sábado, 25 de julio de 2009

Un astronauta ficticio es alcanzado por una llamarada solar artificial

Investigadores están a punto de someter a un astronauta ficticio,
que posee células sanguíneas y tejidos humanos simulados, a una
llamarada solar artificial. La manera en que salga de la radiación
el desafortunado voluntario revelará por primera vez qué
de amenaza representan las llamaradas solares para los
astronautas que viajen a la Luna o a Marte.

Junio 3, 2009: En 1972, los astronautas de la nave Apollo apenas lograron escapar de una posible catástrofe. El 2 de agosto de ese año, una enorme y feroz mancha solar apareció y comenzó a erupcionar, una y otra vez durante más de una semana, produciendo una descarga de radiación de protones solares que batió records. Ese día, salvaron sus vidas por pura suerte. Las erupciones ocurrieron entre las misiones Apollo 16 y 17, así que los astronautas esquivaron la tormenta.

see caption Los investigadores aún se preguntan qué habría sucedido si esto se hubiera producido en otro momento y si los astronautas hubieran sido sorprendidos sin protección alguna en la superficie de la Luna.

Derecha: Una de las llamaradas solares de agosto de 1972. Haga clic sobre la imagen para ver una película grabada en el Observatorio Solar de Big Bear.

La NASA necesita averiguarlo. La agencia está muy ocupada preparándose para enviar personas a la Luna con el fin de que establezcan un puesto habitado en dicho lugar, lo cual constituye un paso más en el proyecto de mandar seres humanos a Marte o a cualquier otro lugar del sistema solar. Estas misiones implican que los astronautas salgan de la protección del campo magnético de la Tierra durante meses o incluso años; por eso, la NASA necesita saber cómo mantener a estos exploradores protegidos de las tormentas solares extremas.

Así que los científicos están creando una tormenta de radiación solar artificial aquí en la Tierra. Ellos están analizando sus efectos sobre un ser humano artificial: Matroshka, el fantoma.

Matroshka, de la Agencia Espacial Europea, y su homólogo de la NASA, Fred, ya han volado a bordo del transbordador espacial y de la Estación Espacial Internacional con el fin de realizar experimentos que muestran cómo otros tipos de radiación espacial, como los rayos cósmicos, penetran en el cuerpo humano. Ahora, científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven, en Upton, Nueva York, están exponiendo un torso artificial a un haz de protones para aprender cómo los astronautas serían afectados por un evento como el que tuvo lugar en 1972.

"Queremos saber qué tanto se acerca a una exposición peligrosamente aguda", dice Francis Cucinotta, el científico principal del Programa de Radiación de la NASA, en el Centro Espacial Johnson, ubicado en Houston, Texas.

En la jerga de los expertos en radiación, una "exposición aguda" es breve pero intensa. La radiación bombardea al cuerpo durante un tiempo relativamente corto, que puede oscilar desde algunos minutos hasta algunas horas —exactamente igual que durante una llamarada solar. Esto es diferente de la "exposición crónica" que los astronautas normalmente experimentan cuando viajan al espacio. Los rayos cósmicos golpean sus cuerpos como una lenta llovizna que se extiende semanas o meses. Con la exposicón crónica, el cuerpo tiene tiempo de reparar o de reemplazar las células dañadas en el camino, pero una exposición aguda no da tiempo al cuerpo para enfrentarse al daño.

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Arriba: El haz de radiación en el Laboratorio de Radiación del Espacio de la NASA, en Brookhaven. [Imagen ampliada]

"Los efectos biológicos son muy sensibles al ritmo de la dosis", explica Cucinotta. "Una dosis de radiación transmitida durante un tiempo corto es dos o tres veces más dañina que la misma dosis transmitida durante algunos días".

A simple vista, el evento que tuvo lugar en 1972 se podría ubicar dentro de la categoría "aguda" —después de todo, fue una llamarada solar. Pero hay un problema. En verdad, se trató de una serie de llamaradas que produjeron una tormenta de radiación más prolongada y menos impulsiva de lo normal. La exposición a la radiación no hubiera sido ni crónica ni claramente aguda, sino algo intermedio. En esta área gris, los detalles sobre cuánta radiación penetra efectivamente en los órganos vitales de una persona (comparada con la que es bloqueada por el traje espacial, por la piel y por los músculos) puede determinar la diferencia.

Matroshka está ayudando a los científicos a comprender estos detalles. Se trata de una réplica de plástico de un torso humano, en tamaño real, sin brazos ni piernas. La densidad del plástico se asemeja a la de los órganos y tejidos del cuerpo humano; además este fantoma está repleto de cientos de sensores de radiación distribuidos por todo su cuerpo. Incluso tiene células de sangre humana reales.

see captionDerecha: Matroshka adentro y afuera de su poncho blanco, que utiliza para viajar. [Imagen ampliada]

"Colocamos células sanguíneas en pequeños tubos en el estómago y en algunos lugares de la médula ósea", algunos de los cuales están ubicados en las partes profundas del torso, mientras que otros están cerca de la superficie donde hay menos "tejido" que bloquee la radiación. "Una de las preguntas que tenemos es si las partes menos protegidas de la médula ósea serán golpeadas mucho más fuerte", incrementando de este modo los riesgos de contraer leucemia y otros cánceres.

El uso de células sanguíneas reales permite a los científicos ver qué tanto daña la radiación al ADN. Las partículas de alta velocidad de la radiación de protones puede colisionar con el ADN, rompiendo así estas largas moléculas. Usualmente, las células pueden reparar estas fracturas, pero si ocurren varios rompimientos en poco tiempo, el daño puede llegar a ser irreparable. En el mejor de los casos, la célula se autodestruirá. En el peor de los casos, se estropeará y crecerá sin control, volviéndose cancerígena.

Para exponer a Matroshka a una tormenta similar a la que se produjo en 1972, los científicos han concebido una manera de simular dicho evento usando un haz de protones de alta energía en el Laboratorio de Radiación Espacial de la NASA, en Brookhaven. El haz se abre de tal manera que, en el punto donde Matroshka se sienta, tiene una sección transversal de 60 cm —suficientemente grande como para abarcar el torso entero. Al ir cambiando la energía del haz en varios niveles, los científicos pueden reproducir el espectro de energía propio de los protones del evento de 1972.

En el próximo experimento, lidereado por Guenther Reitz, del Centro Aeroespacial Alemán (DLR, por su sigla en idioma inglés), en la ciudad de Colonia, los sensores de radiación de Matroshka revelarán cuánta radiación de protones alcanza las diferentes partes del cuerpo del maniquí. "Con protones, uno podría tener un orden de magnitud (un factor de diez) de diferencia entre una parte del cuerpo y otra", hace notar Cucinotta.

Las lecturas de los resultados ayudarán a los diseñadores de las misiones a determinar cuánta protección se necesita para resguardar a los astronautas reales de una tormenta del estilo de la de 1972. Estos resultados también conducirán a los científicos en la dirección correcta para desarrollar tratamientos médicos que puedan ayudar a mitigar los efectos de tal evento.

A diferencia de un astronauta real, Matroshka puede soportar varias llamaradas sin experimentar efectos secundarios de larga duración. Una transfusión rápida de células sanguíneas y listo —Matroshka está preparada para recibir otra llamarada.

Así que, que comiencen las llamaradas —y manténgase en contacto para conocer los resultados.

domingo, 19 de julio de 2009

El portavoz vaticano y los 40 años del viaje a la Luna


Lecciones de aquella misión espacial


CIUDAD DEL VATICANO, domingo, 19 de julio de (ZENIT.org).-

Cuarenta años después de la misión espacial del Apolo 11 que llevó por primera vez al hombre a la Luna, el portavoz vaticano ha recogido una lección aún válida: el sorprendente valor del ingenio humano cuando es consciente de sus límites.

El padre Federico Lombardi S.I., director de la Oficina de Información de la Santa Sede, ha dedicado su editorial en el semanario "Octava Dies", del Centro Televisivo Vaticano, a aquel 20 de julio de 1969 en el que el comandante Neil Armstrong pisó la superficie del satélite de la Tierra,

El Papa Pablo VI dedicó numerosas intervenciones a aquel "fantástico vuelo", desde su preparación y desarrollo, hasta el "regreso triunfal de los astronautas", recuerda el portavoz vaticano.

El Papa Giovanni Battista Montini, después del Ángelus del 20 de julio aseguró que era "un día grande, un día histórico para la humanidad".

"Sorprende --reconoce el padre Lombardi-- la participación humana y espiritual del Papa en la gran impresa, su admiración por el ingenio y el valor del hombre. Al mismo tiempo, su meditación vuelve a dirigirse repetidamente a los grandes problemas no resueltos de la humanidad -el hambre, las guerras- y en el mismo Ángelus concluyó: '¿Dónde está la humanidad verdadera, dónde la hermandad, y la paz? Ojalá que el progreso, del que hoy festejamos una sublime victoria, se dirija al verdadero bien, temporal y moral de la humanidad'".

El director de la Oficina de Información recuerda que el Papa Pablo VI, que acaba de publicar su encíclica "Populorum progressio", confesó su esperanza en "que la inteligencia humana y la capacidad prodigiosa de la ciencia y de la técnica fueran puestas al servicio del bien".

"También la nueva encíclica de Benedicto XVI -totalmente dedicada al verdadero desarrollo de la humanidad- concluye recordándonos que el hombre no debe convertirse en esclavo de una nueva ideología de la omnipotencia de la técnica, sino perseguir, con responsabilidad, ese desarrollo integral que tiene en la caridad y en la verdad su fuerza propulsora", explica Lombardi.

Y concluye: "Podemos volar en el espacio e intervenir en las fuentes de la vida; pero ¿cómo y por qué? El 'desafío' está siempre ante nosotros".

sábado, 11 de julio de 2009

A través de un misterioso brillo rojo se controla la salud de las plantas oceánicas

El satélite Aqua, de la NASA, ha detectado un brillo rojo

que proviene del fitoplancton de los océanos de la Tierra.

Esta señal única permite a los investigadores monitorizar

la salud de las plantas oceánicas de una manera

nueva y elocuente.


Mayo 28, 2009: Una señal única detectada por el satélite Aqua, de la NASA, está ayudando a investigadores a monitorizar la salud y la productividad de las plantas oceánicas alrededor del mundo.

La luz roja fluorescente emitida por el fitoplancton y detectada por Aqua revela qué tan eficientemente las plantas microscópicas están transformando la luz solar y los nutrientes en comida, por medio de la fotosíntesis.

"Esta es la primera medición directa de la salud del fitoplancton en el océano", dice Michael Behrenfeld, un biólogo de la Universidad Estatal de Oregón, quien se especializa en plantas marinas. "Ahora tenemos una importante nueva herramienta para observar los cambios en el fitoplancton en todo el planeta".

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Arriba: El fitoplancton —como esta colonia de chaetoceros socialis— naturalmente emite luz flourescente al tiempo que disipa el exceso de energía solar que no puede consumir mediante la fotosíntesis. Crédito de la imagen: Maria Vernet, Instituto Scripps de Oceanografía

Los descubrimientos fueron publicados este mes en la revista Biogeosciences y presentados en una conferencia de prensa el 28 de mayo.

El fitoplancton unicelular alimenta a casi todos los ecosistemas del océano y actúa como la fuente más básica de alimento para los animales marinos, desde el zooplancton hasta peces y mariscos. De hecho, el fitoplancton representa la mitad de la actividad fotosintética en la Tierra. La salud de estas plantas marinas afecta la pesca comercial, la cantidad de dióxido de carbono que el océano puede absorber y la manera en la cual el océano responde al cambio climático.

Durante las últimas dos décadas, científicos han empleado varios sensores en satélites para medir la cantidad y distribución del pigmento verde llamado clorofila, el cual es un indicador de la cantidad de vida en forma de plantas que hay en el océano. Pero con el Espectroradiómetro de Imágenes de Resolución Moderada (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer ó MODIS, en idioma inglés) a bordo del satélite Aqua, de la NASA, los científicos han observado ahora "flourescencia de luz roja" sobre el océano abierto.

"La clorofila nos proporciona una imagen de la cantidad de fitoplancton presente", dice Scott Doney, un químico marino del Instituto Oceanográfico Woods Hole y coautor del artículo. "La flourescencia nos permite entender qué tan bien están funcionando en el ecosistema".

Todas las plantas absorben energía del Sol, generalmente más de la que pueden consumir por medio de la fotosíntesis. La energía extra se libera principalmente en forma de calor, pero una pequeña fracción es re-emitida como luz flourescente en longitudes de onda en el rojo. MODIS es el primer instrumento en observar esta señal a escala global.

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Arriba: Un mapa global de la luz roja flourescente emitida por el fitoplancton. Crédito de la imagen: Aqua/MODIS/Mike Behrenfeld, Universidad Estatal de Oregón [Imagen ampliada]

La flourescencia de luz roja revela mucho acerca de la fisiología de las plantas marinas y la eficiencia de la fotosíntesis, ya que diferentes partes de la maquinaria de obtensión de energía de la planta son activadas según la cantidad de luz y nutrientes disponibles.

Por ejemplo, la cantidad de flourescencia se incrementa cuando el fitoplancton está bajo estrés debido a una falta de hierro, el cual es un nutriente vital en el agua del mar. El hierro que se necesita para el crecimiento de las plantas llega a la superficie del mar gracias a los vientos que llevan polvo desde los desiertos y otras áreas áridas, y desde corrientes de afloramiento cerca de deltas de ríos e islas. Los datos sobre la flourescencia proporcionados por MODIS han permitido al equipo de investigadores estudiar esta dinámica.

see captionEl Océano Índico fue una sorpresa particular, ya que se observó cómo grandes porciones del océano se "encendían" por temporadas con los cambios de los vientos monzones. En el verano, el otoño y en el invierno —pero principalmente en el verano— significativos vientos del Suroeste agitan corrientes oceánicas y llevan más nutrientes hacia arriba, desde las profundidades, para el fitoplancton. Al mismo tiempo, se reduce la cantidad de polvo rico en hierro que proporciona el viento.

Derecha: Un mapa de la luz flourescente emitida por el plancton en el Océano Índico, donde los monzones de estación pueden limitar la cantidad de nutrientes de hierro en el agua y pueden provocar estrés en el plancton para que emitan más luz. Crédito de la imagen: Aqua/MODIS/Mike Behrenfeld, Universidad Estatal de Oregón.

"En escalas de tiempo que van desde semanas a meses podemos usar estos datos para rastrear las respuestas del plancton a la introducción de hierro por medio de las tormentas de polvo y el transporte de agua rica en hierro desde islas y continentes", dice Doney. "Tomando en cuenta el transcurso de años y décadas, también podemos detectar tendencias a largo plazo en el cambio climático y otras perturbaciones que el hombre provoca al océano".

El cambio climático podría significar que vientos más fuertes recojan más polvo y lo lleven hacia el mar, o vientos menos intensos que dejen al agua sin polvo. Algunas regiones se tornarán más secas y otras más húmedas, provocando un cambio en las regiones donde los suelos polvorientos se acumulan y son barridos hacia el aire. El fitoplancton reflejará y reaccionará a estos cambios globales.

"Los satélites de la NASA son herramientas poderosas", dice Behrenfeld. "A grandes porciones del océano todavía no se les ha tomado una muestra, así que la vista del satélite es crucial para observar el panorama completo".


sábado, 4 de julio de 2009

El fantoma regresa

Matroshka regresa a la Tierra y ha sido elegida como la desafortunada
voluntaria para experimentar la explosión de una llamarada
solar gigante.

Mayo 27, 2009: El fantoma regresa y tiene una gran historia para contar.

Se trata de un torso que tiene forma humana y que carece de brazos y piernas; es un maniquí que pareciera estar envuelto con las telas de una momia. Los científicos de la Agencia Espacial Europea (ESA, en idioma inglés) lo llaman Matroshka y, al igual que su contraparte de la NASA, Fred, este maniquí es un intrépido viajero espacial. Ahora que ha permanecido cuatro meses en la Estación Espacial Internacional, los científicos están aprendiendo sobre la radiación espacial a la que Matroshka estuvo expuesta.

Derecha: El fantoma. [Imagen ampliada]

Las lecciones aprendidas a través de Fred y de Matroshka poseen implicancias importantes para los planes de la NASA relacionados con montar una estación habitada en la Luna, y finalmente el envío de personas a Marte. Proteger a los astronautas de los efectos dañinos de la radiación espacial será un reto crítico en estas misiones de larga duración. Para diseñar trajes espaciales, vehículos y estructuras habitables con suficiente material aislante y mantener a los astronautas a salvo, los científicos de misión necesitan saber cuánta radiación -y de qué tipo- absorben realmente los astronautas.

Los científicos pueden estimar la dosis de esta radiación con el uso de modelos creados por computadora; sin embargo, la realidad y un modelo realizado en una computadora pueden ser cosas extremadamente diferentes. Hasta ahora, los investigadores no estaban seguros de la precisión de sus modelos al momento de predecir las dosis de radiación que los astronautas experimentan en el espacio.

Y es ahí donde el fantoma entra en escena.

Él hizo posible que se llevara a cabo el experimento real que se necesitaba para demostrar que los modelos son esencialmente correctos. A través del análisis de las mediciones de cientos de sensores de radiación colocados en todo el cuerpo de Matroshka, Francis Cucinotta, del Centro Espacial Johnson, de la NASA, en compañía de sus colegas, descubrió que los modelos son, de hecho, bastante buenos: poseen una precisión de alrededor del 10% del valor de la dosis medida. Esto significa un "adelante con los sistemas" respecto del uso de los modelos para la planificación del regreso a la Luna e, incluso, un viaje a Marte, por parte de la NASA.


El tipo de radiación más peligroso al que los astronautas están expuestos son los rayos cósmicos galácticos (Galactic Cosmic Rays o GCR, en idioma inglés). Se trata de núcleos atómicos "desnudos", algunos tan pesados como los átomos de hierro, acelerados a velocidades cercanas a la de la luz por distantes supernovas. Debido a su elevada velocidad, a su alta masa y a la carga eléctrica positiva, las partículas de GCR pueden causar tremendos daños a las células de una persona. Además, los métodos tradicionales para el bloqueo de la radiación no las pueden detener.

Entender el peligro no es tan simple como saber cuánta radiación hay allí afuera.

"Lo que realmente importa es cuánta radiación impacta contra los órganos vitales de una persona", comenta Cucinotta.

Y para alcanzar dichos órganos, las partículas de la radiación deben primero pasar a través de las paredes de la nave espacial, del traje espacial de la persona, de la piel y de otros tejidos del cuerpo. Es muy complejo. Algunas veces, estas barreras reducirán la velocidad, o detendrán por completo a la partícula radiactiva. Sin embargo, en ocasiones, la colisión entre una partícula de radiación y una barrera produce una lluvia de nuevas partículas de radiación, conocida como radiación "secundaria". Los modelos realizados por computadora deben tomar en cuenta todo esto.

Los astronautas de la estación espacial usan sensores en sus trajes de vuelo para registrar la exposición total a la radiación; sin embargo, no hay manera práctica de medir cuánta radiación realmente alcanza los órganos vitales. Fred posee sensores prácticamente en todos lados -incluso en su interior.

Arriba: (Izquierda) El oficial de ciencia John L. Phillips, de la Estación Espacial Internacional, posa para una fotografía al lado de Matroshka, el fantoma de la Agencia Espacial Europea (ESA, en idioma inglés). (Derecha) Los sensores de radiación están colocados en 35 partes distintas del fantoma. Imágenes ampliadas:#1, #2.

Los fantomas se fabrican con un plástico especial que se asemeja en gran medida a la densidad del cuerpo humano y se encuentran rebanados horizontalmente en 35 capas de 2,54 cm (una pulgada) de ancho. En estas capas, los investigadores colocaron un total de 416 dosímetros del tipo litio-cristal, cada uno de los cuales mide la dosis de radiación acumulada en ese punto del cuerpo durante todo el experimento. Fred y Matroshka también contienen varios dosímetros "activos" localizados en el sitio donde se encuentran los órganos vitales, tales como el cerebro, la tiroides, el corazón, el colon y el estómago. Estos sensores activos mantienen un registro de cómo la radiación cambia momento a momento. En conjunto, esta variedad de sensores documentaron detalladamente la propagación de la radiación a través de sus cuerpos.

"La geometría y composición del torso imita al cuerpo humano muy bien", comenta Cucinotta. "Me parece que es una prueba muy buena".

De modo que ahora que estos modelos creados por computadora han sido verificados en la vida real, ¿qué dicen acerca de cómo mantener a los astronautas a salvo en una estación lunar, o en Marte?

"Las misiones lunares de corta duración son aceptables", comenta Cucinotta, "pero vivir en un hábitat lunar durante 6 meses ya comienza a ser problemático. Vamos a tener que hacer un trabajo realmente bueno respecto de la protección contra la radiación, y tal vez tengamos que tomar medidas de índole médica para contrarrestarla si pensamos llevar a cabo misiones de 6 meses de duración".

Los modelos sugieren que Marte será inclusive más complicado. Algunos escenarios requieren misiones de 18 meses o más de duración. "Actualmente, no existe un diseño exitoso que permanezca dentro de los límites de seguridad como para realizar una misión a Marte", comenta Cucinotta. "El poner demasiado material aislante de la radiación alrededor de la nave la haría demasiado pesada como para despegar, de modo que necesitamos encontrar materiales aislantes de la radiación que sean más livianos, y probablemente debemos desarrollar medidas médicas que contrarresten el daño causado a las células por los rayos cósmicos". El científico comenta que uno de los obstáculos más grandes para el progreso en esta área es la "incertidumbre en el tipo de daño celular que ocurre cuando existe exposición a los rayos cósmicos. Aún tenemos mucho que aprender".

Derecha: "Tierras distantes", por Pat Rawlings, artista de la NASA/SAIC. [Más información]

Otra pregunta fundamental: ¿Cómo afectan las llamaradas solares a los astronautas? Fred y Matroshka no han experimentado tormentas intensas de radiación solar durante su estancia en la Estación Espacial Internacional (EEI).

"El espectro de energía de los eventos solares y la manera en la cual las dosis de radiación cambian de un órgano a otro serán bastante diferentes de lo que hemos visto hasta ahora con los rayos cósmicos", comenta Cucinotta.

Para hallar la respuesta, los científicos han recreado la radiación intensa de llamaradas solares gigantes aquí mismo en la Tierra, y Matroshka ha sido elegida como la desafortunada voluntaria para experimentar la explosión. ¡Un astronauta virtual se encuentra a punto de ser sometido a una llamarada solar artificial!

Manténgase en sintonía con Ciencia@NASA para conocer la segunda parte de este artículo, en el cual se explorarán estos nuevos experimentos así como un ejemplo histórico de una llamarada solar extrema que, en 1972, estuvo a punto de impactar contra las misiones Apollo cuyo destino era la Luna.