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Planetas Crepitantes

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Planetas Crepitantes

Los astronautas en la Luna y Marte deberán estar preparados para soportar un alto nivel de electricidad estática.

NASA

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Agosto 10, 2005:
¿Ha caminado alguna vez por una alfombra de lana con zapatos de suela de cuero en un seco día invernal, y al ir a coger el pomo de una puerta? ¡ZAS! Una punzante chispa salta entre sus dedos y el pomo metálico.

Se trata de una descarga estática —un pequeño relámpago.

Las descargas estáticas solamente son molestas para alguien que viva en la Tierra donde los inviernos tengan una humedad excepcionalmente baja. Pero para los astronautas en la Luna o en Marte, las descargas estáticas podrían ser un problema grave.

ver leyendaDerecha: Cuidado con el pomo de la puerta. [Más Información]

"Pensamos que en Marte, el suelo es tan seco y aislante que si un astronauta saliera a dar un paseo, en cuanto volviera al habitat y fuera a abrir la esclusa de aire, un pequeño relámpago podría averiar sistemas electrónicos críticos", explica Geoffrey A. Landis, físico en la Sección de Efectos Fotovoltaicos en Ambiente Espacial (Photovoltaics and Space Environmental Effects Branch), Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland, Ohio.

Este fenómeno se llama carga triboeléctrica.

El prefijo "tribo" significa "frotar". Cuando ciertos pares de materiales diferentes, como lana y suela de cuero producen fricción, un material cede algunos de sus electrones al otro. La separación de cargas puede crear un fuerte campo eléctrico.

Aquí en la Tierra, el aire a nuestro alrededor y la ropa que vestimos generalmente tienen la suficiente humedad como para ser unos conductores eléctricos bastante buenos, de modo que las cargas separadas al caminar o friccionar disponen de una conexión a tierra. Los electrones se disipan en el suelo en vez de acumularse en el cuerpo.

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Pero cuando el aire y los materiales están extraordinariamente secos, como en un seco día de invierno, son excelentes aislantes, luego no proporcionan una conexión a tierra. El cuerpo puede acumular cargas negativas, posiblemente por encima de unos sorprendentes 20 mil voltios. Si se toca un conductor, como el pomo metálico de una puerta, entonces —¡ZAS!— todos los electrones acumulados descargan a la vez.

En la Luna y en Marte, las condiciones son ideales para la carga triboeléctrica. El suelo es más seco que la arena del desierto en la Tierra. Esto lo convierte en un excelente aislante eléctrico. Más aún, el suelo y la mayoría de los materiales empleados en los trajes y naves espaciales (por ejemplo, mylar aluminizado, nylon recubierto con neopreno, Dacron, nylon recubierto con uretano, tricot, y acero inoxidable) son completamente diferentes entre sí. Cuando los astronautas caminan o los vehículos circulan por el suelo, sus botas o ruedas acumulan electrones al friccionar con la grava y el polvo. Puesto que el suelo es aislante y no proporciona una conexión a tierra, un traje espacial o un vehículo pueden acumular una tremenda carga triboeléctrica, cuya magnitud todavía es desconocida. Y cuando el astronauta o el vehículo regresan a la base y tocan metal—¡ZAS! Las luces de la base pueden apagarse, o causar daños peores.

Landis y sus colegas de Glenn, NASA, se dieron cuenta por primera vez de este problema a finales de los 90 antes que se lanzara el Mars Pathfinder. "Cuando hicimos correr un prototipo con ruedas del Sojourner por polvo marciano simulado en una atmósfera marciana simulada, lo encontramos cargado por cientos de voltios", recuerda.

ver leyendaEste descubrimiento preocupó tanto a los científicos que modificaron el diseño del Pathfinder, añadiendo afiladas agujas de 1,27 cm de largo (media pulgada), hechas de cable de tungsteno ultrafino (0,000254 cm o 0,0001 pulgadas de diámetro), en la base de las antenas. Las agujas permitirían a cualquier carga eléctrica que se acumulase en el vehículo disiparse en la tenue atmósfera marciana, "como un pararrayos en miniatura operando a la inversa", explica Carlos Calle, director científico del Laboratorio de Electrostática y Física de Superficies (Electrostatics and Surface Physics Laboratory) de la NASA en el Centro Espacial Kennedy, Florida. También se instalaron agujas protectoras similares en el Spirit y el Opportunity.

Derecha: Puntos de descarga electrostática en la base de la antena del Sojourner. [Más Información]

En la Luna, "los astronautas del Apolo nunca informaron de haber sido atacados por descargas electrostáticas", puntualiza Calle. "No obstante, en futuras misiones lunares emplear grandes equipos de excavación para mover montones de escombros y polvo podría producir campos electrostáticos. Puesto que en la Luna no hay atmósfera, los campos podrían crecer hasta alcanzar altos niveles de carga. Finalmente, las descargas podrían producirse en el vacío".

"En Marte", continúa, "las descargas pueden producirse a solamente unos pocos cientos de voltios. Es más probable que tomen la forma de resplandor en forma de corona que de relámpagos. Como tales, pueden no ser amenazadores para la vida de los astronautas, pero podrían ser perjudiciales para el equipo electrónico".

Entonces ¿cuál es la solución a este problema?

Aquí en la Tierra, es simple: minimizamos las descargas estáticas conectando a tierra los sistemas eléctricos. Conectarlos a tierra significa literalmente conectarlos a barras de cobre profundamente clavadas en el suelo. Las tomas de tierra funcionan bien en la mayoría de los lugares de la Tierra porque a varios pies de profundidad el suelo es húmedo, y por tanto un buen conductor. La misma Tierra proporciona un "mar de electrones", que neutraliza todo lo que se conecta a ella, explica Calle.

En el suelo de la Luna o Marte, sin embargo, no hay humedad. Ni siquiera el hielo que se cree impregna el suelo marciano ayudaría, puesto que "el agua helada no es precisamente un buen conductor", dice Landis. Así pues las tomas de tierra serían ineficaces en una colonia lunar o marciana al establecer un "punto en común" neutral.

ver leyendaIrónicamente, en Marte la mejor "tierra" podría ser el aire. Se podría adherir una diminuta fuente radioactiva "como las utilizadas en detectores de humo", a cada traje espacial y al habitat, sugiere Landis. Las partículas alfa de baja energía se disiparían en la atmósfera enrarecida, impactando moléculas e ionizándolas (extrayendo electrones). De esta manera, la atmósfera alrededor del habitat o del astronauta se volvería conductora, neutralizando cualquier exceso de carga.

Derecha: Note el polvo marciano adherido a las ruedas del Sojourner. Esto es una prueba indirecta de carga electrostática. [Más Información]

Más difícil sería alcanzar un punto en común en la Luna, donde ni siquiera hay una atmósfera enrarecida que ayude a disipar la carga. En cambio, se podría proporcionar un punto en común enterrando una gran sábana de láminas o maraña de finos cables, posiblemente hechos de aluminio (que es altamente conductor y se podría extraer del suelo lunar), debajo de toda el área de trabajo. Entonces todas las paredes y aparatos del habitat estarían conectados eléctricamente al aluminio.

La investigación todavía está en su fase preliminar. Así que, bueno, las ideas difieren entre los físicos que están buscando un "punto en común".

Créditos y Contactos

Autor: Trudy E. Bell
Funcionario Responsable de NASA: John M. Horack
Editor de Producción: Dr. Tony Phillips
Curador: Bryan Walls


Relaciones con los Medios: Steve Roy Traducción al Español: Pura Vallès/Carlos Román
Editor en Español: Héctor Medina
El Directorio de Ciencias del Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA patrocina el Portal de Internet de Science@NASA que incluye a Ciencia@NASA. La misión de Ciencia@NASA es ayudar al público a entender cuán emocionantes son las investigaciones que se realizan en la NASA y colaborar con los científicos en su labor de difusión.