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Por esas casualidades de la vida, la última entrada de este blog fue sobre reentradas en nuestra atmósfera, y esta semana, en uno de los episodios de CSI aparece una lluvia de estrellas, algo que tiene mucho que ver. En el episodio en cuestión, se mostraba de vez en cuando un plano en el que se veía el cielo estrellado, surcado por un caudal más o menos constante de estrellas fugaces. Dichos planos eran bastante artificiales, y no por que se notara el montaje (que cantaba un poco, todo hay que decirlo), sino porque las trayectorias de las estrellas no eran coherentes. En algunos casos, podíamos ver trazas paralelas y divergentes a la vez.

En alguna otra ocasión he comentado qué es una lluvia de estrellas y por qué se produce. Hoy entraré más en detalle. Veamos, supongo que la mayoría de la gente sabe que una estrella fugaz no es un estrella propiamente dicha, sino un pequeño objeto que se incinera al penetrar en nuestra atmósfera. Lo correcto es referirse a ellas como meteoros o meteoritos. Existe una sutil diferencia entre ambos. Un meteoro se consume completamente en la atmósfera, mientras que un meteorito consigue impactar en la superficie de nuestro planeta, dejando un bonito crater (bueno, ahora que lo pienso, puede que la diferencia no sea tan sutil, sobre todo si te cae cerca). El nombre puede llevar a confusión, ya que «meteorito» parece un diminutivo de «meteoro», y sin embargo un meteorito es normalmente más grande (o más masivo) que un meteoro, puesto que consigue llegar al suelo antes de consumirse por completo.

La mayor parte de las estrellas fugaces que vemos son meteoros. Existen determinadas fechas en las que se produce lo que se conoce como lluvia de estrellas. Esto sucede porque cruzando la órbita de la Tierra, hay rastros de polvo y hielo dejados por un cometas, de forma que nuestro planeta atraviesa una zona de más densidad de materia de lo habitual, y todos los restos que «pilla en el camino» penetran en nuestra atmósfera, desintegrándose de forma espectacular. Es importante hacer notar que es la Tierra la que se mueve y «embiste» esos restos, de forma que desde nuestra perspectiva, parece que todos vienen del mismo punto del cielo, que es hacia el que se dirige nuestro planeta en ese momento. Si alguna vez habéis viajado en coche en plena nevada, el efecto es muy similar. Parece que cientos de copos de nieve se dirigen hacia nosotros, emanando de un punto sitado delante del coche y trazando trayectorias divergentes a partir de ese punto (algo parecido al efecto de «salto al hiperespacio» en las pelis de Star Wars), pero en realidad somos nosotros los que embestimos los copos a gran velocidad.

Así que en una lluva de estrellas, todos los meteoros trazan trayectorias divergentes, que se cortan en un mismo punto. De hecho, se les da un nombre basado en la constelación donde esté ese punto. Así, las Perseidas, parecen provenir de un punto en la constelación de Perseo; las Leónidas, de Leo; y las Oriónidas, que son las que se mencionan en el episodio de CSI, de Orión. En el episodio, sin embargo, hay un plano en el que se ven dos trazas paralelas, bastante separadas entre sí, y entre ellas, una que no es paralela, por lo que es divergente con respecto a una y convergente con respecto a la otra. Algo así no podría ocurrir, a menos que el meteoro «discordante» no formara parte de la lluvia, y tuviera otro origen.

Hay otro detalle importante a tener en cuenta sobre los meteoros. La mayoría de las veces, se representan como puntos más o menos luminosos que se desplazan dejando un rastro más tenue, algo así como una bola de fuego en miniatura. Eso nos lleva a pensar que vemos el meteoro propiamente dicho, que está muy caliente y emite luz. Sin embargo, no siempre es así. Veamos, cuando el objeto que penetra en la atmósfera es muy pequeño, como por ejemplo del tamaño de un grano de arena, o una mota de polvo, la luz que vemos no procede de la incandescencia del objeto. Como recordaréis del artículo anterior, el aire se comprime a gran velocidad, elevando enormemente su temperatura. Además, también se ioniza, debido a que parte de la energía generada es utilizada para «arrancar» electrones a las moléculas de aire. Es decir, el aire se convierte en plasma. Y este plasma tan caliente emite luz, en parte por su temperatura, y en parte por la recombinación de electrones sueltos con las moléculas ionizadas que los han perdido.

Cuando el objeto es grande, la mayor parte de la luz viene de la incandescencia del propio objeto. Pero cuando es muy pequeño, es realmente el plasma de alrededor lo que vemos. Si alguna vez habéis disfrutado del fantástico espectáculo de una lluvia de estrellas, habréis visto que muchas de ellas no son puntos que se mueven, ni puntos que dejan una breve estela a su paso, sino únicamente la estela: una línea resplandeciente que se desplaza por el cielo durante unos segundos. El pequeño objeto que lo causa ni lo vemos, pero podemos apreciar sus efectos en el aire circundante. Incluso en el caso de ver un punto más o menos gordo, con una estela detrás, el punto gordo no es el objeto, sino el plasma que lo rodea, que parece lógico que esté más caliente en la zona delantera. De hecho, es más habitual que la zona más luminosa de la traza, esté un poco detrás de la cabeza.

Si estáis pensando en qué ir a ver al cine, como todas las semanas, tenéis varias posibilidades.

Supongo que podríais estar interesados en la nueva película de Steven Soderbergh, ‘El buen alemán’. Un muermazo. Pretende ser un homenaje al cine de la época, pero lo hace más bien en la forma: en realidad no despierta sino un mínimo de interés al principio del film (en cuanto a la trama). Luego no es más que intentar hacer parecer que es un peliculón.

Buena fotografía, ambientación y música.
Aburridísima historia.

Por otro lado, si aún no habéis visto esa pequeña maravilla que es Pequeña Miss Sunshine, aún estáis a tiempo (bueno, depende de dónde viváis).

Y si no, seguro que si podéis ir a ver una buena película como ‘Diamante de Sangre’, con un fantástico Djimon Honsou y un DiCaprio que vuelve a estar a la altura de las circunstancias. Excelente música, buena historia…aunque con un final demasiado sentimental y al que le sobran algunas secuencias.

Buena trama, música y actuaciones.
Busca demasiada emoción al final.

Normalmente no comento aquí cómics o películas de superhéroes, ya que no tiene mucho sentido estudiar si los poderes de tal o cual supertipo son posibles o no. Sabemos que es pura fantasía (aunque a veces se intente buscar una explicación pseudocientífica), y como tal hay que creérsela y disfrutar de ella. Pero ello no evita que me fije en detalles que no tienen que ver directamente con los superpoderes del personaje en cuestión. Hace unas semanas vi la película Superman Returns, y me llamó la atención una escena cerca del final. Veamos, Superman arranca toda la isla esa que crean los cristales kriptonianos, y se la lleva al espacio, lanzándola lejos. El pobre queda exhausto y muy debilitado debido a su exposición a la kriptonita, y empieza a caer inconsciente hacia la Tierra. Al hacerlo, casi inmediatamente vemos el clásico efecto de un resplandor anaranjado que nos indica que está sufriendo el enorme calor de una reentrada.

Es un error muy común pensar que el penetrar en la atmósfera desde el espacio, implica siempre una reentrada «ardiente» de estas características, simplemente por el hecho de entrar en ella. Lo he visto en alguna otra ocasión, aunque ahora no recuerdo donde. ¡Ah! ¿Y es que no es así? Pues no. El inmenso calor de las reentradas de los transbordadores espaciales y demás artefactos reales, que estamos acostumbrados a ver en las noticias, se debe a la enorme velocidad a la que se desplazan.

Veamos, cuando un objeto está en órbita, no quiere decir que esté tan lejos de la Tierra como para librarse de su atracción gravitatoria. De hecho, es la gravedad de nuestro planeta la que mantiene al objeto dando vueltas alrededor. Y es la velocidad del mismo lo que hace que no termine de caer. Explicándolo de forma muy simple, si suponemos una órbita circular, un cuerpo se mantiene en órbita cuando la fuerza centrífuga debida a su velocidad, es igual a la fuerza gravitatoria. En el colegio nos enseñaron que la fuerza de gravedad es directamente proporcional al producto de las masas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Concretamente, F=G•M•m/r², donde G es la famosa Constante de Gravitación Universal. En el colegio nos enseñaron también que en un movimiento circular y uniforme, la aceleración centrípeta (la aceleración que produce ese movimiento) es el cuadrado de la velocidad, dividido entre el radio de la circunferencia de la trayectoria. Es decir, a=V²/r. Cuando un objeto está en órbita circular, la gravedad produce exactamente esa aceleración centrípeta (o también podemos pensar que la fuerza centrífuga se iguala a la gravitatoria). Es decir, se cumple que V²/r=G•M/r², y por tanto, V²=G•M/r. Dado que G y M (masa de la Tierra) son constantes, es fácil ver que la velocidad depende únicamente del radio de nuestra trayectoria, y que cuanto menor sea, mayor debe ser la velocidad. En el mundo real, las órbitas son elípticas (la circunferencia es un caso particular), pero la idea general nos sirve: para estar en órbita, cuanto más cerca estemos de la superficie, mayor debe ser nuestra velocidad.

¿Cómo de grandes son las velocidades de las que estamos hablando? Para hacernos una idea, podemos consultar la entrada de la Wikipedia, referente a la conocida Estación Espacial Internacional. Ahí podemos ver que la altura media a la que se encuentra es de poco más de 350 km, y su velocidad media es de 7,69 km/s, lo que equivale a más de 27.000 km/h. A esa velocidad, tarda una hora y media en dar una vuelta completa alrededor de la Tierra. Como vemos, es una velocidad enorme.

Contrariamente a la creencia popular, el calor de una reentrada a altas velocidades, no se debe al rozamiento con el aire, en el sentido en el que habitualmente pensamos, o al menos, no mayoritariamente. La fricción o rozamiento, en un sentido estricto, es únicamente el efecto producido por el desplazamiento de un objeto en contacto con otro. Un ejemplo revelador es el conocidísimo rozamiento entre el suelo y cualquier objeto que arrastremos sobre él. Cuando un sólido se desplaza inmerso (total o parcialmente) en un fluido, es más conveniente hablar de resistencia o arrastre. En este caso, la fuerza que se opone al movimiento no se produce únicamente por el rozamiento «lateral», sino porque el fluido es desplazado de su sitio por el objeto. Si el fluido en cuestión es un gas (como el aire), hay que añadir otro elemento más: los gases son compresibles (es decir, se pueden comprimir), por lo que no todo el gas que hay delante del objeto en movimiento es desplazado hacia los lados, sino que parte de él es comprimido.

Y aquí está el quid de del cuestión. Veamos, otra de las cosas que nos enseñaron en el colegio es el comportamiento de un gas ideal, que entre otras cosas nos dice que cuando un gas se expande, se enfría, y cuando se comprime, se calienta. En las extremas condiciones de presión y temperatura de una reentrada a miles de km/h, las leyes de un gas ideal no son aplicables, pero sigue siendo cierto que al comprimir el aire, su temperatura se eleva. Y este es el principal mecanismo que produce calor en una reentrada. ¿De qué temperaturas estamos hablando? Pues en el caso concreto del transbordador espacial, en el escudo térmico se llegan a superar los 1.600 ºC.

¿Por qué penetrar en la atmósfera a tales velocidades? ¿No sería mucho más seguro hacerlo a velocidades mucho menores? Sin duda. Como ya he explicado, la temperatura depende de la velocidad. Si disminuimos la velocidad del vehículo hasta 900 km/h, por ejemplo, no se nos recalentaría el aire de delante, o al menos, no más que a un avión comercial. Pero hay que tener en cuenta algo muy importante: el combustible. Para alcanzar la altura y velocidad de una órbita, el vehículo en cuestión ha tenido que gastar una cantidad indecente de combustible. Fijaos en un transbordador espacial: en el momento del despegue tiene dos cohetes laterales (boosters), y un enorme tanque de combustible bajo la panza. Los cohetes laterales proporcionan más o menos un tercio del empuje total, y se desprenden a los 2 minutos del lanzamiento (aproximadamente). El combustible del tanque exterior es consumido durante el ascenso, y cuando ya se tiene suficiente altura y velocidad para alcanzar una órbita baja (más o menos a los 9 minutos del despegue) se apagan los motores y se desprende también ese tanque. Eso nos deja el transbordador con muchísimo menos combustible que el que tenía en tierra. Y lo mismo ocurre con los cohetes por etapas (como el Ariane, o los Saturno V del Programa Apollo): consumen una enorme cantidad de combustible, dejando al vehículo final sin el necesario para detenerse por sus propios medios. Recordad que en el vacío, nada se opone a nuestro movimiento (aunque en una órbita baja, todavía hay un poquito de atmósfera, de una densidad casi despreciable). Necesitamos aplicar la misma fuerza para acelerar como para frenar. Y disminuir la velocidad de decenas de miles de km/h a algunos centenares, requiere un gasto enorme de combustible. No tanto como el necesario para alcanzar la órbita, ya que parte lo empleamos para vencer la gravedad y la resistencia del aire, y además la masa total era mayor, pero también estamos hablando de una cantidad indecente. Si quisiéramos llevar todo ese combustible encima, la masa de nuestro vehículo se multiplicaría, y necesitaríamos todavía muchísimo más combustible para despegar y frenar, que aumentaría más la masa… ¿veis el problema? Así que para economizar recursos, se utiliza como freno la propia resistencia de la atmósfera. Hay que decir que sí se aminora un poco, pues es necesario para romper el equilibrio que nos mantiene en órbita, y así la gravedad nos haga descender.

Bueno, a lo que íbamos. La temperatura alcanzada durante una reentrada depende de la velocidad, y si ésta es suficientemente baja, no pasa nada. En el caso concreto de Superman Returns, lo cierto es que no tenemos datos exactos sobre la altura a la que se encuentra y el tiempo que tardan en aparecer las «llamas» de la reentrada. Parece que es casi inmediatamente, pero bien podemos suponer algún tipo de elípsis entre plano y plano, y pensar que en realidad han transcurrido algunos minutos. En una caída libre sin apenas resistencia del aire, se adquieren velocidades muy altas. Por ejemplo, si caemos desde 350 km de altura (la de la ISS), aun teniendo en cuenta una aceleración gravitatoria menor (8,7) tardaríamos menos de medio minuto para para alcanzar los 900 km/h de un avión comercial, y recorremos 3 km y medio. Tenemos mucho espacio todavía hasta llegar a una región donde la densidad del aire sea lo suficiente como para tener efectos tan drásticos (típicamente, en el caso del transbordador espacial comienza a partir de 140 km de altura). Así que en este caso, puede que lo que vemos sea posible. Pero también puede inducir a error sobre lo que ocurre en una reentrada.