Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

mayo 16, 2014

Jacob Bronowski, el inspirador de Cosmos

Escritor, poeta, matemático, apasionado de la ciencia y el humanismo, Jacob Bronowski fue lo más cercano a un hombre del renacimiento en el siglo XX.

Jacob Bronowski en el campo de exterminio de
Auschwitz, en su serie El ascenso del hombre.
(Imagen © BBC)
Quienes hoy disfrutan Cosmos, una odisea del espacio tiempo, presentada por el astrofísico Neil DeGrasse Tyson quizá saben que la serie nació en 1980 de la mano del también astrofísico Carl Sagan, con el nombre Cosmos, un viaje personal. Pero el principio está más atrás, en 1973, en los trece capítulos de El ascenso del hombre de Jacob Bronowski, poeta y científico.

Jacob Bronowski nació en 1908 en Lodz, hoy territorio de Polonia, vivió la Primera Guerra Mundial con sus padres en Alemania y se mudó definitivamente a Inglaterra en 1920.

Estudió el bachillerato en la Central Foundation School de Londres, y ya allí tuvo claro que no entendía ni aceptaba la separación entre “arte” y “ciencia”. En sus propias palabras “Crecí volviéndome indiferente a la distinción entre la literatura y la ciencia, que en mi adolescencia eran simplemente dos idiomas de la experiencia que aprendí juntos”.

Fue a estudiar matemáticas con una beca a Cambridge, al Jesus College, alma mater de personalidades como el poeta Samuel Taylor Coleridge o el Premio Nobel de Química Peter Mitchell. A lo largo de sus estudios logró ser alumno de primera clase por sus buenas notas en 1928. Ese mismo año fundó la revista literaria Experiment con un compañero de carrera. En 1930, se le reconoció como alumno destacado de primera clase en 1930, y permaneció en el colegio hasta recibir su doctorado en geometría en 1933. De allí pasó a un puesto de catedrático e investigador del University College Hull de la Universidad de Londres.

En sus propias palabras, Bronowski vivía en un momento de lo más estimulante. De una parte, le apasionaban los avances en la física cuántica, la división del átomo y el descubrimiento del neutrón. Pero también le entusiasmaba que “la literatura y la pintura se rehicieran debido al choque del surrealismo, y el cine (y después la radio) creció hasta convertirse en un arte”.

Habiendo pasado tiempo en Mallorca con amigos de los mundos de las matemáticas y la poesía, Bronowski fue uno de los muchos intelectuales que tomaron partido, en su caso desde la poesía, durante la guerra civil española, participando en el libro Poemas para España con el poema “La muerte de García Lorca”. De hecho, el primer libro de Bronowski, La defensa del poeta, es una serie de ensayos sobre algunos de los grandes poetas británicos.

Después de trabajar en el esfuerzo de guerra británico y escribir un nuevo libro sobre el poeta William Blake, Bronowski fue uno de los científicos ingleses que fue a Nagasaki en noviembre de 1945 para evaluar los daños de la bomba atómica. Como a muchos científicos de su época, la experiencia llevó a Bronowski a replantearse la ética de la ciencia y la necesidad de que ésta se disociara de las decisiones política. Pero, sobre todo, la necesidad de que la ciencia se acerque a la gente común.

Comenzaría entonces otra faceta de su producción literaria: El sentido común de la ciencia de 1951, donde defendía que el arte y la ciencia no son incompatibles y, de hecho, la humanidad no habría progresado si lo fueran. Le siguió El rostro de la violencia de 1954 y Ciencia y valores humanos de 1956 lo fueron convirtiendo en un comunicador de la ciencia, un divulgador y popularizador, con un dominio del idioma que le permitía explicar de modo extremadamente sencillo lo más complejo. Empezó entonces también a participar en radio y en televisión como un intelectual a nivel de calle.

En 1964 se mudó a California como Director de Biología del Instituto Salk, fundado y encabezado por el descubridor de la vacuna contra la polio, Jonas Salk. Esto le permitió a Bronowski trabajar en la herencia genética humana, lo que daría lugar al libro La identidad del hombre, después de otros volúmenes sobre poesía y ciencia. Este trabajo era consecuencia del uso que hizo de sus conocimientos estadísticos para analizar el cráneo del niño de Taung en 1950 y diferenciar sus dientes de los de otros primates, para ubicar a los australopitecos en la línea del origen del hombre.

El ascenso del hombre

En 1973, el naturalista, documentalista y por entonces interventor de la BBC, David Attenborough, decidió hacer una contraparte científica de la serie de 1969 Civilización, una visión personal de Kenneth Clark sobre arte y filosofía occidentales, y le propuso a Bronowski escribirla y presentarla. El resultado fue El ascenso del hombre, una visión personal de J. Bronowski, que recorrió por igual la evolución del hombre, la ciencia, el conocimiento y la ética del saber. El nombre elegido por Bronowski era un giro al título del segundo libro de Charles Darwin, El origen del hombre, en inglés The Descent of Man.

La producción de El ascenso del hombre fue enormemente ambiciosa. Los 13 capítulos se filmaron a lo largo de tres años en más de 20 países, con la idea de que Bronowski hablara de distintos acontecimientos históricos en el lugar mismo donde habían ocurrido. Así, viajó del lugar en Islandia donde se reunía el más antiguo parlamento democrático de Europa, el Althing, hasta el campo de exterminio de Auschwitz, desde el centro ceremonial maya de Copán a la Venecia de Galileo hasta el observatorio construido para Carl Friedrich Gauss en Gottingen. Y en cada lugar ofrecía profundos monólogos, totalmente improvisados, según sus productores.

La personalidad de Bronowski, su pasión, fueron esenciales para el éxito de la serie. Marcaron también el punto culminante de su carrera y de su vida: el 22 de agosto de 1974 murió en Nueva York víctima de un ataque cardiaco.

Su legado continuaría con un joven astrofísico que trabajaba en la NASA.

Entre el lanzamiento de las sondas marcianas Viking en 1975 y las sondas interplanetarias Voyager, Carl Sagan se dio el tiempo para plantearse una serie personal inspirada en el trabajo de Bronowski. Contrató a Adrian Malone, productor de El ascenso del hombre para empezar a diseñar y escribir la serie, y presentarla a posibles productores. Adrian Malone sería el productor ejecutivo de Cosmos, un viaje personal, la serie de ciencia más exitosa de la historia de la televisión del siglo XX. Sus 13 capítulos se transmitieron a fines de 1980.

Seguramente, Bronowski habría sonreído.

La ciencia de Bronowski

“La ciencia es una forma muy humana de conocimiento. Estamos siempre en el borde de lo conocido; siempre tanteamos hacia adelante en busca de lo que se espera. Todos los juicios en la ciencia estan en el borde del error, y es personal. La ciencia es un tributo a lo que sí podemos conocer pese a que somos falibles.” (Palabras de Bronowski en el campo de exterminio de Auschwitz)

mayo 13, 2014

Ni niño ni niña

La variabilidad cromosómica en la especie humana es mucho más asombrosa, compleja y desafiante de lo que no hace muchas décadas creíamos.

Cromosomas de una persona con síndrome de Turner, abajo
a la derecha está el cromosoma X y el espacio vacío del
cromosoma Y faltante. (Imagen CC-GFDL de The Cat,
vía Wikimedia Commons)
Los seres humanos solemos buscar fronteras precisas que no existen en la realidad. Quisiéramos saber dónde termina una especie y empieza otra, pero nos encontramos una infinidad de gradaciones. Esperábamos que el electrón girara en una órbita precisa alrededor del núcleo del átomo, y lo que hay es una nube de probabilidad donde el electrón aparece y desaparece desafiando al sentido común. La atmósfera de la Tierra no termina en un punto para dar lugar al espacio interplanetario, sino que se va desvaneciendo.

En el terreno del sexo, tan delicado por el equipaje moral y emocional que nos acompaña, vamos aprendiendo a romper esquemas rígidos, por ejemplo con la aceptación creciente de la homosexualidad y la bisexualidad, siempre presentes aunque históricamente reprimidas culturalmente, así como de la posibilidad de que una persona tenga una identidad sexual distinta de la que dictan sus cromosomas.

Incluso en esos casos podríamos buscar consuelo pensando que, más allá de las preferencias, gustos o percepciones de uno mismo, se nace genéticamente niño o niña, o XY o XX.

Pero más o menos 1 de cada 400 niños que nacen en el mundo no son ni XY ni XX.

Los variables cromosomas

Las células germinales, óvulos y espermatozoides, se desarrollan a partir de células con la dotación genética completa de nuestra especie: 23 pares de cromosomas. Al desarrollarse, estas células se dividen en dos, cada una de ellas con sólo uno de cada par de cromosomas. Esos 23 cromosomas se unirán a los 23 de la otra célula germinal para dar lugar a una dotación genética totalmente nueva, recombinando los cromosomas del padre y de la madre.

Pero en el proceso de desarrollo de los óvulos o espermatozoides, puede haber errores al momento de esta división, y que en las células resultantes falte o sobre algún cromosoma, un trastorno que tiene el nombre de aneuploidía. Estos trastornos pueden ser monosomías, cuando sólo está presente uno de los cromosomas del par; trisomías, cuando hay tres cromosomas en lugar de dos, y tetrasomías o pentasomías que, como su nombre lo indica, cuando hay cuatro o cinco copias de los cromosomas.

Generalmente, cuando los cromosomas faltantes o sobrantes son de los primeros 22 pares, los que no intervienen en la determinación del sexo, el ser resultante no puede sobrevivir. Hay algunas trisomías con las que algunas personas pueden sobrevivir ocasionalmente, pero con notables trastornos. La más conocida es la trisomía 21, donde hay tres copias del cromosoma 21, y que provoca el Síndrome de Down. Un ser humano también puede sobrevivir con trisomía 18, que provoca el síndrome de Edwards con malformaciones en órganos como los riñones o el corazón, o trisomía 13, causante del síndrome de Patau que presenta diversas graves malformaciones en el encéfalo, la médula espinal y el desarrollo.

Cuando los cromosomas afectados son los del par 23, el que determina nuestro sexo biológico, los trastornos pueden ser más benignos. Puede haber personas con un sólo cromosoma X, que padecen diversos trastornos conocidos como el síndrome de Turner, pero no es posible vivir sólo con el cromosoma Y. El X lleva una gran cantidad de genes que resultan esenciales para la vida, mientras que el cromosoma Y solamente lleva algunas decenas de genes, uno de los cuales determina el sexo biológico.

Además, en cuanto a cromosomas excedentes, es posible tener todas las combinaciones de tres, cuatro o cinco cromosomas del par 23, siempre y cuando al menos uno de ellos sea X.

Es muy probable que usted conozca a algunas personas que tengan tres cromosomas del par 23: XXX, XYY o XXY. En el primer caso, se trata de mujeres que pueden tener algunas anormalidades del aprendizaje y suelen tener una estatura superior a la media. Las personas con trisomía XYY son hombres de aspecto normal, también con una estatura superior a la media, y que pueden tener problemas de aprendizaje. La trisomía XXY es un poco más seria y da lugar a hombres estériles, con bajos niveles de testosterona, algunos problemas de masa muscular y genitales muy pequeños, La gran mayoría de quienes tienen estas trisomías no son diagnosticados nunca, ya que su aspecto y conducta están dentro de la variación normal. Las tetrasomías y pentasomías, menos frecuentes, suelen dar como resultado mujeres con serias anormalidades físicas y mentales.

Se estima que 1 de cada 1000 niñas son XXX y 1 de cada 1000 niños son XYY.

Aún así hay variaciones adicionales, no tan poco comunes pero sí muy poco conocidas, en las que una misma persona puede tener en su cuerpo algunas células con distintas cargas genéticas, lo que se conoce como mosaico genético o “mosaicismo”. Por ejemplo, algunas células son XX y otras son XY, y la determinación del sexo en cuanto a los genitales puede ser poco clara, una condición llamada hermafroditismo donde pueden estar presentes órganos sexuales femeninos y masculinos, generalmente no funcionales o con sólo uno de ellos capaz de funcionar para la reproducción. El hermafroditismo se trata quirúrgicamente para dar al paciente genitales adecuados a su preferencia sexual.

Así, el 30% de las mujeres con Síndrome de Turner muestran algún nivel de mosaico genético, donde tienen células XX y otras donde sólo está el cromosoma X.

Y, para demoler nuestra esperanza de tener alguna claridad, existe un fenómeno adicional mucho menos común en humanos: el quimerismo. Se llama “quimera”, por el mítico animal formado de partes de otros varios, a los seres vivos que tienen celulas genéticamente diferentes, un fenómeno que se produce cuando se fusionan dos óvulos fecundados con cargas genéticas totalmente distintas. En el caso de los cromosomas sexuales, hay personas que tienen a la vez células XX y células XY. Si la cantidad de ambas es la misma, la persona es un verdadero hermafrodita.

Como tantos otros dominios de la ciencia, la genética ha demostrado que la variabilidad de la vida es mucho mayor de lo que suponíamos en el pasado. No hay fronteras claras, y no siempre existe la “normalidad” como la quisiéramos idealmente.

Lo cual es una lección que todos podemos aprender, no sólo en cuanto a genética y biología, sino en cuanto a lo impreciso de nuestras propias preconcepciones ante una realidad compleja.

El mito XYY

Dos estudios con serios problemas metodológicos llevaron en la década de 1960 a la creencia de que los hombres con trisomía XYY eran especialmente agresivos y con tendencias delictivas, algo que la prensa divulgó con igual poco rigor. Aunque ya en 1970 nuevos estudios demostraban que el comportamiento medio de los hombres XYY no era distinto del de los XY, el mito ha persistido.

mayo 05, 2014

Conductores y superconductores

Nos sirven para desentrañar los misterios de las partículas elementales, detectar alteraciones en nuestro cuerpo, ahorrar energía y levitar, todo ello con la buena y vieja electricidad.

Levitación de un imán sobre un superconductor.
(Foto CC de Mariusz.stepien vía Wikimedia Commons)
Cuando uno se somete a una resonancia magnética que crea imágenes precisas del interior de nuestro cuerpo usadas en diagnósticos, se beneficia de la superconducción eléctrica.

Su historia comienza hacia 1720. Un astrónomo aficionado y científico que experimentaba con electricidad estática, descubrió que ésta no sólo estaba en el vidrio que frotaba para producirla y atraer objetos pequeños. También el corcho podía hacerlo. Conectó al corcho una serie de varitas, y luego un hilo, observando que la “virtud eléctrica” se transmitía por ellos y seguía atrayendo objetos pequeños. Pronto estaba tendiendo hilos en las casas de sus conocidos y probando distintos materiales, hasta conseguir que su electricidad estática viajara unos 250 metros. Esto también le permitió determinar que algunos materiales eran conductores y otros aislantes.

Stephen Gray, había dado un salto enorme entre quienese trabajaban con la electricidad desde 1600, cuando el también británico William Gilbert la había descrito y nombrado.

La conducción eléctrica no se refiere sólo a la corriente que alimenta nuestros aparatos y dispositivos. Por ejemplo, el manejo de pequeñas corrientes eléctricas en los materiales semiconductores descritos por Michael Faraday en 1833, como el silicio, ha permitido la existencia de todo el universo de la informática y las telecomunicaciones.

¿De qué depende que un material sea conductor, semiconductor o aislante? Dado que la electricidad no es más que una corriente de electrones en movimiento, los conductores serán los materiales que permitan que los electrones se muevan con mayor libertad, algo para lo cual son ideales metales como el cobre, el aluminio o el oro.

Los aislantes impiden el flujo de electricidad a lo largo de un material, actuando de hecho como barreras, por la forma en que están unidas sus moléculas, como ocurre con el látex o los plásticos. Los semiconductores, por su parte, están en un punto intermedio entre los otros dos. La capacidad de conducción es inversamente proporcional a la resistencia que tiene un material al flujo de corriente.

El salto al superconductor

La resistencia eléctrica de todos los materiales es lo que permite que la corriente eléctrica, al ser obstaculizada por ella, se convierta en luz en una bombilla incandescente, en calor en un hornillo, en ondas electromagnéticas dentro de un microondas o en un campo de inducción en grandes hornos de acero o en cocinas de inducción.

Pero la resistencia eléctrica es también un problema: la corriente eléctrica se va debilitando y convirtiendo en otras formas de energía, principalmente calor, conforme va recorriendo cualquier material, por buen conductor que sea. Transportar energía eléctrica implica una pérdida de corriente.

En 1911, el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes hizo un descubrimiento tan trascendente como el de la conducción eléctrica de Stephen Gray. Onnes probaba la conducción eléctrica del mercurio a distintas temperaturas, pues se sabía que la resistencia de los materiales bajaba proporcionalmente a la temperatura. Pero al enfriar el mercurio a -269 grados centígrados, la temperatura del helio líquido, su resistencia cayó súbicamente a cero, simplemente desapareció, y el mercurio se convirtió en algo nuevo: un superconductor capaz de transmitir electricidad sin pérdidas. Así, si se aplica corriente a un anillo superconductor, ésta puede dar vueltas eternamente a su alrededor. El descubrimiento le valió a Onnes el Premio Nobel de física de 1913.

¿Para qué sirven los superconductores? En los años siguientes, multitud de investigadores realizaron trabajos con distintos materiales para determinar cómo y a qué temperatura se podrían convertir en superconductores. Entre ellos, dos alemanes descubrieron que los superconductores repelían los campos magnéticos en movimiento. Lo que esto significaba en la práctica era que se podía hacer que un imán levitara sobre un superconductor.

Esta propiedad, llamada “maglev” o levitación magnética, fue una de las primeras aplicaciones de los superconductores, en trenes cuyas vías están formadas de bobinas que crean un campo magnético que repele unos imanes de la parte inferior del tren y lo hace avanzar flotando o levitando sobre las vías, permitiéndole moverse con seguridad y suavidad a velocidades de hasta 500 km/h. Si los imanes son de superconductores enfriados con nitrógeno líquido, que es de coste relativamente bajo, se obtiene una mayor eficiencia en el uso de la energía.

Entre las aplicaciones de los superconductores se cuentan dispositivos como circuitos digitales de gran velocidad para tener ordenadores más rápidos, filtros de microondas que se pueden emplear en bases de telefonía móvil, motores y generadores eléctricos con un gasto de energía mucho menos que los convencionales y enormes electroimanes de gran potencia que igual se utilizan en los escáneres médicos que en detectores de partículas como los que emplea el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN.

El LHC es, esencialmente, un par de grandes tubos circulares en cuyo interior se disparan protones que se aceleran utilizando electroimanes que también les obligan a curvar su trayectoria hasta, finalmente, colisionar a velocidades cercanas a las de la luz. El enorme dispositivo emplea 1232 electroimanes principales, cada uno de ellos de 15 metros de longitud y con un peso de 35 toneladas. Otros gigantescos electroimanes superconductores se utilizan en los detectores del LHC para poder percibir y registrar las colisiones que están desvelándonos algunos de los secretos del mundo subatómico.

Una de las búsquedas más intensas en la física de los superconductores es la búsqueda de materiales que puedan exhibir propiedades superconductivas a temperaturas “altas”. Actualmente se han desarrollado superconductores capaces de funcionar a -139 ºC. El santo grial de esta búsqueda sería el mítico “superconductor a temperatura ambiente”, que haría más por la conservación de energía en el mundo que ninguna otra tecnología imaginable.

¿Y el escáner?

Los escáneres de diagnóstico como la resonancia magnética están formados por un “donut” o anillo donde entra el paciente y que es un electroimán en cuyo interior hay una bobina con helio e hidrógeno líquido con una fuerza magnética 60 mil veces más potente que la de la Tierra que obliga a que los protones del agua de nuestro cuerpo se alineen según el campo magnético. Al quitar el campo, los protones vuelven a su posición normal emitiendo pequeñas cantidades de energía que son interpretadas como detallados gradientes de luz en las imágenes de la resonancia.

mayo 03, 2014

La ciencia al servicio de la pintura

Estudiar los problemas que sufre nuestro legado artístico y cultural y hacer lo posible por conservarlo de la mejor manera también es una forma de hacer ciencia.

Retrato del Dux Giovanni_Mocenigo, pintura de Gentile Bellini,
1480, antes y después de su restauración.
(Fotos D.P.  vía Wikimedia Commons)
La pintura es un arte efímero.

Quienes tienen en su poder las grandes obras pictóricas del pasado enfrentan continuamente el desafío de defenderlas de los numerosos factores que pueden degradarlas, distorsionarlas o destruirlas de muy diversas maneras.

Bien conocido es el caso de la Capilla Sixtina pintada al fresco por Miguel Ángel entre 1508 y 1512, que acumuló durante más de 450 años el humo de las velas y de los incensarios, la humedad y el bióxido de carbono emitidos por millones de visitantes. Para quien contempló la obra maestra antes de su restauración (llevada a cabo entre 1980 y 1999), el techo era una obra maestra evidente pero oscura, amarillenta y opaca. La restauración implicó el uso de técnicas muy cuidadosas para tratar de retirar las capas de hollín, sales y otros materiales sin afectar los trazos de Miguel Ángel.

Otro fresco que ha sido imposible rescatar en su esplendor original es el pintado por Leonardo Da Vinci alrededor de 1495 en el refectorio del convento de Santa Maria delle Grazie en Milán, “La última cena”. Dado que la pintura se realizó en una pared exterior, fue afectada rápida y profundamente por la humedad.

La pintura, finalmente, no es sino la aplicación de diversos pigmentos a una superficie empleando un medio que eventualmente desaparecerá (secándose o curándose) de modo tal que los pigmentos queden adheridos permanentemente. En la pintura al fresco, el medio es el agua y los pigmentos son absorbidos por la escayola sobre la que se pinta. En la pintura al óleo, el medio es algún aceite secativo, que puede ser de linaza, de semillas de amapola, de nuez o de cártamo, y que al secarse forma una superficie dura e impermeable

Belleza en peligro

La conservación del arte echa mano de diversas disciplinas científicas precisamente por la enorme variedad de amenazas que penden sobre todo cuadro desde el momento en que se termina. Aunque, por supuesto, el daño se produce muy lentamente al paso de muchos años, lo que en su momento generó la ilusión de que las pinturas al óleo, principalmente, tenían la posibilidad de ser permanentes en su textura y colorido.

El primer enemigo de una pintura son los elementos del medio ambiente, su atmósfera y su temperatura. La superficie al óleo se contrae y expande como reacción a los cambios de temperatura, y lo hace de modo poco uniforme, por lo que este simple ciclo presente día tras día y a lo largo de las estaciones del año, es uno de los responsables de las grietas que aparecen en las pinturas al óleo. Igualmente, el exceso de humedad o la excesiva sequedad, afectan la estructura de la superficie de la pintura.

Lo mismo ocurre con el sustrato sobre el cual se ha aplicado la pintura. Los más tradicionales son tablas de madera y lienzos o telas de distintas fibras vegetales. Las tablas (como aquélla sobre la que está pintada La Gioconda de Leonardo) pueden deformarse o rajarse al paso del tiempo y como consecuencia de los factores medioambientales, además de que son susceptibles a los ataques de insectos que comen madera. La tela, en cambio, puede aflojarse y crear pliegues en presencia de altos niveles de humedad, o hacerse más tenso, provocando el desprendimiento de escamas de pintura.

El barniz con el que solían cubrirse algunos óleos puede oscurecerse al paso del tiempo adoptando una tonalidad marrón o amarillenta. Y claro, el hollín, el dióxido de carbono y otros contaminantes pueden incluso incrustarse en la pintura afectándola de modo permanente

Finalmente, la exposición al sol directo o a la luz ultravioleta puede producir alteraciones en los pigmentos, cambiando su brillo, su tono, su luminosidad. Al paso de los siglos se han cambiado diversos pigmentos para obtener mejores y más duraderos resultados. Por ejemplo, el blanco que se hacía originalmente con plomo se amarilleaba fácilmente y para el siglo XIX se había sustituido por óxido de zinc. Pero no existe el pigmento perfecto. Así como los carteles que se dejan al sol van desvaneciéndose por la luz, así lo están haciendo lentamente todos los cuadros que podemos ver en El Prado o el Louvre.

Y todo ello sin contar con los daños físicos (golpes, talladuras, caídas) que puede sufrir un cuadro en su existencia.

Éstos son los motivos por los cuales los museos tienen controles ambientales y de luz muy estrictos y en algunos casos imponen limitaciones como ver ciertas obras con una luz muy tenue, para prolongar su vida. Por ello mismo, también, todas las pinturas que tienen tanto museos como particulares son sometidas a revisiones y restauraciones periódicas que principalmente constan de repintar zonas dañadas, fortalecer la capa de pintura y limpiar la superficie. Y, en un futuro muy cercano, la limpieza se podrá hacer con rayos láser finamente ajustados para, mediante disparos precisos, eliminar el barniz y la suciedad... como se usa para eliminar tatuajes no deseados

Restauración de El Greco

El Greco pintó sus primeros cuadros usando témpera de huevo sobre tablas de madera, para después preferir el óleo sobre tela, principalmente de lino. Uno de los más recientes trabajos de restauración importantes realizados por el Museo del Prado es el de “El expolio de Cristo”, un cuadro de El Greco propiedad de la Catedral de Toledo donde se recuperaron pequeñas zonas donde se había caído la pintura, se aplicaron sustancias para consolidar la superficie e impedir que se siguiera descamando y limpiando el barniz del recubrimiento para mostrar los colores, luces y sombras originales del cuadro.

mayo 02, 2014

Así está hecha la estación espacial internacional

Desde el año 2000 hay seres humanos habitando de modo permanente la estación espacial internacional, un logro tecnológico singular en el que han confluido conocimientos, voluntarios... y los más diversos materiales.

La Estación Espacial Internacional tomada desde el
transbordador espacial en 2009.
(Foto D.P. NASA vía Wikimedia Commons)
En 1998 se lanzaron y empezaron a montar los primeros componentes de la estación espacial internacional, ISS por su nombre en inglés. Era la culminación, y al mismo tiempo el principio, de uno de los más grandes esfuerzos compartidos por distintos países en la exploración espacial a través de las agencias espaciales de Estados Unidos, Canadá, Rusia, Europa y Japón.

La ISS está formada por módulos fabricados por distintos países en los quevive y trabaja la tripulación, como los laboratorios y módulos de servicio, zonas de carga y observatorios, unidos entre sí con piezas llamadas “nodos”. En ellos se acoplan las naves que llevan y traen a la estación personal y suministros.

Tanto los metales como todos los demás componentes de la ISS han tenido que responder a estándares extremadamente estrictos en cuanto a aspectos como su resistencia a la corrosión, su durabilidad y su comportamiento en caso de incendio, lo que incluye que no sean inflamables, que no produzcan chispas accidentalmente y que al someterse a altas temperaturas no emitan gases tóxicos, ya que debe proteger al máximo a los habitantes de la estación, que no pueden abandonarla de emergencia.

Y, además, deben ser tan ligeros como sea posible, ya que poner en órbita cada kilogramo de material tiene un elevado coste. Cuando se comenzó a construir la ISS, se calcula que ese coste era de alrededor de 24.000 dólares.

Ya terminada, la ISS tiene un peso de 450 toneladas. O lo tendría en tierra, por supuesto, no en su situación, la llamada “órbita terrestre baja”, a unos 400 km de la superficie del planeta. Y todo ese colosal peso, algo menos del que tiene un Boeing 747, tuvo que ser transportado desde tierra.

Lo primero que vemos en la ISS es un recubrimiento exterior que tiene precisamente por objeto protegerla de choques de pequeños objetos. Es el escudo MM/OD, siglas de “micrometeoritos y desechos orbitales”. En los módulos fabricados por Estados Unidos el escudo es una hoja de aluminio de 1,3 mm de espesor, separada 10 centímetros del casco de presión, formado por aluminio más resistente y de más de 3 mm de espesor, incluso 7 mm en algunas zonas más expuestas.

Ese espacio de 10 centímetros está ocupado por varias capas de un tejido cerámico de gran resistencia, el nextel, y una segunda capa de un tejido similar al kevlar, material utilizado para fabricar chalecos antibalas y otras protecciones. Esta disposición tiene por objeto que cuando el escudo exterior sea atravesado por un desecho orbital, éste se rompa en pequeños fragmentos que sean absorbidos o ralentizados por los tejidos para llegar al casco de presión en forma de una nube de partículas, disipando la energía del choque a lo largo de un área mucho mayor.

Otros módulos utilizan otros diseños. Los rusos, por ejemplo, emplean una estructura de panal de aluminio sobre una segunda capa de plástico para disipar los choques y que es, se calcula, aún más eficiente.

Para todo efecto práctico, todos los módulos presurizados, que son de forma cilíndrica, actúan como una lata de aluminio para refrescos a gran escala.

El vidrio del que están hechas las ventanas de la ISS es, igual que el de nuestras ventanas, fundamentalmente de silicio, fusionado con otra variedad de vidrio de silicio y trióxido de boro para fomar el material llamado “borosilicato”, un vidrio mucho más resistente y que se contrae y expande menos que el común al verse sometido a cambios de temperatura. La ventana en sí está formada por cuatro capas de vidrio que tienen un espesor de hasta 3 centímetros: una exterior para protección contra choques de pequeños objetos, dos gruesos paneles de vidrio de presión, uno de los cuales es sólo protección adicional pues según los cálculos uno solo de ellos bastaría para garantizar la seguridad de la nave, y finalmente un panel interno resistente a rayaduras y otras marcas. Las ventanas tienen además la protección adicional de contraventanas, al estilo de las casas más rústicas, fabricadas con aluminio, Nextel y Kevlar.

El brazo robótico europeo, construido por la Agencia Espacial Europea, permite la manipulación y traslado de pequeñas cargas, trabajando con los astronautas cuando están realizando caminatas extravehiculares, e incluso para transportarlos a los lugares del exterior donde tienen que trabajar, ahorrándoles esfuerzo y tiempo. También sirve para inspeccionar, instalar y reemplazar los paneles solares. Sus componentes principales son tubos de fibra de carbono, como la utilizada en los autos de Fórmula 1, unidos por segmentos de aluminio, terminando en ambos extremos en “manos” o efectores metálicos. También el Canadarm2, brazo robótico construido por la organización espacial canadiense. El tercer brazo robótico de la ISS, es de termoplástico con fibra de carbono, en 19 capas superpuestas para obtener la mayor resistencia posible. El poco peso y, por tanto, poca inercia de estos brazos robóticos son indispensables porque, a diferencia de otros manipuladores y grúas de la ISS, éstos no están fijos en una base, sino que se pueden desplazar por el exterior de la ISS fijando una mano en agarraderas especiales mientras mueven la otra, ya sea para sus manipulaciones o para avanzar a la siguiente agarradera, como orugas moviéndose sobre la estación.

A ambos lados del conjunto central de módulos de la ISS se encuentran unos enormes conjuntos de paneles solares sostenidos que le proporcionan la energía necesaria para accionar sus diversos sistemas y le dan su aspecto distintivo. La Estructura de Armazón Integrada (ITS en inglés) está formada por tubos de aluminio extruido que además de sostener las celdillas fotovoltaicas albergan el sistema de distribución eléctrica, además del sistema de refrigeración, en una interesante paradoja: en el frío espacial casi absoluto, la ISS captura energía del sol pero la convierte en calor en su interior con el funcionamiento del equipo e incluso de los astronautas y es fundamental irradiar ese calor al espacio para mantener una temperatura adecuada en la estación.

Otros materiales

Además del aluminio y los plásticos reforzados con fibra de carbono, los materiales más abundantes en la ISS son el hidruro de níquel que utilizan las baterías de la estación, plásticos, titanio para la fontanería, que permite recuperar todos los desechos y el vapor de agua para reciclarlos, magnesio, elastómeros (polímeros elásticos como la goma) y el cloruro de polivinilo (PVC), todos ellos producidos y aplicados bajo estrictas especificaciones.

Lise Meitner

Lise Meitner venció los prejuicios de la Europa de principios del siglo XX para convertirse en una de las grandes figuras de la física nuclear. Pero los prejuicios del XXI aún la mantienen en una injusta oscuridad.

Lise Meitner en Viena alrededor
de 1906. (Foto D.P. vía
Wikimedia Commons)
El 11 de febrero de 1939, Lise Meitner publicaba en la revista Nature, junto con su sobrino, el físico Otto Frisch, el estudio “Desintegración del uranio por neutrones: un nuevo tipo de reacción nuclear”. Explicaba por qué un átomo de uranio golpeado por un neutrón no lo absorbía, transmutándose en un elemento más pesado (los elementos se identifican por su número de protones, que le dan sus características únicas). Por el contrario, el resultado eran elementos más ligeros como el bario y el kriptón.

Meitner y Frisch proponían que el choque del neutrón dividía, rompía, al átomo de uranio en dos átomos más ligeros. Parte de la masa original del uranio se convertía en energía según la ecuación de Einstein E=mc^2, que dice que la energía en la que se puede convertir la materia es igual a su masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado.

El artículo llamó a este nuevo tipo de reacción “fisión nuclear”, y es la fuente de la energía nuclear, ya sea usada en bombas atómicas o para la paz en aplicaciones médicas, científicas, tecnológicas, nucleoeléctricas, etc.

Los resultados que desentrañaba Lise Meitner procedían de experimentos que había diseñado con Otto Hahn y que había llevado a cabo este químico junto con Fritz Strassman.

El descubrimiento de la fisión nuclear era uno de los más importantes en la súbita expansión que tuvo la física nuclear en las primeras décadas del siglo XX. Tanto que en 1944 se le concedió el premio Nobel a Otto Hahn “por su descubrimiento de la fisión de los núcleos pesados”. Ni la Academia ni Hahn hicieron mención a Lise Meitner, que había sido, cuando menos, tan importante como Hahn en toda la investigación. Una omisión que, junto con su ausencia durante muchos años de los relatos de la historia de la física atómica, es de las grandes –y frecuentes– injusticias contra las mujeres de la ciencia.

De Viena a Cambridge, por Copenhague

Lise Meitner nació en 1878 en Viena, hija de una familia de raíces judías, pero no practicante de la religión.

Su poco común historia educativa se debió a la revolucionaria convicción de su padre Philipp de que sus ocho hijos debían recibir la misma educación fueran varones o mujeres. Lise exhibió pronto facilidad y gusto por las matemáticas, y su padre se encargó de que la desarrollara con profesores privados, ya que las chicas no podían estudiar en los bachilleratos para chicos. Con esas bases, en 1901 Lise consiguió convertirse en la primera mujer en ser admitida a las clases de física y laboratorios de la Universidad de Viena, donde estudió con algunos de los grandes nombres de la física de entonces, como Anton Lampa y Ludwig Boltzmann.

En 1906 fue la segunda mujer que obtenía un doctorado en física de esa universidad. Aunque era un logro, vale la pena tener presente que tres de sus hermanas eventualmente obtendrían también doctorados. Sin embargo, una cosa era tener el título y otra conseguir un puesto en la investigación. En 1907, Max Planck la invitó a que fuera a Berlín para hacer su postdoctorado. Pero la única forma de hacerlo fue como investigadora sin sueldo que, además, no podía entrar a los laboratorios de química del instituto donde trabajaba, pues se temía que el cabello de las mujeres se incendiara.

A su llegada conoció a Otto Hahn, con quien colaboraría durante las siguientes tres décadas. Su trabajo acerca de los procesos radiactivos se desarrollaba en la frontera entre la química y la física, la primera disciplina a cargo de Hahn y la segunda de Meitner. En su trabajo conjunto descubrieron el elemento protactinio en 1917 y desarrollaron nuevos métodos de investigación de la desintegración radiactiva.

Pero no fue sino hasta 1912 cuando el grupo de investigación fue trasladado al Instituto Kaiser Wilhelm, donde Otto Hahn fue nombrado director del instituto de la radioactividad y, finalmente, con el apoyo y admiración de colegas como Max Planck, Lise Meitner fue reconocida en 1918, gracias a su trabajo en la radiactividad, como directora del departamento de física del institituto. En 1923 descubrió un efecto en el cual, si se arranca un electrón de una órbita inferior en un átomo, es reemplazado por uno de una órbita superior, emitiendo en el proceso un fotón u otro electrón. Este mismo efecto fue descrito poco después de modo independiente por Pierre Auger, pero injustamente hoy se le conoce como “efecto Auger”. Por sus logros, en 1926 fue la primera mujer nombrada profesora de física en la Universidad de Berlín.

Para 1930, había publicado más de 80 investigaciones y había sido nominada ocho veces al Nobel junto con Hahn entre 1924 y 1934, además de obtener el Premio Leibniz y el AAAWS, conocido como el “Nobel para Mujeres”.

Pese a haber adoptado la fe evangélica y trabajar como enfermera del ejército austriaco durante la Primera Guerra Mundial, para cuando Alemania se anexó Austria en marzo de 1938 tuvo que huir a Suecia, donde el Nobel de Física de 1924, Manne Siegbahn, la recibió. Pero el científico no era partidario de que las mujeres trabajaran en ciencia, de modo que le escatimó los recursos necesarios para investigar.

En noviembre de ese año, Hahn y Meitner se reunieron clandestinamente en Copenhague para planificar el experimento que llevaría al descubrimiento de la fisión nuclear. Lise Meitner, además, previó la posibilidad de una reacción en cadena que podría provocar la súbita liberación de una cantidad colosal de energía: la bomba atómica. Tanto Estados Unidos como Alemania emprendieron proyectos para crear esa arma, que Meitner lamentaría que hubiera tenido que existir.

Ignorada por la Academia Sueca y por Otto Hahn en el Nobel de Química de 1944, en los años posteriores a la guerra trabajó en la aplicación de la energía nuclear para la paz, participando en la creación del primer reactor nuclear sueco en 1947.

Lise Meitner no volvió a Austria o Alemania. Al jubilarse como investigadora en Suecia se mudó al Reino Unido con algunos familiares como su sobrino Otto Frisch. Murió en Cambridge el 27 de octubre de 1968. Su epitafio, compuesto por Frisch, dice: “Lise Meitner: una física que nunca perdió su humanidad”.

A falta del Nobel

A partir de 1946 Lise Meitner recibió una gran cantidad de reconocimientos, doctorados honoris causa, la Medalla Max Planck de la Sociedad Alemana de Física, la inclusión en la Real Academia Sueca de Ciencias y en la Royal Society de Londres, entre otras muchas academias, y el Premio Enrico Fermi. Además, su nombre se ha dado a asteroides y cráteres tanto de la Luna como de Venus y, en 1997, el elemento 109 recibió el nombre de meitnerium, en su honor.