Astrovirología ¿virus alienígenas?

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Los virus son las entidades biológicas más comunes en nuestro planeta pudiendo superar hasta 100 veces la cantidad de cualquier otro organismo celular. Cada mililitro (20 gotas) de agua de mar puede contener varios millones de virus y se calcula que si se colocaran en fila india todos los virus de nuestro planeta, un rayo de luz tardaría 10 millones de años en recorrer la distancia entre el primero y el último.

Ya ha pasado mas de un siglo desde que se descubrieron por primera vez, y aunque su papel en el origen y evolución de la vida parecen ser críticos, en parte debido a la gran diversidad en su estructura y en su secuencia genómica, su mala reputación hace que el solo hecho de oír hablar de ellos nos atemorice.

En el estudio de las condiciones óptimas para la vida, el interés incluye los ambientes más allá de nuestro planeta. Responder preguntas del tipo ¿Cómo comienza y evoluciona la vida?, ¿Existe vida en otro lugar del Universo? ¿Cuál es el futuro de la vida en la Tierra y más allá ? son parte de interés de la astrobiología desde hace algunas décadas.

Más recientemente la astrovirología, una subdivisión de la astrobiología, busca precisamente resaltar la importancia de enfocarse en los virus y en la posibilidad de que sea un virus el primer espécimen encontrado en una exploración planetaria.  Si encontramos estos agentes infecciosos en otra parte del universo, tendremos una indicación de vida, teniendo en cuenta que requieren del ADN de un ser vivo para reproducirse, introduciéndose en sus células.

Desde hace un lustro hay un gran interés en la posibilidad de tener virus fuera de las fronteras de nuestro planeta, pero muchas incógnitas sobre, por ejemplo, las consecuencias que tendrían sobre la salud humana, están aun por resolver.

El temor de una contaminación interplanetaria esta latente desde hace mas de medio siglo. En el recordado viaje de los primeros seres humanos que lograron llegar a la Luna, los astronautas volvieron a casa pero no pudieron ir directamente a celebrar y abrazar a sus seres queridos, teniendo que ingresar inmediatamente a una instalación móvil -una especie remolque -, para pasar un período de cuarentena de tres semanas, evitando cualquier posibilidad de contagio por algún agente alienígena adquirido durante la travesía.

La idea detrás de la astrovirología surge en parte por el descubrimiento en el 2012 de un grupo de virus totalmente nuevo, encontrado en lagos de ácido ardiente en Italia  (93 ºC y pH 1.5). Los virus son capaces de sobrevivir en ambientes extremos y se adaptan a los cambios. Amanecerá y veremos, pero parece que, como lo destacan algunos de los principales investigadores en el área, donde haya vida, hay virus.

Un Nuevo Mundo con nombre de astrónomo

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Este año se conmemoraron los 566 años del natalicio de Américo Vespucio, y siempre es bueno momento para subrayar su labor histórica como uno de los primeros que captó la dimensión del descubrimiento de lo que parecía ser un continente separado, un nuevo continente. Las ciencias fueron siempre uno de los motores de su vida.

Aunque su nombre ha estado siempre opacado por el de Cristobal Colón, su insignia esta presente en todo ese continente que fue nombrado en su honor, nuestra América.

Su pasión por la ciencias comenzó desde temprana edad. Teniendo a su disposición una de las mejores bibliotecas de Florencia, la ciudad italiana donde nació el 9 de marzo de 1454, perteneciente a su abuelo, un religioso dominico, Vespucio complementa el acervo más humanista de su familia, con una fuerte inclinación por las matemáticas y la física.

Se apasiona rápidamente por la astronomía y la cosmografía, y comienza a coleccionar mapas, a soñar con viajes, y a preparar el largo camino expedicionario que le espera en el horizonte.

En 1492 llega a Sevilla (España) y es allí donde su interés por la navegación ya no tiene marcha atrás. Conoce a Colón y participa en los preparativos de su segundo viaje a las tierras recientemente descubiertas, aunque solo hasta 1499 cuando obtiene el puesto de astrónomo y cartógrafo en una expedición de Alonso de Ojeda, se embarca y cruza el océano hasta el actual territorio de Venezuela, en el delta del rio Orinoco. En un segundo viaje en 1501 navega durante casi un año por el hemisferio sur, descubriendo fauna y flora completamente nuevas.

A diferencia de Colón, la motivación de Vespucio es principalmente científica. Observa durante incontables horas los cielos con su astrolabio, tratando de encontrar nuevos puntos de referencia astronómicos, descubriendo así nuevas constelaciones invisibles desde latitudes europeas. La Cruz del Sur es la más famosa de ellas, una de las más emblemáticas que adorna los cielos del hemisferio sur, y las banderas de Brasil, Australia, Nueva Zelanda, entre otras.

Observaciones detalladas de la luna con las que puede medir con mayor precisión la longitud, y por tanto la distancia recorrida sobre paralelos terrestres, le indican que tiene bajo sus pies una vastedad de tierra. Para Vespucio es claro que se encuentran frente a un Nuevo Mundo, a diferencia de Colón que siempre pensó que estaban en la parte más este de Asia.

Vinieron más expediciones y su nombre empezó a ser reconocido en toda Europa.  Su obra Mundus Novus es el primer testimonio del Nuevo Mundo con una aproximación científica.

En 1507, año siguiente de la muerte de Colon, se propone el nombre de América al nuevo continente, un merecido homenaje para quien terminó sus últimos años formando futuros navegantes en astronomía e impregnándoles su pasión por la ciencia y los descubrimientos,.

Un genio para la eternidad

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A comienzos del siglo XX, un desconocido personaje nacido el 14 de marzo de 1879 en Ulm, una pequeña ciudad alemana a orillas del Danubio, movía los cimientos de la física y cambiaría para siempre nuestro entendimiento de la naturaleza del universo. En 1905 el joven Albert Einstein era un empleado de la oficina de patentes de Berna (Suiza) a donde había llegado luego de graduarse de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich y no haber logrado encontrar trabajo en la universidad. Einstein acepta el empleo que le ofreció su compañero de clase Marcel Grossmann en la Oficina Federal de la Propiedad Intelectual de Suiza, y trabaja allí de 1902 a 1909.

Durante aquellos años la vida de Einstein experimenta grandes cambios. En 1903 se casa con Mileva Maric, compañera de clase y, para muchos, una gran apoyo y pieza fundamental en su investigaciones en estos primeros años. Al año siguiente tuvieron a su hijo Hans Albert Einstein y en 1905, con escasos 26 años, termina sus estudios de doctorado y publica cuatro trabajos en la revista “Anales de Física” que transformarían muchos aspectos de la ciencia y la tecnología de todo el siglo.

Estos trabajos, conocidos como los artículos del Annus Mirabilis (año milagroso), están relacionados con el movimiento aleatorio de las partículas que se encuentran en un fluido (movimiento browniano), la emisión de electrones por un material debido a la incidencia de luz sobre el (efecto fotoeléctrico), la relatividad especial, y la equivalencia entre la masa y la energía popularizada en su famosa ecuación E=mc2.

Pocos momentos en la historia de la ciencia han sido tan específicos y determinantes para establecer la introducción de un nuevo paradigma, y Einstein lo consigue además trabajando en la física de los pequeño y lo grande. El efecto fotoeléctrico es uno de los primeros experimentos que abrió la ventana al comportamiento atómico de la materia y que nos llevaría al campo de la mecánica cuántica, mientras que la teoría de la relatividad se confirma a grandes escalas, en ambos casos fenómenos alejados de la experiencia cotidiana de un habitante de comienzos  del siglo XX.

Es sorprendente como, a partir de experimentos mentales como imaginar a una persona viajando por el espacio metida en un ascensor, o en escarabajos ciegos recorriendo superficies curvas generadas por la deformación del espacio y el tiempo debido a la enorme masa de las estrellas, Einstein formula la teoría general de la relatividad, que presentaría al mundo en 1915.  Más de un siglo después seguimos maravillándonos con la efectividad de su teoría, que se comprueba una y otra vez. La última gran comprobación tuvo lugar hace solo cuatro años, con el descubrimiento directo de ondas gravitacionales, las llamadas arrugas del universo, que evidencian como el movimiento de los objetos hacen que el espacio y el tiempo se curven.

En poco tiempo sus investigaciones lo catapultan a la fama, principalmente desde 1919 a raíz de la confirmación mediante la observación de un eclipse total de Sol, de su teoría general de la relatividad. Un par de años después es galardonado con el premio Nobel de Física y de allí en adelante se convertiría en un ícono de la ciencia y de la cultura popular, como muy pocos personajes lo han sido. Trabaja como académico en las universidades de Berna, Zurich, Praga y Berlín, hasta que finalmente en 1933 emigra a los Estados Unidos para asumir el cargo de profesor de física teórica el Instituto de Estudios Avanzados en la Universidad de Princeton.

Hasta su muerte, el 18 de abril de 1955, a la edad de 76 años, Einstein se mantuvo activo en la academia, pero también como figura relevante en el contexto mundial de la cultura y la política. Es notable su importante defensa de la paz, y el llamado a esta causa para los dirigentes en tiempos en donde los intereses bélicos y de poder estaban a la orden del día.

La teoría de la relatividad es tal vez lo que mas hemos escuchado hablar del gran genio de la física, aunque lejos de lo que muchos piensan, no establece que “todo es relativo”, sino por el contrario, que las leyes físicas, y de manera destacada la velocidad de la luz, son las mismas en cualquier marco de referencia. Lo que en la época de Einstein no era mas que algo pertinente a la teoría hoy tiene múltiples aplicaciones en nuestro diario vivir. Sin ir muy lejos, los sistemas GPS incorporados en nuestros teléfonos celulares y que nos permiten usar aplicaciones para llegar a nuestro destino, o divertirnos jugando Pokémon Go, reflejan el claro impacto de la teoría de la relatividad en nuestra actual sociedad.

Al celebrarse un año mas del nacimiento de este gran genio de la humanidad que asombró al mundo con el poder creativo de su mente, debemos recordar precisamente hoy, en un mundo inundado con gran cantidad de información, la importancia de promover la creatividad en nuestros niños y jóvenes, ya que como el mismo Einstein lo mencionaba “la imaginación es más importante que el conocimiento, porque el conocimiento es limitado, mientras que la imaginación abarca todo el mundo, estimulando el progreso y dando a luz la evolución”

Solar Orbiter, la desafiante misión que viaja al Sol

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Las investigaciones en física solar llevan varios años profundizando en el estudio de nuestra estrella y develando innumerables interrogante sobre ella. Dentro de la nueva generación de misiones espaciales la Solar Orbiter, planeada hace casi dos décadas, será la primera que pueda tener una visión nueva del Sol, al ser capaz de observar sus polos. Estas regiones nunca antes han sido examinadas debido a que nos encontramos girando alrededor del Sol en un plano desde el cual lo vemos lateralmente, denominado plano de la eclíptica. Para lograrlo, la nave equipada con sensores y detectores deberá salir del plano de la eclíptica, y lograr la tan anhelada visión privilegiada de estas regiones en donde se espera encontrar algunas claves de la generación del campo magnético en el Sol. Sus mediciones permitirán también entender mejor algunos de los procesos que ocurren en la atmósfera solar y en la burbuja generada por el viento solar y su campo magnético que encierra a todo el sistema solar, la heliosfera.

Solar Orbiter viajará en dirección al Sol, hasta llegar a una distancia de 40 millones de kilómetros, más cerca de lo que se encuentra el planeta Mercurio. A esa distancia se encontrara en la capa de la atmósfera solar que se denomina la corona, expuesta a temperatura de unos 600 grados centígrados, bajo extremos niveles de radiación.

El Sol es el principal actor en lo que se conoce como el clima espacial. Las condiciones físicas y actividad solar tienen impacto sobre el medio interplanetario, en el que nos encontramos también nosotros. Estos fenómenos pueden representar un riesgo sobre la tecnología desarrollada por los seres humanos, y de la cual ahora dependemos profundamente para infinidad de labores en nuestra vida cotidiana. Los satélites en particular, están directamente expuestos a partículas energéticas que son lanzadas por el Sol en potentes estornudos de material. Durante las etapas más activas del ciclo solar, que tiene una duración aproximada de 11 años, los fenómenos explosivos en la atmósfera solar son más frecuentes, y el riesgo aumenta. Entre las consecuencias de estas emisiones están la formación de auroras, que no tienen consecuencias negativas, pero visibilizan el efecto de la llegada de partículas del Sol. En 1859 tuvo lugar el más potente de estos eventos, el Evento Carrington, que produjo aurora en lugares tan inusuales como Colombia, y causo en varias ciudades del mundo la caída de redes de telégrafo, en ese momento el medio de comunicación más moderno. Uno de los objetivos de las investigaciones en física solar, es ser capaces de predecir algún día el comportamiento del Sol y anticiparnos a la generación de estos fenómenos de actividad solar que posteriormente pueden causar tormenta geomagnéticas y afectarnos directamente. De esta manera podremos proteger, no solamente a los satélites, sino también a los astronautas en misiones espaciales que están expuestos a tales eventos.

Las misiones para estudiar el Sol han ido progresando de la mano con los avances tecnológicos. La estación espacial Skylab a comienzos de la década de los 70, ya contaba con un telescopio solar en luz visible, ultravioleta y rayos X, teniendo una observación excepcional del Sol, fuera de la atmósfera terrestre que afecta las imágenes registradas. En las décadas posteriores nuevas misiones siguieron mejorando sus capacidades para observar con más detalle las características de la superficie y atmósfera solar, y ya en el nuevo milenio se lanzaron sofisticados telescopios (Rhessi, Stereo, Hinode, Solar Dynamics Observatory,  con los cuales hemos podido seguir la evolución solar día tras día y descubrir muchos detalles de su comportamiento. Las nuevas misiones solares, son parte de la última generación de telescopios con nuevas y fascinantes capacidades. La misión Solar Parker, lanzada a finales del 2018, ya se encuentra orbitando el Sol a una distancia cercana, pero con Solar Orbiter se complementa el estudio de la estrella y en particular de sus regiones polares. Estas dos, sumadas al nuevo telescopio solar más grande del mundo ubicado en Hawaii, el Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST), que ya vio su primera luz, nos darán piezas fundamentales para seguir completando el rompecabezas del entendimiento de lo que ocurre en el Sol.  Una de las preguntas que aun buscan respuesta tiene que ver con explicar la alta temperatura de la estrella en la corona solar, que supera en más de un millón de grados la temperatura de su superficie, denominada  fotósfera.

Las misiones espaciales traen consigo desarrollos y avances que no solamente benefician las investigaciones concretas en un área. Gran parte de tales adelantos tienen aportes directos e indirectos en tecnologías que tienen aplicación en sectores industriales y que tarde o temprano pueden beneficiar otros aspectos de la sociedad. En Solar Orbiter hay desarrollos en materiales para proteger a la nave de la inclemencia de las condiciones a esas distancias tan cercanas al Sol. Pero una de las mayores implicaciones esta directamente relacionada con entender muchos procesos en el Sol que afectan las condiciones del ambiente espacial, y su relación con la Tierra. De poder entender tales condiciones depende incluso que podamos adentrarnos a explorar otras regiones del sistema solar, como por ejemplo una misión tripulada a Marte que durante meses esta expuesta a las condiciones del clima espacial.

La distancia que nos separa del Sol es de 150 millones de kilómetros, lo que equivale a darle casi 4000 vueltas a la Tierra. Sumado a ello, el viaje no es en línea recta porque entonces la nave pasaría de largo, cuando lo que se quiere es ponerla a dar vueltas alrededor del Sol. Esto hace que se requiera de una compleja serie de órbitas, alteradas por maniobras de asistencia gravitatoria, esa decir tirones del planeta Venus, y otro más alrededor de la Tierra, para cambiar la trayectoria de la nave y dirigirla hacia las regiones interiores del sistema solar.

La misión Solar Orbiter viene equipada con cerca de 200 kilogramos de sofisticados instrumentos para conseguir lograr su objetivos científicos. Un total de 10 instrumentos científicos, de los cuales 4 registran datos in situ en la vecindad de la nave, y otros seis realizan observaciones del Sol de forma remota. Entre ellos hay detectores de partículas para medir la condiciones del ambiente en la corona solar, el viento solar y un magnetógrafo que mediría los campos magnéticos locales alrededor de la nave. Tiene sensores y analizadores de ondas de radio y plasma, y un instrumento para realizar medidas del todo el disco solar del campo magnético en la superficie del Sol. Un espectrómetro y telescopio de rayos X permitirá estudiar la emisión de este tipo de luz solar. Con un coronografo se podrá eclipsar artificialmente al Sol para poder estudiar la emisión más débil de la corona solar sin deslumbrarse con el intenso brillo del disco del Sol. Dos paneles solares alimentaran a los instrumentos de la carga útil de la nave.

Los fenómenos explosivos que ocurren en el Sol, equivalentes a decenas de miles de bombas atómicas detonando al tiempo, envían un bombardeo de partículas cargadas con muchísima energía que, cuando llegan a la Tierra, tienen efectos sobre el campo magnético terrestre, la magnetosfera, y pueden alterarlo, causando tormentas geomagnéticas. Los satélites, instrumentos, e incluso astronautas en misiones, están expuestos a este bombardeo que genera pérdida de millones de dólares a empresas del sector espacial, y consecuencias sobre la sociedad que depende de la tecnología para infinidad de labores. Las tormentas generadas pueden interrumpir también redes eléctricas y de comunicación, y generar una especie de caos global.

Poder tener la temperatura controlada dentro de la nave para la correcta operación de sus instrumentos, fue uno de los puntos más importantes de la misión. Para controlar las altas temperaturas tiene radiadores que disipan el exceso de calor al espacio. Un escudo solar de casi 150 kilogramos hecho de titanio y con un compuesto que e fabrica a partir de huesos de animales en una especie de sandwich, protegerá a la nave de las altísimas temperaturas en sus momentos de mayor aproximación al Sol.

Por el momento un viaje tripulado a esas regiones es imposible, hasta que no tengamos mas conocimiento sobre la condiciones a las cuales estarían expuestos seres humanos y como protegerlos. Es justamente lo que pretende la misión, poder entender los detalles de lo que sucede en el Sol a esas distancias y cuál es su comportamiento, lo que significará poder llevar a cabo futuras misiones de exploración humana a diversos lugares de sistema solar.

Sin la protección de la atmósfera y el campo magnético de la Tierra estaríamos expuestos a la alta radiación solar, y probablemente la vida como la conocemos no hubiera podido desarrollarse. El Sol tiene emisión en varios tipos de luz, el llamado espectro electromagnético, emitiendo, aparte de la luz visible, en infrarrojo, ondas de radios, rayos X, ultravioleta. En particular esta última es detenida en gran parte por la atmósfera, y sin ese bloqueo, esta radiación podría ser nefasta para los seres humanos. Gran cantidad de órganos son afectados por la radiación ultravioleta, de alta energía. Las afectaciones sobre la piel son las más conocidas, produciendo alteraciones y trastornos que pueden desencadenar en melanoma y carcinomas, pero también tiene consecuencias en los ojos, produciendo cataratas e incluso ceguera, y en el debilitamiento del sistema inmunológico.

Una misión se planea muchos años antes de poder ser lanzada. Primero se concibe la idea y se van organizando equipos de decenas o cientos de investigadores en diferentes centros de investigación en el mundo. Cada equipo tiene la tarea de desarrollar un instrumento en particular en sus laboratorios, y luego se integran todos en lo que será la misión que viaje al espacio. En el caso de Solar Orbiter, las etapas de diseño conceptual comenzaron al inicio del nuevo milenio, y ya entrada la segunda década se empezaron a fabricar los instrumentos. La parte final incluye pruebas de verificación de cada uno de ellos, y de su desempeño en conjunto. El lanzamiento de Solar Orbiter se aplazó en varias oportunidades, debido a retraso en el desarrollo de algunos instrumentos.  Finalmente el 10 de febrero de este año tuvo lugar el exitoso lanzamiento desde Cabo Canaveral en la Florida, a bordo de un cohete Atlas V de la Nasa.

Estudiando el Sol, podremos entender mejor sus conexiones con todo el entorno planetario y su influencia sobre la Tierra. Entre más conozcamos al Sol, más profundizaremos en aspectos sobre nuestra propia existencia y el futuro de nuestra civilización que cada vez más depende de lo que pasa en el espacio.

Un día más para febrero

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Febrero, el mes más corto del año llego a su fin, pero esta vez no tuvo su habitual duración de 28 días.  Cada cuatro años, durante el llamado año bisiesto, este mes que recibe su nombre en honor a la Februa – fiesta romana de purificación o limpieza de la primavera que se celebraba anualmente aprovechando la época de lluvias – incorpora un día extra, con lo cual tenemos un mes engordado con 29 días.

Históricamente los años bisiestos han estado rodeados por un halo de supersticiones y mala fama. En realidad lo que representan no es mas que una simple corrección que se usa para ajustar el año calendario, o año civil, que va dede el 1 de enero al 31 de diciembre, respecto al año solar. Este último, también conocido como año trópico, tiene 365 días, 5 horas, 48 minutos y 45.2 segundos, y hace referencia al tiempo que el Sol necesita para recorrer los 360 grados sobre la eclíptica -la línea imaginaria por donde transcurre el Sol en su movimiento aparente visto desde la Tierra.

Fue el famoso emperador Julio César, quien encarga al astrónomo Sosígenes, el cálculo de la duración de una revolución solar, en el año 46 a.C, lo que da lugar a la introducción de la reforma al calendario romano que añade un día, cada cuatro años, justo después del 23 de febrero, y de esta manera poder ajustar en un día extra las horas que se van acumulando año tras año.

El nombre bisiesto proviene justamente de la expresión derivada del latín “bis sextus” que significaba que se debía repetir el sexto día antes del primer día del mes de marzo. Posteriormente el día cambió al 29 de febrero con la reforma del papa Gregorio XIII, que además mejora los cálculos de Sosígenes, con lo cual se hace un salto del jueves 4 de octubre de 1582 al viernes 15 de octubre de 1582, para corregir los 10 días sobrantes que se habían acumulado durante los 1.600 años desde la reforma juliana.

Y para que el desajuste no se volviera a producir, se creó un sistema de excepciones a los años bisiestos. No serán bisiestos los años que sean múltiplos de 100, excepto si también son múltiplos de 400.  Esto explica que los años 1800 y 1900 no hayan sido bisiestos, y que el 2100 tampoco lo sea.

Cada 29 de febrero probablemente muchos recordarán las conexiones entre la astronomía, la cultura y la sociedad lo largo de la historia, y otros, cerca de 5 millones de personas, celebraran un atípico y esperado cumpleaños.