance que científicos del MIT han realizado en el campo de la energía solar: un nuevo catalizador que descompone el agua en hidrógeno y oxígeno de forma mucho más sencilla y eficiente que hasta ahora.
Pero antes os quiero mostrar uno de los gráficos más informativos que conozco. No es nuevo en absoluto y seguro que muchísimos ya lo habíais visto. Pero a los que no os suene, merece la pena que invirtáis medio minuto observándolo. Muestra de donde viene la energía que utilizamos, y en qué nos la gastamos. Nada más, y nada menos. Es un diagrama que ayuda sobremanera a comprender el panorama energético actual, y que deberíamos tener siempre en mente a la hora de valorar las posibilidades de las renovables, el peso relativo de la nuclear, la dependencia del petróleo, la sustitución del carbón…

El ancho de cada “tubería” indica la proporción de energía que se obtiene de cada fuente, y cómo termina distribuyéndose. La línea negra es carbón, la violeta corresponde a la biomasa, solar, eólica, geotérmica… el gris indica la energía perdida y el amarillo lo que realmente se aprovecha.
Son datos de EEUU y un poco antiguos. Aquí podéis ver cifras más actuales, pero el diagrama me perece menos ilustrativo, y la visión global no cambia sustancialmente.
Si alguien tiene acceso a una mejor fuente, que no dude en añadirlo en los comentarios.
Ahora, a por el logro del MIT:

Emular a las plantas
La idea básica no es nueva: utilizar la energía del sol para disociar el agua (H2O) en hidrógeno (H2) y oxígeno (O2), guardaros por separado, y obtener energía al unirlos de nuevo en una pila de combustible.
Las plantas hacen algo parecido con la fotosíntesis, y los científicos ya hace tiempo que son capaces de reproducir este proceso en el laboratorio.
Pero en temas energéticos lo más importante no es si algo se puede hacer o no, sino a qué precio y con qué rendimiento.
Separar el oxígeno del agua era un proceso costoso que requería unas condiciones difíciles de implantar a gran escala. El hito del grupo liderado por Daniel Nocera ha sido encontrar un catalizador formado por materiales baratos (cobalto y fósforo) que permite hacer la reacción a pH neutro y en condiciones de temperatura y presión normales.
Según Nocera , “Es lo que estábamos buscando desde hace años. La energía solar siempre se había considerado limitada, una solución lejana. Ahora podemos plantearlo seriamente como algo potencialmente ilimitado y cercano.”

En detalle: La electricidad obtenida por energía solar (o eólica) llega a un electrodo sumergido en una solución acuosa. Allí, gracias al catalizador de cobalto y fósforo se empieza a separar el H2O en oxígeno y protones (H+). Luego, otro electrodo une los protones formando hidrógeno gas (H2).
Esta segunda reacción todavía necesita mejorar, porque utiliza un electrodo de platino al que se debería encontrar un sustituto más barato. Pero no es lo que más preocupa a los investigadores. El gran reto era disociar el oxígeno de forma sencilla, y esto es lo que acaban de conseguir.
Una vez separados H2 y O2, puedes guardarlos y utilizar una pila de combustible “convencional” para volver a generar agua y liberar energía cuando la necesites.
En el fondo el hidrógeno es un vector, una manera de guardar la energía del sol (o eólica) y poder utilizarla de noche, cuando esté nublado o no sople el viento.
Almacenar energía de forma barata y en dispositivos de un tamaño que puedas alojar en tu casa es uno de los grandes problemas de fuentes de energía intermitentes, como algunas renovables.
El hallazgo de Nocera está en una etapa científica, pero puede significar un punto de inflexión en las expectativas de aprovechamiento de la energía solar. Ahora falta un laborioso trabajo de ingeniería para desarrollar dispisitivos que quizás permitirán ensanchar la fina línea violeta del diagrama con que hemos abierto el post.