Disparando Canicas a 26.000 Kilómetros por Hora

Usando una poderosa pistola vertical, científicos de la NASA simulan el impacto de meteoroides contra la Luna.
Vía Ciencia@NASA

El científico Bill Cooke, de la NASA, está disparando canicas y jugando al "círculo". El premio no serán las canicas de otro jugador, sino conocimiento que contribuirá a la seguridad de los astronautas cuando Estados Unidos regrese a la Luna, la próxima década.
Cooke está disparando "proyectiles" de un cuarto de pulgada (aproximadamente 0,64 cm) -hechos de vidrio refractario tipo Pyrex, para ser exactos- hacia el suelo, no hacia otras canicas. Y tiene que utilizar una nueva canica en cada vuelta porque cada tiro, a una velocidad de 26.000 km/h (16.000 mph) ó, lo que es igual, a 7 km/s, destruye dicha canica.
"Estamos simulando impactos de meteoroides contra la superficie lunar", explica. Cooke y otros científicos del Grupo de Investigación de Ambientes Espaciales (Space Environments Group), en el Centro Marshall para Vuelos Espaciales, de la NASA, han grabado eventos genuinos muchas veces. Sus telescopios detectan explosiones en la Luna de forma rutinaria, cuando se producen impactos de meteoroides contra la superficie de nuestro satélite.

Un destello típico proviene de "un meteoroide del tamaño de una pelota de softball que se estrella contra la Luna a una velocidad de 27 km/s y que explota con la energía de un trozo de dinamita de 70 kg".
"Pero cuidado", dice Cooke, "estas mediciones están basadas en un destello de luz a 400.000 km de distancia. Nuestros cálculos de velocidad, masa y energía son muy inciertos. Nos gustaría confirmar estas cifras".

Y aquí es donde entran en juego las canicas....

Cooke está usando el Campo de Tiro para la Pistola Vertical del Centro de Investigaciones Ames (Ames Vertical Gun Range), de la NASA, ubicado en Mountain View, California, para disparar canicas contra suelo lunar simulado. Los disparos le permiten calibrar lo que él ve en la Luna. Su trabajo se lleva a cabo con fondos de la Oficina de Seguridad y Aseguramiento de Misiones (Office of Safety and Mission Assurance) de la NASA.

"Medimos el destello de tal manera que podamos averiguar qué cantidad de la energía cinética del impacto se convierte en luz", explicó. "Una vez que conocemos esta eficiencia lumínica, como nosotros la llamamos, podemos aplicarla en el contexto de los meteoroides reales cuando impactan contra la Luna". Contamos con cámaras de alta velocidad y un fotómetro (un dispositivo que mide la intensidad de la luz) para grabar los resultados.

El Campo de Tiro para la Pistola Vertical del Centro de Investigaciones Ames fue construido en la década de 1960 con el propósito de apoyar el proyecto Apolo, la primera serie estadounidense de misiones a la Luna con tripulación humana. La pistola vertical del Centro de Investigaciones Ames puede disparar materiales diversos y de diferentes formas, incluso cúmulos de partículas, a velocidades que varían entre 0,5 y 7 km/s. Generalmente, se provoca el vacío de la cámara donde se encuentra el blanco, la cual se puede rellenar de manera parcial para simular atmósferas en otros mundos, o bien en cometas.
Otro dato igualmente importante: es posible inclinar el cañón de la pistola para simular impactos a siete ángulos diferentes, desde una posición vertical hasta una posición horizontal, ya que los meteoros rara vez caen al suelo en forma recta. La canica se dispara con pólvora negra y válvulas especiales capturan los gases de escape para que no dispersen el material del cráter de impacto.

Los experimentos de Cooke se están llevando a cabo en dos etapas. En una primera serie de 12 tiros, realizada en octubre de 2006, se dispararon bolas de vidrio tipo Pyrex sobre polvo de piedra pómez (una clase de roca volcánica), a una velocidad de hasta 7 km/s. Para la siguiente serie de experimentos se utilizará un sucedáneo de polvo lunar de tipo JSC-1a, una de las "falsificaciones auténticas" desarrolladas a partir de materiales terrestres para imitar las características del suelo lunar.

Conocer la velocidad y la masa del proyectil permitirá a Cooke medir la intensidad del destello y estimar la energía de los meteoroides, del tamaño de pelotas de softball, que chocan contra la Luna a velocidades de hasta 72 km/s, más de seis veces la velocidad que se logra con la pistola del Centro de Investigaciones Ames. Pero la eficiencia lumínica es sólo una parte del tema. Una gran cantidad de la energía del impacto se consume en pulverizar y derretir el proyectil —lo que constituye la razón principal por la cual se utiliza vidrio en vez de metal— y en esparcir los residuos en todas direcciones.
"El material expulsado del lugar del impacto puede viajar cientos de kilómetros", continuó Cooke. "Necesitamos saber más sobre este tema, si vamos a vivir en la superficie de la Luna por períodos de varios meses". Debido a que, virtualmente, la Luna no tiene atmósfera que frene las partículas que vuelan, éstas aterrizan con la misma velocidad con la que fueron expulsadas del sitio donde se produjo el impacto.

De manera que usted podría esquivar una bala, pero sin embargo podría ser alcanzado por una esquirla. Y la pregunta es: ¿qué es más probable: que las esquirlas esparcidas por el horizonte hieran su tobillo, o que una partícula disparada con una trayectoria balística muy alta caiga sobre su cabeza?

Para evaluar ese peligro, Cooke medirá la velocidad y la dirección de las partículas secundarias por medio de la técnica de "hoja láser" (sheet-laser technique, en idioma inglés). En esta técnica, una serie de lentes y espejos dispersan un rayo láser hasta convertirlo en hojas de luz delgadas como un papel, de modo que las partículas que salen volando son iluminadas brevemente varias veces. Las trazas de luz resultantes indican el tamaño, la dirección y la velocidad de las partículas residuales que abandonan el sitio donde se produjo el impacto.

Esta técnica requiere un exhaustivo análisis de las imágenes, pero es más clara y más precisa que la antigua técnica, en la que se colgaban hojas de aluminio en la cámara de impactos y se contaban los agujeros que se formaban en ellas.

Las respuestas ayudarán a determinar el tipo de protección para los seres humanos con la que deberán contar los vehículos de exploración allí donde todos los días se juega a las canicas.