Es complicado saber en qué momento exacto el ser humano pasó de la mera observación de las estrellas a tratar de alcanzarlas. ¿Encendieron la chispa las visiones de Giordano Bruno y su cosmos abierto a la posibilidad de nuevas formas de vida? ¿O tal vez fue Kepler, con sus tres leyes y su Somniun, quien bajó la luna desde la morada inalcanzable de los dioses a los dominios terrenales de la ciencia? ¿Fueron los viajes extraordinarios de Julio Verne, que inspiraron a varias generaciones de científicos e ingenieros? ¿O los visionarios como Konstantín Tsiolkovski o Hermann Oberth, que se tomaron en serio sus historias?

Antes de que una idea se convierta en realidad, puede permanecer hasta generaciones en el imaginario de la humanidad, alimentando sus sueños científicos. Descifrar el cielo para, tal vez, alcanzarlo algún día siempre fue uno de ellos, o al menos lo fue para algunas de las mentes más osadas de cada época.

Desde que Yuri Gagarin se convirtiera en el primer ser humano en observar la Tierra desde su órbita el 12 de abril de 1961 ―acaba de hacer sesenta y tres años de eso― hemos tratado de imaginar maneras de llegar aún más lejos, sin embargo, el espacio siempre ha sido un entorno extremadamente hostil para nosotros. Los seres humanos evolucionamos en la Tierra, y nuestra fisiología está optimizada para vivir en las condiciones que tenemos aquí: bajo una atmósfera con una presión de 101 325 Pa y un 21 % de oxígeno, temperaturas medias de alrededor de 22 ºC, bajos niveles de radiación y una gravedad de 9,81 m/s². Si queremos adentrarnos en el vacío interestelar con alguna garantía o, tal vez, colonizar otro planeta, deberemos encontrar la manera de comprimir nuestro hogar en una especie de cápsula y llevárnoslo con nosotros.

Eso es la ISS, al fin y al cabo, salvo por un aspecto: la gravedad. Pero lo cierto es que justo eso es lo menos nos interesa reproducir allí, ya que conocer los efectos de la microgravedad ―o incluso de la ausencia total de gravedad― en nuestro organismo supone, indudablemente, el primer paso para poder algún día, quién sabe cuándo, construir naves espaciales o colonias que puedan llevarnos mucho más lejos.

El ser humano está fisiológicamente adaptado, como es obvio, a la gravedad del planeta en el que ha evolucionado, y eso afecta a muchos de nuestros procesos vitales. Ante cualquier cambio, nuestro organismo trata de adaptarse, pero a veces lo hace en formas que pueden poner en riesgo la salud tanto en el espacio como al regresar a la Tierra. En el caso de la microgravedad o de la ausencia de gravedad, que serían los que nos conciernen, hay efectos que empañan la experiencia de lo que, desde fuera, se percibe como casi un spa en el que uno flota y se relaja plácidamente.

Por un lado, entre la mitad y dos tercios de los astronautas experimenta lo que se denomina síndrome de adaptación espacial al llegar a la órbita: naúseas, mareos, vómitos, pérdida de apetito, dolor de cabeza, malestar, sudoración, palidez… Estos efectos suelen empezar en los primeros minutos u horas y durar hasta varios días, pero son transitorios y no son los verdaderamente preocupantes si lo que queremos es iniciar un largo viaje interestelar o vivir en el espacio. Otro de los efectos de la microgravedad es que la sangre se redistribuye hacia los miembros superiores, provocando congestión nasal, dolores de cabeza y también cierta deshidratación, debido a que el cuerpo elimina los fluidos que percibe como «sobrantes» en la parte superior y reduce el volumen sanguíneo. Esto no es un problema mientras se permanezca en el espacio, pero sí al regresar a la Tierra, porque puede provocar una caída de la tensión arterial y llevar incluso a la pérdida del conocimiento. Normalmente se toman precauciones en ese sentido cuando un astronauta ha pasado demasiado tiempo en la órbita.

Otros de los problemas que surgen son los relacionados con el sistema musculoesquelético. Además de «crecer» entre 3 y 6 cm por la descompresión de la columna vertebral, la pérdida de masa muscular y densidad ósea en el espacio puede ser muy significativa, sobre todo si se permanece en condiciones de ingravidez durante periodos largos. No en vano hasta un 60 % de nuestros músculos ejercen la función de compensar la gravedad. De ahí que los astronautas suelan seguir un estricto programa de ejercicios tanto antes como durante y después de una misión al espacio, u otros métodos para evitar daños significativos en este sentido. Y la cosa no acaba aquí: también pueden surgir problemas con la visión, que pueden manifestarse incluso a largo plazo; gastrointestinales; genitourinarios y endocrinos, en los que la función renal puede verse afectada; pulmonares… en definitiva, en mayor o menor medida, todas las funciones de nuestro cuerpo se ven afectadas en condiciones de ingravidez.

¿Esto hace imposible, entonces, el viaje interestelar? No, pero hay que encontrar la manera de paliar las posibles consecuencias, al menos mientras no contemos con ingeniería genética que nos permita adaptar nuestra fisiología a diferentes ambientes a la carta o algo similar. Así que si nuestra fisiología no se adapta… tendremos que buscar maneras de adaptar el ambiente a nuestra fisiología, como hemos hecho hasta ahora.

Para resolver la cuestión de la gravedad en el espacio, la ciencia ficción siempre se ha puesto bastante creativa. En algunas ocasiones ha optado por ignorarla directamente ―¿para qué complicarse la vida?―, otras veces ha introducido algún tipo de aparato generador de gravedad de aspecto científico pero de fondo imaginario y, en otras, ha ofrecido soluciones que no serían inviables desde el punto de vista de la física aunque, de momento, el de la ingeniería se resiste.

Dejando de lado la posibilidad ―y capacidad― de llevar grandes cantidades de masa en una nave, que es la forma más elemental que conocemos de crear gravedad, la respuesta viene en forma del principio de equivalencia de la relatividad general de Einstein: encontrarse inmerso en un campo gravitatorio es equivalente a encontrarse en un sistema de referencia acelerado. Esto es: si podemos general aceleración, podemos generar gravedad.

La manera más fácil, por lo tanto, sería «pisar el pedal del acelerador» de nuestra nave y sentir el empuje hacia el lado contrario respecto al que nos estemos desplazando. Bastaría con construirla con el «suelo» en el lugar adecuado, como la Rocinante, de la serie The Expanse. Este método solo tendría un problema, y es la cantidad de combustible que haría falta para mantener esa aceleración constante. Lo que hacemos normalmente con las sondas que enviamos al espacio es darles un impulso inicial y dejar que se muevan por inercia a través del vacío, sin un uso continuo de combustible.

Una manera más eficiente de crear una aceleración que haga las veces de gravedad sería construir una estructura rotatoria o una centrifugadora, y esto ya lo planteó el propio Konstantín Tsiolkovsky ―luego le seguirían Herman Potočnik y Wernher von Braun―, así que la idea es casi tan antigua como la aeronáutica espacial, pero con el tiempo llegarían muchísimos más diseños. Mantener una centrifugadora o estructura equivalente girando a velocidad constante requiere mucha menos energía que acelerar una nave continuemente de forma lineal, y será el propio movimiento de giro el que provoque una aceleración centrípeta hacia afuera que se podría aprovechar como gravedad. Es el principio que utiliza la Estación Espacial V, de 2001: una odisea del espacio o la Endurance, de Interstellar. La diferencia entre ambas es que a la segunda se nos haría más difícil adaptarnos. Veamos por qué.

Crear gravedad artificial con una centrifugadora es una buena solución, pero no para todos nuestros problemas, porque en un sistema rotatorio como los que hemos mencionado, se generan fuerzas de Coriolis que producen algunos efectos «extraños» que podrían incluir, por ejemplo, cambios en la magnitud de la gravedad que sentimos ―si caminamos de forma paralela al eje giro, ya sea hacia un sentido u otro―, desviaciones en las trayectorias de cualquier objeto que lancemos o que sintamos la diferencia de gravedad a diferentes alturas respecto al eje del sistema ―incluso entre nuestra cabeza y nuestros pies―. La gravedad de estos efectos físicos dependerá de la velocidad de giro de la estación o la nave, de su tamaño… Y bueno, puede que esto no fuera gran cosa y nos pudiéramos acabar adaptando relativamente bien a ese extraños mundo, pero nuestro oído interno no opina lo mismo, porque también percibiría esos cambios, sobre todo cuando moviéramos la cabeza, provocándonos mareos o desorientación. De nuevo, nuestra fisiología determinaría el diseño.

Se ha estimado en diversos estudios que la máxima velocidad de rotación que los seres humanos toleramos y a la que nos podemos adaptar con relativa facilidad es de alrededor 2 rpm, a partir de unas 3 rpm ya necesitaríamos periodos de adaptación más largos y, por encima de 5 rpm o así, la cosa se complicaría bastante. ¿Qué significa esto? Que el diseño de la Estación Espacial V es mejor, en principio, el de la Endurance.

Para conseguir una nave o hábitat que genere una gravedad similar a la de la Tierra, pero no supere una velocidad de rotación confortable necesitaríamos estructuras bastante grandes. La Estación Espacial V tiene un diámetro de 300 m, lo que haría posible que se ajustara a estas magnitudes ―en la película, su rotación es de 1 rpm, lo que hace que su gravedad, con ese tamaño sea más similar a la de la Luna―. La Endurante, por su parte, tiene un diámetro de 64 m y rota a aproximadamente 5,5 rpm, con lo que consigue una gravedad artificial similar a la de la Tierra, pero necesita de una tripulación con cierto tiempo de entrenamiento en ese tipo de sistemas. Otra opción, por supuesto, sería construir estructuras más sencillas que, aunque no consiguieran la gravedad que buscamos, al menos aportaran un porcentaje, aunque sea pequeño, de la que tenemos en la Tierra, algo que ya supondría una ayuda para nuestros astronautas. ¿Lo llevaremos pronto a cabo?

Bibliografía

Graybiel, A.; Clark, B., y Zarriello, J. J. (1960). Observations on human subjects living in a «slow rotation room» for periods of two days Archives of Neurology, 3(1), 55-73.

Johnson, R. D.; Holbrow, C. (1977) Space settlements: a desing study National Aeronautics and Space Administration.

Stratmann, H. G. (2016). Using medicine in science fiction. Springer.

Clément, G.; Bukley, A. (2007). Artificial gravity. Springer.

Sobre la autora: Gisela Baños es divulgadora de ciencia, tecnología y ciencia ficción.