El envejecimiento en el espacio es un tema remotamente nuevo que ha empezado a dar sus resultados por medio de las diferentes investigaciones y experimentos que la NASA ha llevado a cabo durante los últimos años. En el artículo de hoy hablaremos a detalle sobre todos los estudios que se han realizado entorno a este tema.
Indice De Contenidos
Investigaciones sobre el envejecimiento en el espacio
El envejecimiento en el espacio es un tema muy nuevo que a penas comienza a lanzar sus resultados para entrar en el debate y las investigaciones a nivel internacional. La doctora Abigail Lazcano Villalpando, desde la Agencia Espacial Mexicana (AEM), comentó que el proceso de envejecimiento no solo ocurre en los seres humanos en la Tierra, sino que también ocurre cuando están en el espacio.
Como parte del Programa de Seminarios de Divulgación que organiza la (AEM), se llevó a cabo una conferencia sobre el tema dirigida por la doctora Abigail Lazcano Villalpando, teniendo estudios de la Facultad de Medicina de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).
Las áreas neurológica y geriátrica, así como el campo de la física y el estudio del espacio, son la búsqueda central en el desarrollo académico de la doctora, por lo que según la AEM, es una promesa para el estudio del envejecimiento en el espacio.
En la conferencia dada, la doctora explicó algunas de las consecuencias que se dan por el empecimiento en el espacio, entre las cuales se encuentra el síndrome de adaptación espacial que es entendido como un mal movimiento que pasan los astronautas cuando están en el espacio. Asimismo, también ocurre el atrofiamiento del sistema esquelético y el sistema muscular. Es por este motivo que los cosmonautas deben realizar rutinas de ejercicios, dado que el retorno al planeta la atrofia impide el movimiento normal del cuerpo.
La gravedad hace posible que los humanos puedan estabilizar la masa ósea y la masa muscular. Las curvaturas normales de la columna, la cervical y la lumbar es lo que permite que tanto la cabeza como el cuerpo estén alineados. Por tanto, la ingravidez o microgravedad ocasiona que dichas curvaturas se vuelvan rectas haciendo que se incremente la estatura un poco.
Otro problema que trae la microgravedad es la disminución de las funciones del aparato circulatorio. El sistema inmunológico se inhibe lo que genera una disminución en la creación de eritrocitos, provocando que el volumen sanguíneo se reduzca un litro.
La sangre se aloja en mayor medida en la parte superior del cuerpo y se origina un proceso de edema papilar, encefálico y/o en la cabeza a causa de la acumulación de líquido extracelular. De una misma manera, los ojos también se ven afectados, dado que el mismo posee un humor acuoso que se afecta por el aplanamiento del globo ocular y una diferencia en el campo de visión.
Abigail Lazcano también alegó que los primeros síntomas que el cosmonauta presenta son la pérdida de estabilidad y de adaptación vestibular. El sistema vestibular está localizado en el oído interno y cumple con la función de mantener el equilibrio, envía señales al cerebro cuando el cuerpo gira o se mueve en dirección contraria a la de la percepción continua del cuerpo.
En el espacio, el sistema vestibular es el primero que se ve afectado, dado que en los canículos hay un líquido que, al flotar en el espacio, envía señales equivocadas al cerebro. Los efectos que provoca son un constante mareo y vomito mientras que el sistema se adapta a la microgravedad. Adicional a todo lo mencionado, los viajeros del espacio también sufren de descalcificación, dolor muscular, congestión nasal, trastornos de sueño, exceso de flatulencias e hipersensibilidad en la piel.
Scott Kelly, rejuvenecer en el espacio
Albert Einstein, al crear lo que hoy en día se le denomina como la teoría de la relatividad especial, realizó un experimento mental llamado la paradoja de los gemelos que tuvo por objetivo el analizar la distinta percepción de tiempo entre dos observadores con diferentes estados de movimiento.
Para probar su teoría y darle un giro que la volviera más asible para los lectores, Einstein argumento que todo cuerpo que no esté atado por la fuerza de la gravedad y que viaje a una velocidad constante cercana a la de la luz durante un periodo largo de tiempo, en su regresó al planeta estará más joven.
De esta manera, surge el experimento llevado a cabo en el año 2015 con los gemelos Scott y Mark Kelly por parte de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA, por sus siglas en inglés) cuyo propósito era el poder determinar el impacto biológico, físico y psicológico en las personas que emprenden misiones espaciales de larga duración.
Con base a lo expuesto en la paradoja de los gemelos, Scott Kelly viajó a la Estación Espacial Internacional y duró en el lugar durante 340 días consecutivos hasta su regreso a la Tierra. Tanto este viajero como su hermano gemelos fueron sometidos a rigurosos exámenes con el fin de determinar anomalías en el funcionamiento del cuerpo.
La Estación Espacial Internacional se encuentra ubicada a una altura de 400 kilómetros y viaja a una velocidad máxima de 27 mil kilómetros por hora. La fecha de su lanzamiento fue el 20 de noviembre de 1998.
Lo que se pudo comprobar luego de su retorno en el 2016 fue que Scott Kelly era cuatro centímetros más alto (por la rectificación de las curvaturas de la columna), había perdido masa muscular, densidad ósea, volumen sanguíneo y su campo de visión había disminuido. También experimentó fuertes dolores musculares y en las articulaciones. Se debe tener presente que este gemelo estuvo expuesto a la radiación solar que perjudica el ADN por los radicales que son liberados en el cuerpo.
En lo que respecta al envejecimiento, se pudo corroborar que Scott había regresado 8.6 milisegundos más joven que su hermano Mark. Entre los descubrimientos publicados por parte de la NASA, lo más resaltante fue encontrar que los telómeros en los cromosomas de Scott aumentaron su longitud. Tal como lo explicó Abigail Lazcano, los telómeros se acortan conforme el cuerpo va envejeciendo por lo que su alargamiento denota un ligero rejuvenecimiento a pesar de la exposición a la radiación solar.
Para concluir, la doctora Lazcano comenta lo siguiente:
“Si tuviéramos un medicamento que trate los radicales libres, el proceso de envejecimiento del cuerpo se retrasaría. En Estados Unidos hay una sustancia que hace 15 años empezaron a estudiar pero que para que llegue a la aplicación humana falta mucho tiempo aunque ya está en proceso. Habrá que meternos con la estructura de ADN partiendo de las ciencias genómicas para crear estos procesos evolutivos en los que requieres menos oxígeno y menos radiación solar, como en los alimentos genéticamente modificados, pero en el humano. Son cuestiones evolutivas, con una inyección se podrá hacer pero falta mucho tiempo para que eso pase. Sería más fácil empezar a poblar el espacio y los humanos que vivan desde ahí van a presentar esos cambios naturalmente ya que lo otro implica cuestiones de ética medicinal. Hay mucho que estudiar porque estamos hablando de un área de estudio muy novedosa, hay que conocerla totalmente para poder aplicar una acción en el futuro”.
Experimento de Hafele y Keating
La relatividad especial expone que para un observador en un marco de referencia inercial, un reloj que se muevo conforme a él se medirá para marcar más lento que un reloj que está en reposo en su marco de referencia. A este evento por lo general se le denomina como dilatación de tiempo relativista especial.
A medida que es más rápida la velocidad relativa, mayor es la dilatación del tiempo entre ellos, con la tasa de tiempo que se aproxima a cero a medida que uno va llegando a la velocidad de la luz (299.792.458 m/s). Esto hace que las partículas sin cuerpo que se desplazan a la velocidad de la luz no se vean afectadas por el paso del tiempo.
En teoría, la dilatación del tiempo haría que los pasajeros de un vehículo que se mueve con velocidad, logre avanzar en el futuro en un corto período de tiempo. En el caso de velocidades muy altas, el efecto es enorme. Por ejemplo, un año de viaje al espacio puede equivaler a diez en la Tierra. En realidad, una aceleración constante de 1 g haría posible que los seres humanos puedan recorrer el Universo conocido en una vida humana.
Con una constante de 1 g viajando hasta 0.99999999 c tardaría aproximadamente unos 30 años en llegar a la deriva del universo a 13,5 mil millones de años luz de distancia. Los astronautas podrían llegar a la Tierra en miles de millones de años en el futuro. Este escenario fue expuesto en el libro conocido como el Planeta de los simios por Pierre Boulle, y el Proyecto Orión ha sido un intento de esta idea.
A pesar de esto, con la tecnología de los días actuales se vuelve una limitante para la velocidad del viaje espacial, las diferencias experimentadas en la práctica son minúsculas: luego de estar seis meses en la Estación Espacial Internacional (ISS) el astronauta habría envejecido alrededor de 0.005 segundos menos que aquellos en la Tierra.
El experimento de Hafele y Keating consistía en hacer volar aviones alrededor del mundo empleando relojes atómicos a bordo. Cuando este había concluido los relojes se comparaban con un reloj atómico estático basado en tierra. Los resultados encontrados fueron que se habían obtenido 273 ± 7 nanosegundos en los relojes de los aviones.
El actual poseedor del récord de viajes en el tiempo humano es el cosmonauta ruso Sergei Krikalev. El mismo ganó 22,68 milisegundos de por vida en sus viajes al espacio por lo que le ganó al récord anterior de aproximadamente 20 milisegundos por el cosmonauta Sergei Avdeyev.
Paradoja de los gemelos
La paradoja de los gemelos o también denominada como la paradoja de los relojes, es un experimento mental que tiene como objetivo el analizar la diferente percepción del tiempo entre dos observadores con diferentes estados de movimiento.
Esta paradoja fue desarrollada por Albert Einstein al igual que la teoría de la relatividad especial. Dicha teoría alega que la medida del tiempo no es absoluta, y que dados dos observadores, el tiempo medido por ambos no es igual, sino que las diferentes medidas en el tiempo están sujetas según al movimiento relativo entre ellos.
En la formulación más reciente de esta paradoja fue dada por Paul Langevin, en esta se toma a un par de gemelos, de los cuales uno realiza un largo viaje hacia una estrella en una nave espacial a velocidades cercanas a la velocidad de la luz, mientras que el otro permanece en la Tierra. De regreso se puede comprobar que el hermano que se mantuvo en el espacio es más joven que el que permaneció en el planeta.
De acuerdo con la teoría especial de la relatividad, analizado desde este punto de vista del sistema de referencia de la Tierra, el gemelo que se queda envejecerá más rápido que aquel que se encuentra viajando por el espacio a gran velocidad porque el reloj del gemelo de la nave espacial va más lento del que se encuentra en la Tierra y por lo tanto este envejece más que su gemelo.
Sin embargo, la paradoja de esta teoría nace cuando se hace la siguiente observación: visto desde la perspectiva del gemelo que va dentro de la nave, el que se esta alejando en realidad es el gemelo de la Tierra (de acuerdo con la Invariancia galileana) por lo que se debería esperar que según los cálculos de este gemelo, su hermano en la Tierra sería que el tendría que envejecer menos por moverse respecto de él a velocidades cercanas a la de la luz. De esta manera, el gemelo de la nave debería ser el mayor por ir a una velocidad creciente.
La paradoja quedaría dilucidada si se pudiera determinar cual de los dos gemelos envejece mucho más rápido en realidad.
Teoría de la relatividad especial
La teoría de la relatividad especial o también denominada como la teoría de la relatividad restringida, es una teoría de la física publicada en 1905 por Albert Einstein. Como ya se ha mencionado, la misma nación a partir de la observación de que la velocidad de la luz en el vacío es igual en todos los sistemas de referencia inerciales y de tener todos los resultados del principio de relatividad de Galileo. Según el mismo, todo experimento que se lleve a cabo en un sistema de referencia inercial, se desarrollará de manera idéntica en cualquier otro sistema inercial.
No obstante, esta teoría solo tiene aplicación en el caso de que la curvatura del espacio-tiempo producida por acción de la gravedad se pudiera ignorar, es decir, esta teoría no toma en consideración la gravedad como variable. Con el propósito de solucionar este hecho, Einstein reformula la relatividad general en 1915. La relatividad general tiene la capacidad de tomar en cuenta marcos de referencia acelerados, algo que no era posible con las teorías anteriores.
La Teoría de la relatividad especial propuso nuevas ecuaciones con las que se puede pasar de un sistema de referencia inercial a otro. Estas ecuaciones conducen a fenómenos que chocan con el sentido común, como por ejemplo la contracción espacial, la dilatación del tiempo, un límite universal a la velocidad, la equivalencia entre masa y energía o la relatividad de la simultaneidad entre otros, siendo la formula establecida E=mc2.
En un mismo sentido, la relatividad espacial también tuvo una fuerte influencia dentro del campo de la filosofía, dado que elimina toda posibilidad de existencia de un tiempo y de un espacio absoluto en el conjunto del universo.
Cálculos según la teoría de la relatividad especial
Einstein le tomo algo de tiempo el poder concretar la paradoja de los hermanos hasta que formuló la relatividad general y demostró que, ciertamente, es el gemelo de la Tierra es el que envejece a mayor velocidad. A pesar de que el físico había resuelto esta paradoja en el contexto de la relatividad general, la misma también puede resolverse dentro de los límites de la teoría de la relatividad especial.
Para poder diluir los problemas que presenta esta paradoja es necesario el realizar una serie de cálculos tanto para el gemelo que esta en el planeta Tierra, como de aquel que se encuentra en el espacio, para así poder ver que las estimaciones de tiempo transcurrido coinciden desde ambos puntos de vista.
Desde la perspectiva del gemelo que permanece en la Tierra, los cálculos son rutinarios y muy sencillos. Mientras que los cálculos que se hagan del gemelo que está en el espacio son más complejos, dado que los mismos deben realizarse dentro de un sistema no inercial. En el presente apartado mostraremos como son dichos cálculos comprobando que los resultados coinciden, por lo que la paradoja no es tan una paradoja.
Gemelo terrestre
Dado que las condiciones de este experimento requieren que uno de los gemelos se aleje del planeta, por lo que se tiene que tener en consideración aceleraciones positivas y negativas. A modo de simplificar, expondremos el experimento en cinco etapas.
- En el instante de tiempo t = 0 el hermano que esta en el espacio parte con “(pseudo)aceleración” (medida por el gemelo de la Tierra) w = F/m constante que lo aleja de ella. Se desplaza de forma acelerada entre los instantes medidos por el gemelo terrestre t = 0 y t = T1, llegando a la velocidad V.
- Cuando este gemelo consigo la velocidad V apaga los motores de su nave y continua alejándose del planeta con una velocidad constante. En el transcurso de esta etapa expuesta en instantes t = T1 y t = T1+T2 el gemelo en el espacio se aleja de la Tierra a velocidad V.
- Luego de haberse movido por un tiempo en una velocidad igual, el viajero vuelve a encender sus motores, los posiciona en sentido contrario y desacelera con la misma aceleración con la que aceleró. Luego de que haya pasado un tiempo en desaceleración T1 la velocidad será nula, y transcurrido otro intervalo T1 la velocidad será –V (el signo negativo es un indicativo de la aceleración en reversa).
- Ya habiendo alcanzado la velocidad –V que hace que el hermano se vaya aproximando a la Tierra de regreso con velocidad uniforme, el hermano permanece viajando a una velocidad constante de regreso en T2.
- Para finalizar y poder encontrarse con su hermano en la Tierra, el viajero debe ir desacelerando hasta llegar al planeta en reposo, eso requiere una aceleración igual a las anteriores aplicada durante un intervalo de tiempo T1.
Gemelo viajero
Como ya mencionamos, los cálculos que se hacen para este hermano son más complicados ya que deben hacerse desde un sistema no inercial, aunque conducen exactamente al mismo resultado. Para este cálculo se introducen coordenadas asociadas al observador no inercial cuya relación con las coordenadas usadas por el gemelo terrestre.
Durante la primera etapa del viaje el gemelo está sometido a una aceleración w. El tensor métrico, hace el cambio a las coordenadas dentro de su sistema de referencia. En este sistema de referencia el gemelo viajero se encuentra en descansa y el punto x = 0 se mueve según una geodésica.
Durante la segunda etapa, hermano vuelve a ser un observador inercial que s va alejando con una velocidad constante de la Tierra del gemelo terrestre. No obstante, en este punto aparece un problema matemático con la elección de la métrica, y es que en los requerimientos físicos implican que la métrica de un observador a lo largo de su trayectoria cambia de manera constante sin dar saltos.
Lo que significa que se deben elegir las coordenadas correctas para la segunda etapa del viaje, que garanticen la continuidad de la métrica que percibe el gemelo viajero, de esta forma es donde los cálculos empiezan a coincidir. Los resultados también vuelven a coincidir con aquellos que se hicieron en el sistema inercial del gemelo terrestre. Puesto que todas cantidades se vuelven iguales, se cumple que Tviaje-\Tviaje >0.
Ha sido todo por el artículo de hoy, esperamos que la información proporcionada haya sido de gran ayuda. Le hacemos la invitación a leer también: Agencia Espacial Rusa y Colonización en Marte
