Proyecto PACER, reactor de fusión nuclear a lo bestia

Como seguramente sabrás, actualmente hay muchos problemas al intentar obtener energía de la fusión nuclear, pues suele consumir más energía de la que produce y requiere toroides magnéticos gigantescos, muy caros.

Hubo una época en la cual se pensó obtener energía de fusión nuclear de otra forma... a lo bestia.

El proyecto PACER proponía un reactor nuclear que en lugar de calentar o "chocar" el combustible nuclear para obtener la fusión, directamente utilizaría bombas termonucleares, así la eficiencia se calculaba ser miles de veces mayor.

No avanzó mucho antes de ser abandonado por razones de precio y política.

¿Como funcionaría?, pues bien, antes debo explicar bastantes mecanismos.

La fisión y fusión nuclear.

Todos los objetos están compuestos de elementos químicos, ya sea de forma pura, en forma de compuesto o en forma de amalgama/aleación.

Tales elementos químicos a su vez poseen una capa de electrones y en su interior un núcleo, el núcleo atómico que está compuesto de protones y neutrones (nucleones).

La fisión nuclear es una reacción nuclear en la cual un núcleo pesado (de mayor número de protones que el hierro) se divide en dos o más núcleos ligeros.

Si esto es cierto, ¿porqué no se puede utilizar el plomo o la plata como combustible nuclear?, la razón la veremos más adelante.

La fusión nuclear es una reacción que, al contrario de la fisión, se da cuando dos núcleos ligeros se unen formando un núcleo más pesado, hasta llegar al hierro, donde la fusión nuclear es tremendamente difícil de llevarse a cabo.

La fusión nuclear es una reacción nuclear cientos de veces más energética que la fisión nuclear, pero también problemática, pues los electrones alejan los átomos y los núcleos atómicos se repelen por su carga, esto hace que se requiera mucha energía para obtener la fusión nuclear 

(aunque se ha demostrado que cambiando los electrones por análogos más pesados, muones, la fusión nuclear se puede llevar incluso a temperatura ambiente, cosa que veremos en otra entrada).

La fisión nuclear, masas críticas y materiales fisibles.

Antes surgió la duda del porqué no se puede utilizar el plomo, la plata y otros metales pesados como combustible nuclear.

La respuesta es fácil, no son materiales fisibles, los enlaces de los nucleones en sus átomos son poco energéticos y muy estables, por lo que su fisión nuclear es extremadamente difícil de producir.

La razón de que materiales como el plutonio, neptunio y uranio puedan utilizarse como combustible nuclear, es que sus altas densidades, su inestabilidad nuclear y baja energía requerida para la fisión, los hacen fáciles de llevar a un estado de masa crítica o supercrítica.

¿Qué es la masa crítica?

La masa crítica es el punto de equilibrio de un material fisible, donde tal se fisiona lenta y controladamente, más masa lo transforma en una bomba atómica, pues genera una reacción en cadena (masa supercrítica), y menos masa dificulta la reacción nuclear hasta paralizarla (masa subcrítica).

Para obtener el estado descontrolado, la masa supercrítica, hay diferentes métodos usados en bombas atómicas:

- Aumento de la densidad: método utilizado en bombas atómicas con diseño de implosión; hacen uso de explosivos poderosos y estructuración especial que hace que la implosión -una fase del proceso para obtener la activación de la reacción en cadena, que verás más abajo mejor explicado- genere fuerzas de compresión muy grandes, aumentando la densidad del material fisible en cuestión.

- Forma esférica del material fisible: al ser esférico, los neutrones son generados y absorbidos más homogénea y rápidamente, también es utilizado en bombas atómicas con diseño de implosión.

- Aumento de la cantidad de masa hasta la masa supercrítica: este método fue utilizado en las primeras pruebas nucleares (bombas atómicas del tipo cañón de uranio) donde se hacían chocar o unir dos masas críticas. Las armas nucleares que poseían este diseño, tenían muy poca potencia y malgastaban material fisible.

- Adición de capas de material reflectante de neutrones en una masa crítica: se trata de añadir capas de un material especial que evite la perdida de neutrones y los refleje al interior, acelerando la reacción, también es utilizado en bombas atómicas de implosión.
Este método fue difícil de manejar, de hecho los primeros intentos de obtenerlo causó muchos accidentes de criticidad, como el de 1945, donde un científico murió de envenenamiento radiactivo por la radiación emitida al rodear un núcleo fisible con material reflectante de neutrones, y han habido más accidentes de criticidad letales posteriormente.

La bomba atómica:

Aunque hay decenas de diseños de bombas atómicas (de fisión) yo hablaré de una de las más potentes, y la utilizada comúnmente como etapa de ignición de un arma termonuclear.

El diseño de implosión o bomba de plutonio: esta arma nuclear tiene un diseño de implosión, una esfera de explosivos extremadamente potentes rodean una fina envoltura de reflector de neutrones, donde en su interior yace una esfera de plutonio hueca de 9 kilogramos (también puede ser uranio 233 o neptunio, pero son poco comunes), masa crítica, a veces también se coloca un ignitor neutrónico de polonio y berilio en el interior de tal esfera.

Cuando el explosivo de alta energía explota, reduce la esfera hueca de plutonio al tamaño de una pelota de tenis (ha esto se le llama implosión)... y comienza el caos nuclear en cadena del cual acaba naciendo una explosión con forma de hongo y un radio de varios kilómetros.

Para utilizar menos plutonio, se suele utilizar lentes de vacío, lentes de aire, combustible de fusión y estructuras complejas de explosivo, son las conocidas bombas atómicas de precisión o de neutrones.

La bomba termonuclear:

Pero en el proyecto PACER no se utilizarían bombas atómicas, sino bombas termonucleares, sin embargo la bomba atómica es la base de una bomba termonuclear.

Las bombas termonucleares actuales utilizan la fusión nuclear como fuente de destrucción principal, pero requieren de una bomba atómica como ignitor.

Para tal función, el diseño más utilizado es el llamado diseño Teller-Ulam, el cual está compuesto por una cabeza atómica (la bomba atómica de plutonio), un contenedor de deuterio líquido, un aerogel o substancia especial y normalmente una interfase.

La bomba atómica enciende la etapa de deuterio líquido, para ello el aerogel especial hace el papel de maximizar la presión a la que es sometida, y la interfase la función de que la etapa de deuterio no absorba demasiada calor (pues podría reventar por la presión interior antes de obtener la fusión nuclear, desperdiciándose).

Una bomba termonuclear no destruiría una ciudad, sino incluso un estado o provincia, ya no hablamos de una explosión de kilómetros de radio, sino de una explosión de decenas e incluso cientos de kilómetros de radio.

En el siguiente enlace podéis ver los efectos destructivos de una bomba termonuclear como la bomba zar (de 50 megatones) en google maps: efectos de la bomba zar.

Es posible hacer hasta bombas termonucleares de varios gigatones, capaces de destruir países enteros, pero simplemente sería muy caro e innecesario (además de difícil de enviar y dirigir), por lo que nunca se ha hecho en la práctica.

El proyecto PACER:

Mecánica del hipotético reactor del proyecto PACER:

Los reactores diseñados y sugeridos por el proyecto PACER constaban de gigantescas cámaras esféricas bajo tierra llenas de agua, los primeros diseños variaban desde los 300 metros de profundidad hasta los 1500 metros de profundidad, dependiendo de la potencia de las cápsulas de combustibles (las bombas termonucleares), máximo 50 kilotones (energía de 50 kilotoneladas de TNT).

Tales esferas estaban interconectadas con miles de tuberías con formas complejas y cientos de turbinas y sistemas de transformación eléctrica, un solo reactor era en teoría capaz de extraer continuamente 2 GWp el equivalente a varias decenas a varios cientos centrales de fisión nuclear convencionales.

También se sugirió utilizar tales reactores como criaderos de uranio-233 (en base al torio), en teoría capaz de generar varias decenas de toneladas de uranio-233 al día.

Fin del proyecto PACER:

Finalmente el proyecto PACER fue cancelado, pues debido a su complejidad técnica y costos de construcción, las tremendas cantidades de energía producida equivalía en precio a la energía producida por un reactor de fisión nuclear convencional.

Otros factores como el tratado contra las pruebas nucleares puso punto y final al intento de su renacimiento.

Renacimiento de ideas parecidas:

Desde entonces han aparecido muchas ideas, algunas ligeras y alocadas (como un motor de combustión interna gigante a base de explosiones nucleares para vehículos colosales), y también otras ideas más serias y posibles de hacer.

Algunos trabajadores de tal proyecto siguieron trabajando después de que el proyecto se cancelase, de forma voluntaria y no oficial, finalmente han llegado a un diseño barato, pequeño y eficiente.

Tal versión más desarrollada se basa en un deposito gigante con forma de vaso (en lugar de esfera), con un diámetro de 30 metros, una altura de 100 metros, el uso de paredes muy reforzadas de 4 metros de grosor en aleación especial.

Tal reactor tendría que estar bajo tierra, anclado a la roca con cientos de pernos de 15 metros de largo, y en lugar de agua utilizaría fluoruros fundidos, la cámara estaría llenada de forma parcial, y cada detonación bombearía el fluoruro hacia arriba, donde un sistema de refrigeración absorbería su temperatura para su uso en generación de energía.

Aun así, algo como esto podría no realizarse nunca debido a los tratados de prohibición de las armas nucleares, y es triste, tenía potencial... literalmente hablando.

Más allá de la nanotecnología, materiales hipotéticos

Bienvenidos a mi segunda entrada sobre un tema extremadamente hipotético (mi segunda entrada protocientífica).

Si has leído el libro "mundo anillo" seguramente conocerás el ficticio material "scrith", un material cuya resistencia equivale a la fuerza nuclear fuerte que une a los protones y neutrones, material utilizado para construir tal mundo.

Este tipo de supermateriales ficticios también aparecen en muchas más obras de ficción, por ejemplo en "orion's arm" (una novela de ciencia ficción dura a la cual le dediqué una entrada) aparece un material compuesto de monopolos magnéticos, la magmateria.

Pues bien, en esta entrada me gustaría responder a una duda: ¿es posible la existencia de un material con propiedades parecidas a tales supermateriales ficticios?
Para responder tal duda, tendremos que observar varios materiales teóricos, hipotéticos e incluso especulativos.

Neutronio: existencia muy probable, pero poco útil.

En Star Trek aparece un material llamado "neutronio", un material extremadamente duro compuesto por neutrones, muy cercano y a la vez alejado de la realidad.

En física se denomina neutronio al material teórico que forma el interior de las estrellas de neutrones, la materia degenerada de neutrones, tal materia solo interactua con la fuerza nuclear fuerte (y débil) y la gravedad, pero no con el electromagnetismo (pues los neutrones son neutros).

El neutronio real no es útil, o al menos yo no le veo aplicación útil, pues no actuaría con el electromagnetismo (que es la fuerza encargada de que la materia no atraviese la materia), por lo que su resistencia a la tensión y compresión sería inútil, y ni siquiera tendría dureza, sería atravesable e invisible, además de que se comportaría como un superfluido o plasma nuclear y tendría una densidad colosal.

Además los neutrones que lo forman se pegarían a la materia común formando átomos extremadamente inestables, pero esto no es un problema, pues el neutronio se desintegrará con una fuerza mayor a una bomba atómica en millonésimas de segundo a presión terrestre, antes de poder ser utilizado, el neutronio solo puede existir en condiciones de presión extrema.

Resumiendo: material de existencia (muy) probable, pero muy poco útil y viable.

Materia AB y moléculas nucleares, ¿son posibles?

El primer "supermaterial" útil que observaremos es la materia AB.
La materia AB es un material especulativo, estaría formado por "redes" bidimensionales o tridimensionales de nucleones (protones y neutrones) ordenados.

Este material tendría un modulo a la compresión, tensión y torsión extremadamente alto, equivalente a la fuerza que une a los propios nucleones, y obtendría diferentes propiedades eléctricas y físicas según estructura, pudiendo ser superconductor, superaislante, falta de fricción, etc; y pesar desde unos nanogramos/metros hasta varios millones de toneladas/metros

¿Cual es la pega?

Este material tiene muy pocas posibilidades de poder ser real.
La principal razón es que los protones se repelen, la razón de que estén unidos es la denominada fuerza nuclear fuerte residual, que los mantiene pegados con una fuerza 30 veces mayor al electromagnetismo gracias a la acción de mesones.

Sin embargo, esta fuerza residual es muy intensa pero corta, por lo que llegado a determinado número de protones, es muy difícil mantener la estabilidad, excepto con los números de neutrones "mágicos", nombre que se le da a las configuraciones y números de protones y neutrones que dispersan la fuerza nuclear residual de forma casi homogenea, añadiendo más estabilidad de lo normal.

Además, debido a la naturaleza cuántica de tales escalas y altas energías, los nucleones no tienen ángulos fijos de unión, tienden a colapsar en esferas por lo que estructurarlos es una labor extremadamente difícil.

Y por supuesto, su autor, Alexander Bolonkin, no dió muchas explicaciones del mecanismo para que este material fuera capaz de solucionar o esquivar estos límites.

Resumiendo: existencia poco posible.

Para más información de sus fantásticas propiedades leed aquí.
Y para más detalles de su posibilidad de no ser viable leed aquí.

Las moléculas nucleares son análogos a las moléculas químicas, pero a escala atómica, son otra forma de material femtotecnológico, al igual que la materia AB.

Las moléculas nucleares se basan en nucleos atómicos (en lugar de átomos) muy cercanos y unidos mediante enlaces de neutrones (en lugar de electrones), tales moléculas nucleares, debido a la gran cercanía comparten la misma "corteza" de electrones, es decir, están dentro de un mismo átomo.

¿Cual es la pega?

Este tipo de material debería ser muy fuerte y resistente al basarse en la fuerza nuclear residual fuerte de los nucleones, sin embargo las moléculas nucleares solo se han observado como pequeñas fases de desintegración (de un tiempo de millonesimas de segundo o menor) de algunas partículas sintéticas ricas en neutrones, y son bastante inestables en ese contexto, la razón es obvia, los neutrones se desintegran cuando están alejados de los nucleos y el exceso de giros iguales hacen que los enlaces se repelan y rompan.

Sin embargo, hay una forma de esquivar tal límite: el uso de hipernucleos e hiperones.

Los protones y neutrones son nucleones, un tipo de barón, y los nucleones están formados por tripletes de quarks, unas partículas aun más elementales que los protones y neutrones, estos quarks son estos dos tipos principales: "arriba"(u) y "abajo"(d).
En el caso del protón los quarks que lo componen son uud y en el caso del neutrón udd, combinaciones de uuu y ddd forma partículas inestables de carga negativa y doble positiva.

Existen más quarks: "extraño"(s), "encanto"(c), "fondo"(b) y "cima"(t), pero son muy inestables, excepto si forman bariones (tripletes de quarks), a los bariones que contienen este tipo de quarks se les denomina hiperones en lugar de nucleones.
Pero los hiperones siguen siendo bastante inestables, solo los hiperones que contienen quarks extraños y encanto duran lo suficiente para poder unirse a un núcleo atómico, y cuando se unen a un núcleo se estabilizan más y forman lo que se denomina "hipernucleo".

Un hipernucleo con hiperones de quarks extraños suele ser estable contra más neutrones y menos protones tiene, y produce una fuerza residual fuerte mucho más fuerte que la producida por los nucleones, esto a su vez puede ser una solución para estabilizar las moléculas nucleares que son ricas en neutrones, pero por ahora los hipernucleos son muy costosos de producir, y su aplicación en moléculas nucleares está muy lejos, además de que podría ser inútil.

Resumiendo: existencia posible.

Hilos de plasma de quark-gluones trenzados.

Recientes estudios han sugerido que podrían surgir filamentos de bariones y quarks y gluones en los plasmas ultra-calentados, el plasma quark-gluón es un estado de la materia que se produce a temperaturas extremadamente altas, tan altas que los propios protones y neutrones se desitegran en un fluido quarks y gluones unidos por la interacción fuerte.

Estos hilos de quarks y gluones podrían ser trenzados para producir tejidos extremadamente fuertes, pero los problemas son obvios.

No se sabe si estos hilos pueden sobrevivir a temperatura ambiente o si colapsarán en bariones (nucleones e hiperones).
Los hilos trenzados podrían interactuar entre sí mediante la carga cromática.
No se conoce método para manipular los quarks y gluones a precisión.

Resumiendo: existencia poco posible.

Magmateria, materia diónica, o mejor dicho: monopolium.

La magmateria será el último supermaterial hipotético que veremos en esta entrada, la magmateria es un material ficticio análogo a la materia convencional, a los átomos, pero compuestos por monopolos magnéticos unidos principalmente mediante fuerzas electromagnéticas, es un recurso muy utilizado en ciencia ficción dura y apareció por primera vez en la novela "Orion's Arm".

¿Invención de la novela Orion's Arm?, no, en realidad tal material fue sugerido con el nombre de "monopolium" y como aplicación de los monopolos en 1979 por Hans P. Moravec, junto a la desintegración protónica catalizada y otras ideas, esto lo confirmo usando este antiguo documento de una universidad: http://www.frc.ri.cmu.edu/~hpm/project.archive/general.articles/1981/monpol.mss,
aunque tal vez pudo ser una idea mucho más anterior de otra persona, pero simplemente no he encontrado nada más.

¿De que estaría compuesta la magmateria o monopolium?

Antes he mencionado los monopolos magnéticos, los monopolos magnéticos son hipotéticas partículas elementales con un solo polo magnético, tales partículas se ha calculado que tendrían una masa miles de veces superior a la de un protón pero un tamaño miles de veces reducido.

La existencia de este tipo de partículas se cree ha sido detectada en 1982, y digo "se cree" porque ha sido imposible reproducir su observación.
La posibilidad de que uno o varios monopolos "caigan" a la Tierra desde el espacio en determinado plazo de tiempo es muy alta según la hipótesis por su (baja) abundancia, sin embargo la posibilidad de detectarlo en una pequeña zona de investigación es ínfimamente baja, por lo que podría haber sido un verdadero descubrimiento incapaz de ser reproducido, o un error del sensor.

En 2014 se obtenieron (pseudo) monopolos magnéticos sintéticos en un laboratorio, pero sin embargo no eran partículas elementales, sino estructuras basadas en el condensado Bose-Einstein, esto es una evidencia de que la existencia de tales partículas elementales es posible.

Volviendo al tema de la composición del monopolium: el monopolium estaría formado por estos monopolos magnéticos elementales, tales monopolos requerirían poseer unas propiedades topológicas y físicas específicas para poder formar el monopolium.
Así pues, estos monopolos elementales deberían tener propiedades análogas al electrón, a los protones y neutrones (aunque con solo análogos a los protones y electrones ya basta, pues los monopolos no se verían afectados por la fuerza nuclear fuerte residual, esto significa que un análogo al neutrón sería inútil).

Un monopolo análogo electrón tendría una masa (como mínimo) equivalente a 1.000 protones o 2.000.000 de electrones, y un análogo al protón la misma gran masa o una masa aun mayor, esto, unido a  la cercanía de tales monopolos por la fuerza "magnética-nuclear" muy elevada, haría que el monopolium tuviese una densidad tremenda, mayor a la del neutronium, en un metro cúbico de tal material la masa sería prácticamente coma la de una montaña o incluso la luna.

¿Solución?, análogos al grafeno y nanotubos de carbono basados en el monopolium.
Una hoja bidimensional de monopolium análoga al grafeno tendría un grosor similar que un protón o poco mayor que electrón, y un metro cuadrado de tal hoja tendría la masa de un metro cúbico de oro u osmio, pero esto comparado con su gran resistencia no sería nada.
Una hoja bidimensional de monopolium análoga al grafeno sería trillones de veces más resistente a la tensión, compresión y cizallamiento que el propio grafeno, y además debido a su diminuto grosor, su dureza sería extremadamente grande, podría ser inrayable excepto por otro trozo de monopolium, y ser capaz de cortar cualquier material normal a precisión molecular aplicando una fuerza insignificante.
Además este material seria extremadamente atérmico y tendría un "punto de fusión" que rondaría los millones de kelvin.

Además también podría utilizarse como catalizador de desintegración protónica, debido a estar compuesto por monopolos (en esta entrada protocientífica hablaba sobre la desintegración protónica catalizada por monopolos).

Dejémonos de detalles fantásticos y veamos más obstáculos demoledores, las pegas que podrían hacer este material inexistente.

Este material es incapaz de existir si los monopolos magnéticos elementales no existen, obstáculo que no puede ser solucionado ni esquivado en caso de que aparezca.
Además requiere de la existencia de tecnologías de producción de monopolos y modificación de tales para darle las características adecuadas (de otro modo sería inviable).
Y su gran densidad y consumo energético de fabricación lo hace impráctico para usos "normales".
También se requieren diones para que hayan fuerzas de repulsión, en caso de que los monopolos aunque sean de diferente masa se aniquilen.

Aun existiera, tiene más problemas:
Si los monopolos son muy masivos, acabariamos con un material muy fuerte pero con horizonte de sucesos a la vez, es decir, un agujero negro.
Etcétera.

Resumiendo: material de existencia posible solo en caso de que existan los monopolos magnéticos elementales, utilidad muy alta.

Además de los materiales expuestos aquí (materia AB, moleculas nucleares, monopolium, etc), hay una gran cantidad de materiales hipotéticos, tales como el Einsteinon, el higgsinium y las moléculas technicolor, pero son mucho más hipotéticos, razón por la que no los he mencionado.
Muchas leyes físicas pueden permitir la existencia de supermateriales extremos de este tipo, pero a la vez pueden no permitirla, este es un tema que no se ha explorado lo suficiente y que en mi opinión debería explorarse más.
Todos los materiales expuestos aquí son hipotéticos y protocientíficos, expuestos como una curiosidad o posibilidad (excepto el neutronio, o materia degenerada de neutrones, que es teórico).

Bioquímicas hipotéticas

¿Debe haber agua para que surja la vida?
¿Solo puede surgir la vida del carbono?

Cuando alguien oye hablar sobre el tema de la vida extraterrestre cae en el error de pensar de que debe ser igual a la vida terrestre, y no me refiero a las formas de los organismos, sino a sus bioquímicas, ¿porqué debería la vida ser igual a la terrestre en su base química?

Sí, lo habéis adivinado, en esta entrada hablaré sobre bioquímicas hipotéticas, es decir, substancias alternativas a los aminoácidos que los seres vivos de nuestro planeta poseen y disolventes alternativos al agua.

Disolventes aptos para la vida:

Muchas veces habréis oído hablar sobre la zona habitable (o zona ricitos de oro), una zona alrededor de las estrellas donde el agua es líquida, más allá el agua se congela, y más adentro el agua se evapora.

¿Realmente es el agua un bien esencial?, por supuesto, pero solo para la vida terrestre.

El amoniaco, los hidrocarburos, el fluoruro de hidrógeno, sílice fundido y otras substancias pueden desarrollar el mismo papel que el agua al formar parte de los denominados "disolventes universales".

Los disolventes más parecidos al agua: hidruros líquidos no metálicos.
Los hidruros no metálicos, tales como el cloruro de hidrógeno, amoniaco y sulfuro de hidrógeno, son los fluidos más parecidos al agua, sin embargo, cada uno posee un rango de temperatura de utilidad, es decir, algunos requieren temperaturas gélidas y otros temperaturas extremadamente grandes, para ser líquidos y reaccionar.

¿Es esto malo para las posibilidades de surgir de la vida?
No, al contrario, hacen que la zona apta para la vida se amplifique decenas de veces.
Esto significa que podría surgir vida en planetas gélidos o en planetas abrasados.

Concepción artística de un planeta con océanos de amoniaco, este tipo de planeta sería habitable en un rango de temperatura entre los -78Cº y -33Cº a presión terrestre.

La presión atmosférica también cumple un papel esencial, da igual el rango de temperatura de la zona Ricitos de Oro, si las presiones son las debidas para que el agua (y otros disolventes) sea líquida, entonces el planeta será apto para la vida.

Por ejemplo: a 2 atmósferas el agua sigue siendo líquida entre (creo, corregidme si me equivoco) los 0Cº-120Cº, y a menor presión atmosférica pasa lo contrario, los puntos de ebullición son más bajos.

Los superdisolventes: fluorocarburos y perfluorocarburos.
Los fluorocarburos son moléculas muy similares a los hidrocarburos, pero con flúor en lugar de hidrógeno.

Los fluorocarburos son excelentes disolventes, y podrían ser el camino más corto para la formación de vida, son químicamente inertes en condiciones oxidantes y poco reductoras, y su familia de moléculas, la cual es bastante grande, le da un rango extremadamente grande de estado líquido en conjunto.

Los fluorocarburos son mejores disolventes que el agua, y esto es muy bueno para la formación de vida, pues más cantidad de substancias disueltas significa más probabilidades de formación de moléculas complejas.

Sin embargo, este tipo de disolvente tiene algunas desventajas:

- Absorción de gases muy alta: los oxidantes y reactivos del aire serían fácilmente absorbidos, el oxígeno y el cloro atmosférico pueden dificultar la formación de moléculas complejas.

- Extremadamente baja abundancia: un planeta rico en flúor solo se formará (tendrá posibilidades de formarse) en un ambiente lleno de elementos no metálicos de formación anti-natural (y el flúor es uno de tales), tales se forman cuando una estrella muy masiva muere de forma precoz.

- Suelen evitar la formación de ozono o destruirlo: ¿alguien recuerda los CFC?, un planeta bombardeado por muchos rayos ultravioletas solo obtendrá vida terrestre si esta es extremófila o submarina.

Disolventes débiles pero abundantes: hidrocarburos.
Los hidrocarburos, en especial metano y etano, son disolventes universales, pero mucho más débiles.
Esto no es un problema cuando hablamos de planetas helados, en planetas de temperaturas menores a -60Cº, los hidrocarburos son un comodín, una oportunidad, para la formación de la vida.

También, hay que añadir que los hidrocarburos difícilmente podrían disolver aminoácidos (aunque obviamente serían incapaces de funcionar a tales temperaturas), en su lugar, una forma de vida basada en los hidrocarburos poseería un mecanismo celular compuesto de polilípidos y substancias similares nitrogenadas.

Imagen de Titán, si poseyera vida, estaría basada en hidrocarburos.

Disolventes muy calientes: silice fundido, lava.
El dióxido de silicio, silice, vidrio, etc, también es un buen disolvente para la vida, claro está, a temperaturas superiores a los 1200Cº.

A estas temperaturas es imposible la existencia de aminoácidos, se desintegrarían, en su lugar las formas de vida deberían estar formadas de ácidos heterometálicos (que son moléculas sólidas, movibles y plásticas a tales temperaturas).

Disolventes supercríticos, ¿puede existir vida en los gigantes de gas?
Fluidos supercríticos, tales como el dióxido de carbono y el hidrógeno a altas presiones, son excelentes disolventes, pues además de su propiedad de disolvente, su gran fluidez, típica de los gases, distribuye rápidamente la substancia disuelta.

Los fluidos supercríticos se forman de forma natural en gigantes de gas o planetas terrestres con atmósfera extremadamente densa, y pueden suponer un factor de aumento de probabilidades de la formación de vida, tal como en los fluorocarburos.

Hay una curiosa escena de la serie "Cosmos" de Carl Sagan, en la cual Carl Sagan habla sobre la posibilidad de vida en Júpiter, él pensaba que en Júpiter había concentraciones muy grandes de aminoácidos que podían suponer el surgir de vida, sin embargo, exploraciones posteriores a la fecha del documental mostraron la cruda realidad de bajas concentraciones de aminoácidos en Júpiter.
Aun así, es algo digno de mostrar en esta entrada:

Vida planetaria no basada en carbono:

Como todos sabemos, la base de la vida terrestre es el carbono, sin tal, no habrían azúcares, lípidos, ADN y proteínas, pero en planetas con condiciones muy diferentes a la Tierra, esto no sería un problema.

- Vida basada en silicio:
El silicio es uno de los elementos químicos más abundantes en planetas rocosos, y posee una reactividad y propiedades similares al carbono cuando es sometido a bajas temperaturas.
Este tipo de ser vivo tendría un lento metabolismo y habitaría planetas muy helados.

- Vida basada en boro:
El boro, aunque es muy reactivo en la Tierra, explosivo, podría ser la base de la vida en planetas con atmósferas y mares reductores (combustibles), y la vida basada en tal sería comburente (oxidante).

- Vida basada en nitrógeno-fósforo.
El nitrógeno y el fósforo pueden formar cadenas moleculares movibles y plásticas en condiciones específicas.

- Vida basada en compuestos metálicos:
En planetas con temperaturas de miles grados centígrados podría surgir vida basada en compuestos metálicos, en mares de lava.
Cómo antes he mencionado, los materiales por excelencia serían los compuestos heterometálicos.

Vida no planetaria:

¿Está la vida realmente limitada a los planetas?
No, en hipótesis podría existir vida incluso en el plasma del interior de las estrellas, no daré detalles ahora (tal vez en futuras actualizaciones) solo mencionaré algunas posibilidades que han sido exploradas:
- Vida basada en el polvo interestelar (basada en plasma y polvo).
- Vida en las estrellas de neutrones (compuesta de protones y neutrones, no moléculas).
- Vida en las estrellas (basada en el plasma).
- Máquinas de Von Neumann, vida robótica artificial (punto que se mostró en algunos debates entre Carl Sagan, Dyson y Fermi sobre la posibilidad de existencia de vida extraterrestre).

Aquí finaliza esta entrada.

El rascacielos máximo

Cualquiera que se haya interesado por los rascacielos se habrá preguntado lo siguiente, ¿cómo de grandes pueden llegar a ser en el futuro?, ¿dónde está el límite?

Pues bien, en esta entrada exploraré el máximo límite hipotético de altura, y los límites principales de la construcción de una gran estructura.

Vayamos a por los principales límites: los mayores límites son el costo, el dinero disponible y el área máxima de construcción permitida; así que olvidemos de los grandes rascacielos, de hecho se requiere una gran cantidad de dinero para construir uno pequeño de cientos de metros, pero son los límites más obvios, así que los obviaremos, me centraré ahora en los límites físicos.

Los principales límites físicos son los materiales del momento, la geología de la zona y el clima; límites que también obviaremos, bueno, solo el de los materiales del momento, pues buscamos la máxima altura hipotética, por lo que exploraremos también toda técnica y material teórico.

Entrando en el concepto de las ciudades encerradas en edificios: las arcologías.

Hemos dejado atrás los factores económicos, es hora de adentrarnos a un tipo de estructura muy cara, la arcología.

Una arcología es básicamente un edificio que contiene en su interior una ciudad completa, es una gigantesca estructura que combina arquitectura y ecología.
Existen varios conceptos: arcologías subterráneas, submarinas y terrestres (o tipo rascacielos), en esta entrada hablaré solo de las arcologías terrestres por ser las más adecuadas en este contexto.

El proyecto de arcología más conocido es el denominado "torre biónica" con 1.200 metros, del cual podéis escuchar algunas características en el siguiente vídeo:

Y aquí los enlaces hacía las dos partes que faltan:
https://www.youtube.com/watch?v=bPzO7lHRLNM
https://www.youtube.com/watch?v=LI8hWBhf5UI

Volviendo al tema, hay muchos más proyectos, como Hexahedron city, Ultima tower, etc.
Uno que es muy significativo es el denominado "Piramide de Shimizu" de 2.004 metros, hecho en parte por nanomateriales, esta estructura se describe en un documental de megaconstrucciones.

Y finalmente llegamos al proyecto de arcología más alto, el X-Seed 4000, con 4 kilómetros de altura y capacidad para un millón de habitantes.

¿Esto es todo?
No, aun nos falta muchos conceptos por recorrer, pero se podría decir que es el límite físico de los rascacielos de acero.

Cuando los rascacielos alcanzan la estratosfera: usando nanomateriales y globos.

A partir de los 4 kilómetros, el número de diseños de rascacielos baja súbitamente, esto es debido a que el acero tiene un límite de compresión y tensión, al igual que todos los demás materiales, a partir de este punto no volvemos a ver proyectos hasta que subimos a la estratosfera.

Unos de los pocos proyectos de tal altura que he encontrado ha sido el siguiente, con 30 kilómetros de altura, aunque en realidad es un diseño:
https://timeguide.wordpress.com/2013/02/22/super-tall-30km-carbon-structures-graphene-and-nanotube-mesh/

Aquí podéis encontrar una traducción al español, en mi otro blog.

Otro ejemplo que podría dar es el de la "red estratosférica de rascacielos", diseño propuesto en el concurso eVolo.

¿Porqué hay tan pocos proyectos de este tipo de estructura?
Sencillo, este tipo de estructuras no son viables actualmente, requieren el uso masivo de nanomateriales, lo obvio es que no se diseñen si no van a ser prácticos.

Entrando a la ionosfera: usando la presión electrostática para mantener edificios en pie.

A partir de la ionosfera, no he encontrado ningún diseño de estructura, tan solo conceptos y un método por el cual se podría construir rascacielos de gran altura sin el uso excesivo de nanomateriales: el uso de la presión electrostática.

Según el método que he encontrado, un rascacielos hueco podría construirse con composites de carbono/epoxy y materiales conductores, el principal problema es que si se hincha con aire la estructura colapsará, pues los composites no son suficientemente resistentes para aguantar las fuerzas de compresión por el propio peso con tal tamaño.

¿La solución? Hincharlo con electricidad.
Hay un fenómeno llamado presión electrostática, si en un objeto pasa mucha intensidad eléctrica o acumula mucha carga electrostática sufrirá una fuerza de expansión dentro de sí, presión.

El funcionamiento es sencillo, se hace pasar una corriente de extremadamente gran intensidad entre dos conductores, y en el centro se hace el vacío.
Una vez se genera la presión electrostática, la torre se mantiene en pie y no sufre compresión, sino tracción, además puede experimentar una ligera fuerza de empuje hacía arriba en caso de que la estructura pese menos que el aire circundante, como el concepto del que yo hablaba en mi anterior entrada:
Los dirigibles de vacío.

Este tipo de estructura sería capaz de llegar hasta los 120.000 kilómetros de altura, pero el principal problema es que consumiría una gran cantidad de energía, equivalente a la producción de decenas o centenas de centrales nucleares.

Para más información leed aquí:
http://laorillacosmica.blogspot.com.es/2008/09/torres-espaciales.html

Y finalmente llegamos al ascensor espacial.

Como seguramente sabréis, un ascensor espacial está compuesto por un cable o varios de nanotubos de carbono, sujetando un contrapeso a gran altura, este contrapeso está sometido a fuerzas centrífugas, por lo que le da a la estructura tensión en lugar de compresión, y la capacidad de estar en pie.

¿Se puede construir aun más alto?
Mala pregunta, la pregunta correcta es: ¿para qué construir más alto?

¿Es posible construir un dirigible "lleno" de vacío?

La densidad del aire es 1,28 g/L, la del helio es 0,178 g/L, la del hidrógeno es 0,09 g/L, y la del vacío es 0.

En esta nueva entrada me gustaría exponer un tema que me ha parecido interesante, y lo expondré de forma detallada, dando incluso los detalles de algunos proyectos.

Pero antes responde mentalmente: ¿es posible construir un dirigible "lleno" de vacío?

Es probable que hayas respondido "no", pues es contraintuitivo llenar un globo con vacío, pero no se está tomando en cuenta que no se requiere un globo o contenedor elástico, se puede utilizar un contenedor rígido, ahora la respuesta cambia a tal vez sí, ¿pero como podría ser y de donde viene esa idea?, de eso va a tratar esta entrada.

Un poco de historía.

La idea del "globo de vacío" no es reciente, la idea de un vehículo de tal tipo data desde 1670, Francesco Lana de Terzi propuso un concepto de barco que flotaría por el uso de esferas de cobre huecas sin aire.

Pero esta idea no estaba muy bien elaborada, al verlo ya intuyes que no podría flotar, hacen falta esferas más grandes, sin embargo en esa época se desconocía la densidad exacta del aire, tan solo se conocían aproximaciones, así que tampoco es un detalle a tomar muy en cuenta.
El problema principal es que las finas paredes de cobre de las esferas, no son suficiente rígidas para soportar la presión del aire circundante, por lo que colapsarían, y al hacerlas un poco más gruesas pesarían demasiado.

El gran problema de los dirigibles de vacío, ¿que hacer para que no colapsen?

Tenemos aquí un gran problema tecnológico al que hay diferentes soluciones y problemas derivados de tales:
- Mayor grosor de pared:
la solución más obvia, pero trae el problema del peso, y si el interior se hace más grande para eliminar el problema del peso, aparece otra vez el problema del colapso, pues la compresión tiene más área donde afectar.

- El uso de materiales más rígidos, ligeros y resistentes a la compresión:
esta puede ser la mejor solución, solo que muy pocos materiales o mezclas reúnen tales condiciones, son caros y pueden no funcionar si se diseña mal.

- El uso de "ejes" (barras) interiores para que no colapsen:
esta solución trae un nuevo problema difícil de solucionar, se originarían puntos de cizallamiento y tensión.

- El uso de formas poliédricas y aristas rígidas:
esta solución mengua un poco el problema del colapso, pero sigue siendo ineficaz.

- El uso de celdas vacías sin aire en patrones tridimensionales:
aunque añade más peso, da la capacidad de dar más delgadez a las paredes de las celdas sin que la estructura colapse, pues se dispersa mejor la fuerza de compresión, y da la posibilidad de añadir de vez en cuando cámaras vacías más grandes (resumiendo menor peso).

-Etc.

Varios modelos de dirigibles de vacío, posibles formas viables de construirlo:

Ya estamos adentrándonos a los detalles, a los proyectos, ¿que se ha propuesto para construir dirigibles de vacío de forma viable?

- Una de las primeras propuestas era utilizar paredes de aleación especial con celdas sin aire, colocadas como capas de una cebolla, y en el centro el vacío, sin embargo era caro, muy caro y poco resistente.

- La primera propuesta que parecía funcionar y ser barata era utilizar el propio aire como pared en una esfera geodésica hinchable.
Se trataba utilizar dos esferas geodésicas, una externa y una interna, unidas mediante ejes o cables, entre las dos esferas se inyectaría aire a presión, y en la esfera interior quedaría el vacío, este modelo sería hinchable y barato.
Sin embargo aun poseía unos cuantos problemas, por ejemplo que el material utilizado de "funda hinchable" seguiría sufriendo fuerzas de compresión, aunque menores.

- Las propuestas más apoyadas son las del uso de celdas vacías sin aire en patrones tridimensionales, y no falta razón en tal apoyo, aunque en un principio serían pesadas por la gran cantidad de material, dispersan mejor las fuerzas de compresión, por lo que se pueden hacer más finas y débiles las paredes de las celdas sin sufrir daños, además de añadir capas con mayores tamaños de celda según nos adentramos al centro del dirigible, así acabaríamos con muy poco peso.

Ya tenemos claro que el dirigible de vacío compuesto de celdas vacías es el más seguro, ¿cuando lo construimos?

Lamentablemente aun no he terminado, siguen habiendo problemas, con el modelo de celdas se requeriría una estructura gigantesca, eso si usamos los materiales actuales.

Espera un momento, los nanomateriales podrían cambiar esto en el futuro, por ejemplo con los nanotubos de carbono no se requeriría ni celdas, pues poseen una gran resistencia a la tensión, tan solo haría falta una cantidad de un tejido de este material en forma de lámina esférica, unos pocos ejes de un material resistente a la compresión y el mecanismo para hacer vacío en su interior.

Bueno, actualmente no podemos construirlos porque no resultan económicos, pero en el futuro cuando se usen nanomateriales, ¿que implicaría el dirigible de vacío?

El dirigible de vacío podría ser una alternativa igual de segura que el dirigible de helio frente al dirigible de hidrógeno, pero además podría ser mucho más barata, pues el helio es muy caro.

El dirigible de vacío además, por tener menor densidad que el helio, podría utilizarse para elevarse a sí mismo hasta más allá de la estratosfera, donde podría actuar de satélite de telecomunicaciones (mejor dicho, estratélite) o incluso de lanzadera de cohetes, ahorrando combustible.