miércoles, agosto 17, 2005

Astroingenería. Del “Mundo Anillo” a la “Esfera Dyson”.
Por Ing. Jesús Gerardo Rodríguez Flores.
Soc. Astronómica de la Laguna, A.C.


Gerard O'NeillEra el año de 1992, y fallecía Gerard K. O’Neill. Fue profesor de Princeton en dónde se desarrollo la visión espectacular de que el hombre podría establecerse en el espacio, construyendo en órbita de los planetas gigantescas colonias espaciales totalmente autosuficientes, con gravedad artificial y recursos energéticos casi ilimitados. Ésta idea arrancó en 1974 cuando se publicó en la revista “Phsics Today” y atrajo a varios colegas que empezaron a unificar criterios durante un debate público celebrado en la universidad de Princeton el 10 de mayo de 1974. Entre los asistentes se encontraban Brian O’Leary y Freeman Dyson (arquitectos espaciales de los que comentaremos líneas abajo).

Fue así como O’Neill escribió su obra cumbre “The High Frontier” considerada por muchos como la “biblia de la colonización espacial”. En ella presenta algunas de sus ideas iniciales como eran el diseño de dos cilindros gemelos gigantescos que giraban en sentido opuesto, a fin de compensar el efecto giroscópico. Los colonos vivirían en el interior de dichos cilindros, cuyas paredes internas estarían acondicionadas como un medio de vegetación natural con árboles, hierba, arroyos y lagos. Aquí existirían tres “valles lineales” como los antes mencionados, y distribuidos entre estos se encontrarían gigantescas ventanas o “solarios” por los cuales penetraría la luz solar que previamente es reflejada por gigantescos espejos rectangulares que se encontrarían en el exterior de la colonia espacial. Estos espejos podrían ser controlados por computadora para producir las mismas condiciones estacionales que ocurren aquí en la Tierra. Loa colonos tendrían su propia versión de verano y de primavera, de día y de la noche. Además que por las gigantescas ventanas podrían apreciar comúnmente al planeta madre y su compañera: la Tierra y la Luna.

Vista desde el interior del cilindroEstas estaciones-ciudad tendrían en uno de los extremos del hábitat una central que obtendría de los rayos del sol que se concentran en los espejos parabólicos toda la energía que necesitaran. Estos espejos parabólicos concentrarían el calor solar sobre colectores térmicos que moverían varios turbogeneradores. En el otro extremo de la colonia existirían instalaciones de atraque para transbordadores espaciales.

Los tamaños de estas ciudades-cilindro podrían variar conforme mejorara la capacidad de construcción. O’Neill sugirió inicialmente construir colonias basándose en cilindros de un kilómetro de longitud y doscientos metros de diámetro. Esta construcción girará a 2.85 revoluciones por minuto para generar gravedad artificial. La colonia espacial tendrá capacidad para diez mil habitantes. Posteriormente cuando los “obreros del cosmos” pudieran realizar labores a gran escala bien podría crearse una colonia espacial cilíndrica de treinta y dos kilómetros de longitud, 6.4 kilómetros de diámetro, girando a 0.53 revoluciones por minuto para obtener gravedad artificial similar a la terrestre y con la capacidad de albergar ¡veinte millones de habitantes!

Panorama desde el cilindroLanzar todos los materiales para la construcción desde nuestro planeta resultaría carísimo. Por lo mismo Gerard O’Neill sugirió la idea de construirlas con materiales lunares. El proyecto constaría de una base lunar de ciento cincuenta personas que extraerían y lanzarían al espacio un promedio de un millón de toneladas anuales de minerales, con lo cual solo del dos por ciento de los materiales de construcción serían terrestres.

Lamentablemente las complicaciones con la leucemia puso fin a los 69 años de vida de O’Neill que solo pudo ver como la NASA empezaba a aplicar a pequeña escala sus métodos de construcción en los transbordadores espaciales, donde los astronautas ensamblan la unión de estructuras con miras a lo que seria la Estación Espacial Internacional (ISS). Siendo esta uno de los primeros productos de las revolucionarias ideas de arquitectura espacial que hace treinta años imaginara Gerard K. O’Neill.

Pero más allá de los planes de O’Neill y de la actual Estación Espacial Internacional, existen algunos diseños mucho más sofisticados y tan espectaculares que seguramente pasarán muchos siglos antes de que el hombre pueda realizar un portento de ingeniería similar.

Mundo Anillo de Larry NivenTal vez alguno de los lectores ha leído las novelas de Larry Niven tituladas “Mundo Anillo” y su secuela “Los Ingenieros del Mundo Anillo”. En estas dos novelas nos adentramos en el género de la ciencia ficción “dura”, esto es, literatura de anticipación basada fielmente en los conocimientos científicos actuales. Larry Niven nos presenta las aventuras del explorador Luis Wu y dos criaturas de distinta especie extraterrestre, los titerotes y los felinos tzin en una insólita estructura conocida como “Mundo Anillo”.

Mundo Anillo sería una superconstrucción anular de 1.6 millones de kilómetros de ancho y novecientos cuarenta millones de kilómetros de circunferencia. En su centro de gravedad se encontraría una estrella de características semejantes a las de nuestro Sol, tanto en su volumen como en su temperatura. La distancia de este sol a cualquier parte de la circunferencia del anillo sería exactamente de 150 millones de kilómetros, la distancia de la Tierra al Sol. De ésta forma tenemos las mismas temperaturas que existen en nuestro planeta.

Una superficie interior como la del anillo, si estuviera totalmente desnuda, no nos serviría de nada, pues en lugar de tener las condiciones climáticas terrestres, tendríamos las extremas temperaturas del espacio exterior. Debemos generar una atmósfera semejante a la terrestre que pueda conservar la temperatura adecuada para la vida. Esto se hace levantando kilométricas murallas en los bordes del anillo que evitarían que se escapara el aire por los laterales. Larry Niven en su novela ideó la construcción de gigantescas cordilleras montañosas que dominaban los bordes de la superficie interior del anillo. Posteriormente el anillo deberá poseer una rotación alrededor de su sol central para que la fuerza centrífuga provocada genere gravedad artificial similar a la terrestre, y así la atmósfera pueda ser retenida en la superficie, evitando que escape al espacio.

¡Pero esto todavía no es suficiente! El sol iluminaría ininterrumpidamente la superficie interior del anillo, y la atmósfera al no contar con periodos de oscuridad no podría dejar escapar el exceso de calor y seguiría calentándose irremediablemente. Tendríamos un infierno muy semejante al existente en Venus, donde ningún ser complejo puede sobrevivir. Por si fuera poco, los gases de la atmósfera se calentarían tanto que las partículas que los constituyen alcanzarían la velocidad de escape necesaria para vencer la atracción gravitacional y escapar al espacio.

Panorama desde Mundo AnilloDe allí que los “ingenieros del mundo anillo” deberán construir a 58 millones de kilómetros en orbita del sol – aproximadamente la distancia entre mercurio y nuestro astro rey – otro anillo formado a base de cuadros, intercalados con espacios para permitir el paso de la luz solar. Conforme el anillo interior de cuadros gire, va a permitir que dichos cuadros bloqueen el flujo de luz solar a las secciones del anillo exterior, produciendo periodos alternados de luz y sombra. Así se obtendría de manera artificial el día y la noche en mundo anillo, logrando de paso las condiciones para mantener la vida y el sustento de una supercivilización tecnificada.

Este asombroso mundo anillo tendría una superficie de mil quinientos billones de kilómetros cuadrados. ¡Prácticamente un millón de veces la superficie de nuestro planeta! Y toda potencialmente habitable, con la capacidad de sostener a algunos miles de billones de personas, con toda la fauna, flora y ciudades que existan en el mundo. Observar desde el horizonte al cenit en “Mundo Anillo” seria una experiencia espectacular. Observarían como el terreno se prolonga desde nuestros pies hasta un lejano horizonte y asciende como un majestuoso arco de luz y sombras cuyo punto más alto estaría coronado por un brillante y amarillo sol.

Pero esta construcción no es nada comparada con la “Esfera Dyson”, en donde podrían existir comunitariamente todas las civilizaciones técnicas de la galaxia.

Corte esquematico de la esfera DysonLa “Esfera Dyson” fue la superestructura que dio origen al “Mundo Anillo” de la novela de Larry Niven, pero la primera es más compleja y asombrosa. Fue ideada por Freeman J. Dyson en la década de los sesentas cuando era profesor de astronomía en la Universidad de Princeton. Dyson se imaginaba una avanzada civilización técnicamente desarrollada agobiada por los futuros problemas de población y energía que debería enfrentar en un futuro. Ellos idearían construir una enorme esfera que, con un radio semejante a una unidad astronómica, encerraría en su interior al sol, con lo cual podrían aprovechar hasta el último fotón de luz para generar energía. Por si fuera poco, la superficie interior de esta esfera podría hacerse habitable.

El gran problema sería obtener los materiales para la construcción de dicha esfera. Esta tarea titánica solo podría lograrse “desarmando” todos los cuerpos astronómicos de ese sistema planetario y utilizándolos para construir una esfera. Los ingenieros de la “Esfera Dyson” sustraerían, por ejemplo, todos los gases de hidrógeno y helio de mundos similares a Júpiter, y por un proceso que está todavía lejos de nuestro alcance técnico, convertirían el hidrógeno y el helio en otros elementos más pesados y sólidos que serían utilizados en la construcción.

Interior de la Esfera Dyson en un capitulo de Star Trek: Next Generation.En el interior de la esfera, se podría generar una gravedad semejante a la terrestre por medio de generadores de gavitrones (las partículas que los científicos creen que generan la gravedad). Los días y las noches serían producidas por otra esfera de un radio más pequeño, que construida con un material de biestabilidad óptica, permitiría a mismo transparentarse para permitir el paso de la luz, y en ocasiones hacerse opaco, para producir sombra en la superficie de la esfera. Ésta esfera y su estado “biestable” podría ser controlado por una serie de computadoras de tal forma de producir “días” en algunas regiones de la esfera Dyson, mientras en otras sería de noche.

La gigantesca estructura tendría una circunferencia de 940 millones de kilómetros. La luz, con su velocidad de 300 mil kilómetros por segundo, tardaría 52 minutos en darle la vuelta. El transbordador espacial que le da una vuelta a la Tierra en noventa minutos tardaría tres años y diez meses en completar una sola orbita. Ahora bien, imaginemos que al legendario y longevo Matusalén le diéramos un tren que a una velocidad de 58 kilómetros por hora le hiciera dar un paseo a toda la circunferencia de la esfera Dyson. El pequeñín Matusalén, de apenas cinco años de edad se sube a su tren para iniciar el viaje. Para cuando terminara la vuelta y llegara al punto de partida, apenas saliendo de la cabina del tren caería muerto con sus “bíblicos” novecientos sesenta y nueve años. Pero allí no queda lo más asombroso.

Lo realmente escalofriante es la superficie habitable de la esfera Dyson: más de 280 mil billones de kilómetros cuadrados. ¡Estamos hablando de más de 552 millones de veces la superficie total del planeta Tierra! (con todo y océanos y hielos inhóspitos). Sin ninguna dificultad, la esfera Dyson podría dar refugio a una población de tres trillones de personas. ¡Tres millones de millones de millones de almas! Con toda razón los constructores de tal portento de astroingenería podrían tener en el interior de su esfera todas las civilizaciones y mundos habitados, representados a escala real. Ésta esfera Dyson sería una especie de museo, exposición o paraíso de todo lo mejor, o tal vez todo – a secas – de la galaxia. Culturas, razas, tecnología, planetas, océanos, cielos, historia, ciencia, conciencia, religiones, amor. Absolutamente todo…

… y todavía sobraría bastante espacio.

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