Viaje a Marte

Recientemente la serie MARS de la National Geographic introdujo en el público lego el debate de los viajes interplanetarios, bajo la idea de colonizar este planeta.

Así como hay innumerables estudios de la fisiología humana (y de la biología) en los medios electrónicos sobre los nocivos efectos de la ingravidez (o microgravedad), también hay vacíos introducidos por este interesantísimo programa de la televisión, especialmente sobre la generación de gravedad artificial.

Pero existe en internet la idea de trasportar gravedad artificial en los vehículos espaciales, cosa que no mostró el programa ‘MARS’, ley fisiológica fundamental que se debe respetar.

Estos sistemas de gravedad artificial son los sistemas centrífugos, y en la literatura electrónica hay una buena cantidad de diseños de este tipo de naves giratorias.

Partiendo de la base que la evolución biológica en la Tierra requiere G1 (gravedad terrestre), es lógico pensar que para el desarrollo de seres vivos en Marte, con un tercio  de G1, requiere el diseño de sistemas generadores de gravedad artificial, para mitigar los severos fenómenos fisiopatológicos en humanos ocasionados por gravedad menor a G1, ampliamente conocidos en la literatura electrónica (disminución de masa muscular, déficit de masa ósea, debilitamiento medular óseo, disminución de las defensas inmunológicas, depresión psicoemocional, alteración en la distribución fisiológica del agua, trastornos visuales, etc). 

La gravedad artificial rotativa genera el principio de Coriolis, derivado de la variable distribución de la aceleración o de la fuerza centrífuga a lo largo del radio de acción. En el centro de giro, la gravedad artificial es 0, y esta se incrementa proporcionalmente en la medida que el objeto se aleja del centro.

En la gráfica, "m" representa la desviación del movimiento (efecto Cloriolis). 

Algunos cálculos matemáticos aseveran que G1 se obtiene con un radio de 24 m, a 2 revoluciones por minuto (rpm) (https://es.wikipedia.org/wiki/Gravedad_artificial).

En la nave espacial portadora de un sistema de gravedad artificial centrífugo, solo existe una franja (a determinada distancia del centro de giro) portadora de G1. Todo punto más cercano al centro, tendrá gravedad menor a G1, y por el contrario, será mayor en la medida que se aleje.

El efecto Coriolis, descrito en 1836 por el científico francés Gaspard-Gustave Coriolis, se observa en un sistema de referencia en rotación cuando un cuerpo se encuentra en movimiento respecto de dicho sistema de referencia. Este efecto consiste en la existencia de una aceleración relativa del cuerpo en dicho sistema en rotación. 

La inercia hace que todo objeto conserve su dirección de movimiento. Cuando un avión inicia su vuelo desde el ecuador hacia el polo norte en línea recta, la trayectoria resulta curvada y nunca llegará a su destino debido a que la Tierra gira hacia la derecha, de occidente a oriente, imprimiendo al avión un movimiento angular en el momento del despegue. De la misma manera, si un astronauta desplaza su cabeza fuera de la franja G1 en línea recta hacia determinado punto dentro de la nave, sus otolitos irán en otra dirección, por el efecto Coriolis. Esta falta de correlación entre el movimiento de la cabeza y el centro del equilibrio, ha de ser nefasto. El efecto Coriolis en la nave espacial se manifiesta con mareo (en forma similar a los viajes de altamar o de la montaña rusa), derivado de la variable distribución de la gravedad artificial. Debido al efecto Coriolis, parece lógico que para el desplazamiento de los astronautas dentro de la nave giratoria, habrán de valerse de guías rígidas o barandas de apoyo (no existiría el desplazamiento inercial o 'flotante' al que estamos acostumbrados a ver dentro de naves no giratorias o de gravedad cero). La carencia de apoyos, haría prohibitivo el desplazamiento por abruptas caídas del astronauta debido al inminente riesgo de trastornos del equilibrio.   

En la Tierra, el gran radio de giro (más de 6.000 Km), el efecto Coriolis es casi inexistente para los movimientos rutinarios, p.e. agacharse y ponerse de pie súbitamente, acercando y alejando los otolitos del centro de la Tierra, y no produce mareos.

El mareo, causal de vómito, grave amenaza para la vida del astronauta por obstrucción de los sistemas respiratorios de su escafandra, es debido a la aplicación de G1 de manera irregular en el centro del equilibrio de oído interno (otolitos). La simple operación de inclinarse, sentarse o subir escalerillas, no solo coloca al centro del equilibrio en magnitud diferente de G1 sino bajo el efecto Coriolis y es cuando aparecen los síntomas de cinetosis (mareos). 

En la gráfica anterior se describe el efecto Coriolis sobre el sistema vestibular: mientras la cabeza se desplaza en una dirección, los otolitos lo hacen en otra, ocasionando la distorsión perceptual de la posición, y los síntomas.

Parece obvio que dentro de la nave espacial portadora de un sistema centrífugo de gravedad artificial, los astronautas deben colocar su centro del equilibrio (otolitos del oído interno) a la altura de la franja G1, por lo tanto el sistema debe garantizar que el astronauta más alto rija el ajuste y los demás astronautas deberán usar zapatos compensadores, "anticoriólicos", para que todos queden a la altura o posición de trabajo correcta. 

En consecuencia, se encuentran tres ámbitos G: 

1----el de trabajo externo (con G local, menor a G1, en el caso de Marte), que debe tener un tiempo de permanencia definido, 
2----el de trabajo interno (dentro de la nave), con G artificial, sometido al efecto coriólico, 
3----y el de reposo (anticoriólico), que se lograría en posición horizontal, con la cabeza y el resto del cuerpo en la franja G1. Si esto último no se logra, nunca habrá restitución fisiológica y el astronauta queda condenado a enfermedad crónica y a morir prematuramente.

El sistema anticoriólico de reposo debe usarse en exteriores, mediante dispositivos portátiles, a semejanza de las ruedas giratorias infantiles de los parques de diversión. 

¿Pero cómo ver en forma 'natural' hacia el exterior de la nave espacial giratoria por una ventana? Cuando vemos el paisaje a través de la ventana de nuestro vehículo, la percepción es de 'avance', en un sentido, hacia adelante. pero si viésemos el paisaje desde la ventana de la nave giratoria, la percepción no sería de 'avance', sino de 'giro', y esto incrementaría el indeseable efecto coriólico sobre el centro del equilibrio. Pero como los astronautas no estarían dispuestos a renunciar al deleite que ofrece el paisaje exterior, la solución al problema está a la mano: las 'ventanas' no serían de vidrio como en nuestro vehículo, sino pantallas de alta resolución que traerían la imagen estacionaria desde una cámara antirrotativa ubicada en el eje de rotación de la nave.  

El programa ´MARS' genera muchas preguntas. Por ejemplo: ¿pueden los niños ir a Marte? Esto presenta un problema técnico y logístico cual es colocar la cabeza de los niños en la franja G1 dentro de la nave. Los adultos resuelven esto con el uso de zapatos 'anticoriólicos' (unos más altos que otros). De otra parte, como los niños requieren fisiológicamente mayor incorporación de calcio a sus huesos, y la fisiología ósea responde a la gravedad (reotaxismo), es claro que en condiciones de microgravedad, o de gravedad menor a G1, existen las condiciones para generar raquitismo en esta etapa de la vida, lo que hace prohibitivo la expedición con niños en la superficie marciana. El mayor aporte de calcio dietario en estas condiciones, produciría hipercalcemias y litiasis (cálculos) renales en los niños.

Y si hemos de pensar en 'colonizar, a Marte, debe responderse esta pregunta: ¿puede desarrollarse normalmente un embrión en Marte? Es una pregunta que no es fácil de contestar. Pero lo que sí se puede prever, es que el esqueleto y sistema muscular del infante, no va a ser saludable.

El programa MARS remató afirmando que existe vida en Marte. El patrón de referencia bioquímico evolutivo del humano (y tal vez de toda la vida terrícola), es el mar. Todos los niveles de concentración normal de los diversos electrolitos que hacen parte de la fisiología humana, son exactamente los niveles de concentración de esos mismos electrolitos marinos (Gamble, J,L. Harvard University Press, 1954). ¿Cuál puede ser el patrón de referencia evolutivo marciano?

La serie MARS hace un parangón sobre la similitud de las condiciones para la vida en la Antártida y en Marte. Se parecen en que ambos son muy hostiles para la vida. Pero pare de contar. Una cosa es que  la vida se adapte a la Antártida y otra, muy diferente, es la generación espontánea de vida en la Antártida. Estamos hablando de dos mundos muy diferentes.