El Experimento de Miller

C. Menor-Salván. Mayo 2024

Tal dia como hoy, un 15 de mayo de 1953, la revista Science publicó un artículo científico histórico: el experimento de Stanley Miller, en aquel entonces un joven estudiante de doctorado bajo la dirección de Harold Urey. En el experimento realizó por primera vez una simulación de supuestas condiciones de la Tierra primitiva y en el que se demostraba que componentes químicos de la vida, los aminoácidos, pueden generarse fácilmente en condiciones naturales a partir de gases atmosféricos.

El experimento de Miller inauguró todo un campo de estudio científico, la Química Prebiótica y la Evolución Química, y es una de las piedras angulares de la Astrobiología. Un experimento sencillo y elegante que ha inspirado a muchos científicos durante décadas y hoy se reproduce innumerables veces desde institutos de enseñanza secundaria hasta laboratorios de investigación.

Primera página del artículo histórico de Stanley Miller. Aunque era un estudiante en el laboratorio de Harold Urey, este, en un gesto de generosidad, rechazó firmar el artículo como coautor para evitar que su fama hiciera sombra al joven Miller, a quien pertenece el mérito del experimento.

El artículo de Miller, de tan solo dos páginas, en una época en la que los trabajos científicos eran mucho más concisos y directos, tuvo un impacto inmediato en el mundo científico y en el público. Su validez se mantiene hoy dia, pues es una demostración de que, posiblemente, los componentes básicos que están en el inicio del proceso de origen de la vida, son universales y equivalentes en cualquier lugar de la galaxia.

Los amigos de Biophylia, una magnífica iniciativa de divulgación rigurosa de la ciencia que están llevando a cabo en México, me invitaron a dar una clase magistral sobre el experimento de Miller y los inicios de la experimentación sobre el origen de la vida. Es un tema amplio, con muchas implicaciones y derivadas, incluso religiosas y políticas. Aquí lo tenéis, para que os sirva al menos de punto de partida para conocerlo un poco y entender sus resultados y su contexto:




¿Estamos solos en la galaxia?

C. Menor-Salván. Agosto 2023

*ver The Conversation para una versión divulgativa corta más actual.


«»A veces creo que hay vida en otros planetas, y a veces creo que no. En cualquiera de los dos casos la conclusión es asombrosa.»»

— Carl Sagan


Esta cuestión lleva resonando en nuestra mente colectiva desde que los humanos comenzaron a observar el Cosmos desde un punto de vista científico, sin invocar dioses ni mitos. Descubrir que no estamos solos en nuestra galaxia o en el Universo sería el mayor y más relevante hallazgo de la Historia humana. Pero, por el momento, solo podemos especular, con más o menos fundamento, acerca de ello.

Esta cuestión ha vuelto a ponerse de moda a raíz de la reciente declaración de unos ex-militares estadounidenses encabezados por el oficial de la USAF David Grusch, que aseguran que la fuerza aérea de los EEUU oculta en secreto naves extraterrestres y ‘restos biológicos no humanos’ (¿plantas? ¿animales? ¿alienígenas?). Para contextualizar, aquí me entrevistaron sobre ello.

No vamos a hacer una discusión académica sobre la posible vida extraterrestre y la paradoja de Fermi, sino tan sólo delimitar la cuestión (u organizar nuestra ignorancia), hacer algunas reflexiones sencillas al alcance de cualquier lector y dar mi opinión como astrobiólogo de estas ‘nuevas’ (veremos que de nuevas nada) declaraciones. En las referencias se encuentra la bibliografía que he usado y que permitirá al lector interesado profundizar en el tema.

En este artículo, vamos a seguir esta línea de razonamiento:

  • Acotando la terminología: ‘vida’ vs ‘vida inteligente’
  • La vida terrestre como modelo, el único que tenemos: cuando surge la vida y cuando surge la ‘vida inteligente’.
  • La vida puede ser común, pero la inteligencia no tiene por qué surgir siempre.
  • ¿cómo buscamos vida extraterrestre?: Sistema Solar y exoplanetas.
  • ¿cómo buscamos vida inteligente? escuchando señales. Una estrategia condenada al fracaso: la galaxia (no ya el universo) es muy vasta. Si están puede que no los escuchemos nunca ni ellos a nosotros.
  • La tecnología, ¿podrá resolverlo en el futuro o nos acercamos al final del desarrollo tecnológico?
  • ¿nos han visitado alienígenas?. ¿hay evidencias? ¿es posible una galaxia tipo ‘Star Trek’?
  • Conclusiones

A qué nos referimos cuando decimos ‘solos en el universo’

Cuando los científicos hablamos de vida extraterrestre no nos estamos refiriendo a ‘vida inteligente’ sino a cualquier forma de vida. Nos interesa descubrir cómo se origina la vida, cómo evoluciona en un planeta, si la vida se originó en otro lugar además de en la Tierra, o si hay lugares que reúnen las condiciones para que surja vida o que se encuentran en la fase de evolución química (lo llamamos ‘habitabilidad’). Todos ellos son parte de los objetivos de la ciencia de la Astrobiología.

Esquema general de la evolución de la vida terrestre y de las aproximaciones para entender su origen.

Si usamos nuestro planeta como referencia, calculamos que la vida se originó aquí hace unos 4200 millones de años. Se calcula que la vida pudo surgir en unos 40 a 120 millones de años desde que comenzó a ser habitable, lo cual es bastante rápido en términos geológicos. Probablemente, una vez dados los primeros pasos, el proceso debió ser muy rápido.

Durante siguientes 2500-3000 millones de años, la vida terrestre estuvo dominada por organismos unicelulares o pluricelulares muy simples (antecesores de las algas actuales). Los animales habitan la Tierra desde hace unos 500 a 600 millones de años. Es decir, los animales han ocupado el planeta durante el último 14% del tiempo desde que existe la vida en éste. Prácticamente somos unos recién llegados.

Durante los primeros 2000 millones de años de vida en la Tierra la situación era mas o menos así: cianobacterias. Si encontrásemos vida extraterrestre, lo más probable es que se parezca más a esto que a ET o Predator.

Dado que el concepto de inteligencia, como el de vida, es algo difuso, definiremos como ‘vida inteligente’ a aquella con la capacidad de observar el cosmos. ¿cuando surgió en la Tierra una forma de vida que comenzó a poner sus ojos en el firmamento y a andar el camino hacia su exploración?.

Si ponemos la Edad de Bronce como el inicio de las primeras observaciones astronómicas sistemáticas, digamos que tenemos vida inteligente en la Tierra capaz de observar el Cosmos durante el último 0.00000012% del tiempo de existencia de vida. Los científicos también hablan de vida inteligente con tecnología de comunicación, es decir, capaz de mandar señales fuera del planeta. Los humanos somos capaces de ello desde la invención de la radio, es decir, desde hace poco más de un siglo.

Cálculos recientes, basados en el análisis bayesiano de los datos de la vida que conocemos, sugieren que hay aproximadamente un 60% de probabilidades de que nunca surja vida inteligente en un planeta con vida. Es decir, la evolución de la vida no necesariamente va a conducir a que emerja vida inteligente. Si la vida es una consecuencia de la evolución del cosmos, no tenemos razones para pensar que la inteligencia también lo sea.

Con estos datos, es fácil asumir que, si encontramos evidencias de vida extraterrestre, seguramente serán de vida simple (unicelular o pluricelular) o, en general, vida no inteligente. Como es lógico, no necesariamente tiene que ser así, pues no conocemos cuánto tiempo puede tardar en emerger vida inteligente en un planeta; en la Tierra puede que haya tardado mucho, dada la cantidad de eventos de extinción que han ocurrido.

O bien, al contrario, puede que el impulso evolutivo que dan las crisis biológicas haya hecho que surja más pronto. No hay forma de saberlo aún. Pero, con lo que conocemos, no es descabellado asumir que, probablemente, la vida sea frecuente en la galaxia, pero que la vida inteligente sea bastante poco común o incluso única. De hecho, otros cálculos recientes sugieren que, en nuestra galaxia, podría haber entre 1 y 10 planetas con vida inteligente capaz de explorar el cosmos, incluyendo el nuestro.

Los últimos 500 millones de años de vida en la Tierra son los más animados desde el punto de vista biológico. La barra está a escala; obsérvese cuando surgen los humanos.

En este sentido, hay que aclarar que la ecuación de Drake (formulada a partir de una famosa pregunta de Fermi a sus estudiantes: ¿cuantos pianos hay en Chicago?) no pretende ser una estimación precisa, sino una aproximación mental y una delimitación de nuestra ignorancia. El propio Drake solía responder que el número de civilizaciones está «entre una y mil millones».

Entonces, ¿no tenemos evidencias de vida extraterrestre?

No, no tenemos ninguna evidencia. Buscamos evidencias de vida, es decir, biofirmas, de varias formas:

Huellas moleculares, geoquímicas o físicas. Estas pueden ser biomarcadores orgánicos o inorgánicos, es decir, compuestos químicos que estén ligados a la vida. Pueden ser huellas geoquímicas o geológicas, tales como determinados minerales o huellas isotópicas.

También pueden ser señales espectroscópicas o biofirmas basadas en fenómenos químico-físicos, tales como desequilibrios químicos, estructuras termodinámicas lejos del equilibrio.

O, simplemente, pueden ser indicios de habitabilidad tales como presencia de agua líquida o temperaturas en el rango de estabilidad de moléculas orgánicas

Buscamos todas estas biofirmas, bien de vida o bien de evolución química, e indicios de habitabilidad en otros lugares de nuestro Sistema Solar que pudieron ser habitables (Marte) y en los exoplanetas, planetas descubiertos en otros sistemas planetarios.

La búsqueda de biofirmas en exoplanetas aún es un campo en el que hay mucho que desarrollar y se basará fundamentalmente en la búsqueda de señales espectroscópicas que indiquen habitabilidad o vida y que nos permitan conocer la composición atmosférica en cierto detalle.

Los astrónomos están investigando exhaustivamente las estrellas que nos rodean, nuestro vecindario cósmico, buscando nuevos planetas. El catálogo de exoplanetas de la ESA y el catálogo de la NASA indican que, mientras escribo estas líneas, se han identificado nada menos que 5483 planetas en 4220 sistemas planetarios, todos en nuestra vecindad galáctica. Esta lista incluye planetas desde tamaños mucho mayores que Júpiter a tamaños similares e incluso menores a la Tierra. Algunos eran prometedores candidatos a ser planeta habitable.

Sin embargo, al profundizar en su observación, todavía no hemos encontrado ningún planeta que sea un serio candidato a reunir condiciones de habitabilidad o vida. En los planetas cuya temperatura han podido estimar los científicos, todos salvo uno son demasiado calientes para sostener vida orgánica. Y el único con temperatura moderada, es un gigante gaseoso mayor que Júpiter.

Scatter plot de los exoplanetas cuya temperatura ha podido determinarse hasta la fecha de hoy. La temperatura mas baja, 84K, se corresponde al planeta Qatar-3b, situado en el sistema Qatar-3, una estrella similar a nuestro Sol situada a más de 2300 años luz. El planeta es un enorme ‘Júpiter caliente’ y la estrella es demasiado joven (0.3 Ga), así que la vida está prácticamente descartada en ese sistema. Hemos ubicado el lugar donde estaría la Tierra en este gráfico y la región donde esperamos planetas con posible vida (circulo). Trappist-1b y 1c, a 40 años luz de la Tierra, fueron muy prometedores cuando se descubrieron; la medida de su temperatura da un valor medio de 503K, demasiado cálido para sostener vida orgánica, además de estar en bloqueo de marea y la proximidad a su estrella, lo que sugiere alta irradiación. Trappist-1b tiene una atmósfera densa rica en agua, lo que sugiere que en el pasado pudo tener océanos y ahora es demasiado caliente (efecto invernadero desbocado).

La mayor parte de los exoplanetas identificados son demasiado calientes, sometidos a intensa radiación, están en acoplamiento de marea o, en general, tienen características que descartan su habitabilidad; pero, la mayoría de los sistemas planetarios tienen edades comparables al nuestro y muchos tienen múltiples planetas. La presencia de planetas habitables (y no digamos habitados) no parece demasiado común, al menos de momento y en nuestro vecindario cósmico, pero no perdemos la esperanza y, posiblemente, con la mejora de la tecnología de observación tengamos sorpresas pronto.

El sistema Trappist-1, a tan sólo 41 años luz de nosotros, contiene 7 planetas, varios de ellos rocosos y de tamaños comparables a la Tierra. Su descubrimiento causó gran agitación: ¿se encontró un sistema planetario con posible vida?. Varios de sus planetas están en la región de habitabilidad. Sin embargo, su estudio detallado sugiere que ninguno de los planetas es habitable, aunque todavía no hay nada concluyente. Se ha sugerido que la estrella tiene una edad avanzada y que varios de sus planetas, como el 1b y 1c, pudieron ser habitables en el pasado. Actualmente, 1f podría ser un mundo helado similar a Europa o Encelado. No obstante, no hay nada cerrado y futuras observaciones pueden darnos sorpresas.

Pero, por el momento, no hay evidencias de vida extraterrestre y ni siquiera podemos confirmar que ninguno de los planetas observados sea habitable en el sentido astrobiológico. Ya podemos ir haciendo números con lo que sabemos: se han observado unos 1800 planetas rocosos (tipo terrestre o ‘supertierras); aunque hayan surgido sospechosos, no podemos confirmar que haya vida o condiciones de habitabilidad en ninguno de ellos.

Ello implica que, de momento, hay una probabilidad de un 99.94% de que un planeta rocoso tipo terrestre recién encontrado no tenga vida. Encontrar un planeta habitable es algo parecido a que te toque la lotería. La diferencia es que nuestra galaxia juega muchos números.

Pero, no sólo debemos tener en cuenta los planetas. Se han observado 849 planetas con masa mayor que la de júpiter. Estos planetas pueden tener lunas con posibilidades de habitabilidad, como, en nuestro sistema solar, es el caso de Europa o Encelado. Aún no hay capacidad tecnológica para observar las exolunas, aunque ya hay algún candidato a exoplaneta con sistema de lunas. Ello multiplica las posibilidades de que exista vida en nuestro entorno planetario.

Impresión de cómo podría ser la exoluna Kepler-1625b-i, que orbita el planeta Kepler-1625b, un ‘superjúpiter’ de aproximadamente el tamaño de nuestro júpiter pero mucho más denso. Confirmar la existencia de exolunas es muy difícil por el momento.

Por ello, debemos seguir investigando, pues queda mucho espacio por observar y aún tienen que mejorar mucho las observaciones. Puede que en un futuro próximo alguno de los observados, o uno nuevo, pueda confirmarse adecuado para el origen o presencia de la vida.

Mapa en 3D de los sistemas con planetas de tipo terrestre (rocosos y tamaños similares a la Tierra) descubiertos por ahora en nuestro vecindario galáctico, en el precioso catálogo de exoplanetas de la NASA. De todos los planetas identificados, 198 son de tipo terrestre pero ninguno de ellos parece ser habitable. De momento no hay vulcanos ni klingons ahí fuera.

¿la vida podría ser frecuente en la galaxia o no?

Pensamos que la formación de vida puede ser relativamente común por varias razones: la universalidad de la química prebiótica, que da lugar a la formación de un set similar de compuestos orgánicos en muchas condiciones y que hemos observado en asteroides, por ejemplo. Es decir, la formación de los precursores orgánicos simples de la vida es un proceso que se integra dentro de la geoquímica de modo normal y, seguramente, es muy corriente en la galaxia.

Por tanto, el primer paso hacia la vida orgánica debe ser común. Tal vez el siguiente paso, el proceso de evolución química, sea menos común. Pero no tenemos motivos para pensar que sea una rareza, ya que es un proceso que se integra en la geoquímica planetaria.

Por otro lado, la evolución de la vida desde un punto de vista termodinámico parece una consecuencia de la propia evolución de los sistemas planetarios. La vida es un eficiente sistema de generación y disipación de entropía. La entropía del universo aumenta, la energía de las estrellas se disipa y, en el proceso, surgen estructuras que podrían maximizar la producción de entropía. La vida surgiría, entonces, como una estructura dinámica en el conjunto de fluctuaciones generadas por los procesos de disipación de energía y aumento de entropía del universo, es decir, una consecuencia del segundo principio de la termodinámica.

Pero, si la evolución y vida parece un imperativo de la propia termodinámica del universo, entonces, ¿por qué todavía no hemos visto ningún planeta habitable o con pistas de vida?.

Por varias razones: aunque la vida sea probable, hemos observado sólo una muestra mínima de planetas. Se calcula que solo en nuestra galaxia hay unos 100.000 millones de planetas. En nuestro vecindario, hasta 50 años luz de distancia, hay unos 1500 planetas; se han observado aproximadamente el 10% de ellos. Es muy probable que la vida sea frecuente en números absolutos, aunque la probabilidad de encontrar un planeta con vida o habitable sea baja; tan sólo hemos observado el 0.000005% de los planetas de nuestra galaxia.

No puede decirse ni que tengamos mala suerte buscando, pues ni siquiera conocemos al 90% de los vecinos de nuestra propia manzana.

Si nosotros no los vemos, ¿pueden vernos ellos?

Si hay un planeta con vida inteligente en un radio de unos 3000 años luz, con una tecnología de observación similar o superior a la nuestra, cabría la posibilidad de que hubieran encontrado nuestro Sistema Solar y catalogado nuestro planeta como habitable o con vida, en base a las huellas espectroscópicas, distancia del Sol, masa, movimiento y otras características.

Esto podría ocurrir ahora (lo cual es extremadamente improbable), o haber ocurrido en algún momento durante los últimos cientos o miles de millones de años. O podría ocurrir en un futuro. No hay nada que descarte que nuestro planeta ha sido ya observado.

En cuanto a detectar nuestras emisiones de radio y determinar que provienen de seres inteligentes, es mucho menos probable. Teniendo en cuenta que llevamos emitiendo señales al espacio unos pocos años, estas serían detectables en una pequeña burbuja de unos 200 años luz de diámetro. A través del proyecto SETI, los humanos llevan varios años buscando débiles señales que sugieran vida inteligente. Nunca se recibió ninguna. Una vez hubo un susto, la famosa señal wow, pero no hubo suerte.

No obstante, llevamos poco tiempo escuchando. Sería como encender la radio durante un segundo, justo cuando no se oye a nadie hablando, y pensar que no hay nadie ahí. O, como nos ocurre a nosotros, la extensión de la burbuja de emisiones de una civilización extraterrestre quizá quede demasiado lejos.

Extensión de nuestras emisiones de señales: el pequeño punto azul, insignificante en la galaxia. Imagen de Adam Grossman y Nick Risinger, que puede verse en alta resolución, aqui en The Planetary Society.
Detalle de la burbuja azul de nuestras emisiones de radio. Detectar emisiones de seres extraterrestres implicaría que su burbuja nos ha alcanzado. Esto es muy poco probable, aunque hayan estado emitiendo.

Además hay que tener en cuenta que las señales electromagnéticas (radio, luz,…) disminuyen su intensidad de modo proporcional a 1/d2, con lo que necesitan instrumentación sensible. La probabilidad de que haya una civilización o inteligencia extraterrestre buscando señales extraterrestres (para ellos) con instrumentación sensible, en un área conteniendo unos 6000 planetas, es ínfima, máxime cuando los cálculos más optimistas sugieren que, en este momento, la galaxia puede contener unos 10 planetas con vida inteligente capaz de explorar el cosmos.

Así que, quizá estén ahí fuera y, ni nos oigan, ni les oigamos jamás. O quizá surja en el futuro una civilización que detecte una débil señal procedente de nuestro planeta, donde una civilización desapareció miles de años antes.

Quizá sea una cuestión de limitación tecnológica: el gran filtro

Tal vez. Aquí la imaginación es el límite: podemos imaginar que una inteligencia extraterrestre ha encontrado formas de escuchar señales lejanas o viajar a otros puntos de la galaxia. Pero lo que podamos imaginar no nos sirve si no lo podemos sustanciar en una aproximación científica.

Podemos afirmar que quién sabe qué tecnologías desarrollaremos. Este pensamiento es muy común: «hace 100 años apenas éramos capaces de volar, y ahora salimos al espacio. ¡Quién sabe qué haremos en 100 años más!»

Esta idea presupone una extrapolación lineal en el desarrollo de la tecnología. La mente humana tiende a pensar de modo lineal: si en 100 años hemos conseguido tal cosa, en otros 100 extrapolamos esto linealmente y llegamos al mundo de Star Trek.

El problema es que la Naturaleza no suele seguir funciones lineales. El desarrollo tecnológico humano, como tantos procesos de desarrollo o crecimiento, sigue una función sigmoidal. Voy a usar como analogía el crecimiento de la colza:

El conocimiento y la tecnología siguen un patrón similar. Tras una fase inicial lenta, se llega a una fase de aceleración exponencial, seguida de una fase de meseta, en la que el rápido incremento en el conocimiento y la tecnología se frena. Aquí pueden ocurrir dos cosas: que termine declinando la civilización y se pierda el conocimiento y la tecnología, o que haya un ‘salto evolutivo’, una nueva tecnología o cambios de paradigmas que permitan un nuevo periodo de crecimiento. ¿Dónde estamos nosotros ahora?. ¿llegando a un punto de inflexión? ¿entrando en un periodo frío? No se si alguien lo habrá estudiado, pero no he encontrado referencias. Así que, teniendo en cuenta las funciones sigmoidales, dado que hemos tenido un rápido crecimiento tecnológico y en conocimientos, en algún momento se llegará a una meseta, si no estamos llegando ya.

Teniendo en cuenta que todos los fenómenos de crecimiento y poblacionales siguen una función sigmoidal (ya sea el crecimiento de una colonia de bacterias, de un bosque, de la capacidad de computación, de una población, de una pandemia, de la economía….), la idea del ‘gran filtro de Hanson‘ es consistente con un modelo sigmoidal simple: podemos sugerir que toda civilización inteligente llega, tras un periodo de rápido crecimiento tecnológico, a una meseta, seguida de decaimiento y, eventualmente, desaparición de esa civilización. Dado que es una ley natural de los procesos de desarrollo poblacionales, con seguridad una civilización extraterrestre basada en poblaciones de individuos va a seguir ecuaciones sigmoidales.

Todo crecimiento en un sistema cerrado (ya sean bacterias en un cultivo o una civilización) siguen una curva sigmoidal que llega a una meseta y decaimiento (extinción). Este modelo es consistente con la idea del ‘gran filtro’

La idea del gran filtro implicaría que, en un planeta, como sistema semiabierto (como es por ejemplo un cultivo bacteriano), toda civilización llegaría a la fase de extinción antes de que tengamos la posibilidad de encontrarnos. La única forma de evitarla (como en un cultivo bacteriano) es contactar con el exterior y ‘pasar’ parte de la población a un nuevo sistema (pasando bacterias a un nuevo cultivo). Entonces, si no existe la posibilidad física de sortear la distancia o de encontrar ninguna otra de esas civilizaciones o inteligencias potenciales, no nos queda otra que extinguirnos en silencio. Un mundo como el de Star Trek resolvería el problema del gran filtro; implicaría que hay un salto tecnológico, de conocimiento o evolutivo que no podemos imaginar y que nos llevaría a un nuevo periodo de crecimiento exponencial, hasta el siguiente punto de inflexión.

En Star Trek: First Contact, el hallazgo del imaginario ‘motor de curvatura’ y la llegada de los vulcanos salva a los humanos de caer en el gran filtro.

Entonces, ¿nos ha visitado una inteligencia o inteligencias extraterrestres? ¿qué hay de los recientes testimonios sobre alienígenas en el Congreso de los EEUU?

Las noticias y testimonios sobre el fenómeno OVNI y visitas extraterrestres han existido desde el siglo XIX. Periódicamente, el mito de los misteriosos hangares y centros de investigación estadounidenses con naves extraterrestres y restos de alienígenas se reaviva. Surgen oscuros testimonios, vagas explicaciones, imágenes borrosas que sirven, sobre todo, para hacer películas de ciencia ficción sobre el tema.

Pero, no hay ni una sola prueba.

Los científicos no trabajamos con anécdotas ni testimonios. Trabajamos con evidencias. Usamos la ‘Navaja de Hitchens’:

una afirmación sin evidencias se puede descartar sin evidencias»

Los científicos (los periodistas, en teoría, también. Christopher Hitchens era periodista) simplemente descartamos los testimonios que no se sustentan en pruebas, datos y evidencias. Y en afirmaciones como esta se requieren datos sólidos. Como dijo Carl Sagan, afirmaciones extraordinarias requieren pruebas extraordinarias.

David Grusch, uno de los declarantes en el Congreso sobre los UAP y la supuesta tenencia de tecnología y restos biológicos extraterrestres. Una declaración ridícula, hueca y, desde el punto de vista científico, totalmente descartable. Personalmente, me pareció todo una broma.

Estas recientes declaraciones en el congreso de EEUU han sido un compendio de los clásicos testimonios sobre fenómenos OVNI que hemos visto en otras ocasiones: nada concreto, ninguna prueba, evasivas e incluso afirmaciones, digamos, interesantes, como que el declarante sugiere que los extraterrestres estaban muy interesados en la tecnología nuclear. ¿una inteligencia con tecnología tan avanzada como para cruzar cientos o miles de años luz, interesada en una tecnología seguramente obsoleta? ¿tal vez quiere decir que la energía nuclear es muy importante y en su planeta se quedaron sin uranio?.

El testimonio era incluso ridículo cuando le preguntan al declarante si había visto personalmente esos restos de naves alienígenas y restos biológicos ‘no humanos’ y dice que no personalmente, que se lo han contado. No sólo declaran sin aportar pruebas, sino en base a rumores.

El ‘black mailbox’, en Nevada. En la ruta de los entusiastas del ‘fenómeno OVNI’, próxima al área 51. Aquí esperan ver o recibir alguna comunicación de los extraterrestres.

Estas declaraciones ni siquiera pueden considerarse ciencia ficción, sino meras elucubraciones y rumores. Además, estas cosas no tienen en cuenta algo elemental sobre la naturaleza humana: no sabemos guardar secretos. ¿un centro de investigación con naves extraterrestres capturadas, lo que sería el hallazgo más importante de la Historia de la Humanidad, por el que habrían pasado miles de trabajadores, científicos y militares, oculto y secreto desde los años 1930?.

Este nuevo episodio de declaraciones sobre supuestas tecnologías extraterrestres me recuerda al caso de Bob Lazar. Este curiosísimo personaje afirmó haber trabajado en el ‘área 51’ y en un lugar secreto llamado S-4, donde se realiza ingeniería reversa de naves extraterrestres, y realizó declaraciones muy similares a las que se han escuchado estos días en el Congreso de los EEUU. Afirmó que unos seres extraterrestres provenientes de Zeta-Reticuli, un sistema estelar situado a unos 39 años luz, utilizaban en sus naves el ‘elemento 115’, de propiedades muy inusuales. Bob Lazar llegó a ser muy popular en el colectivo de los conspiranoicos y fans del fenómeno OVNI. Sin embargo, el descubrimiento de que zeta-reticuli carece de planetas en su sistema y la síntesis del elemento 115 en 2003 demostraron que las afirmaciones de Bob Lazar no eran más que o delirios, o bien un plan para ganar notoriedad y hacer su negocio en torno al mundo OVNI.

Bob Lazar con uno de sus esquemas de naves extraterrestres. ¿embaucador, perturbado o visionario?

Bob Lazar es un personaje curioso no obstante. Siempre me preguntaré de dónde obtuvo muestras de plutonio (cantidad ínfima, obviamente), de las cuales estuve a punto de adquirir una para mi colección cuando fue detenido por el FBI.

Los científicos debemos mantener la mente abierta. Debemos investigar. Pero investigamos siguiendo una serie de metodologías que evitan que caigamos en las trampas cognitivas comunes o terminemos cayendo en las redes de embaucadores como Lazar o David Grusch. Richard Feynman decía que la persona más fácil de engañar era uno mismo. La Ciencia evita que caigamos en nuestras propias trampas mentales. Hasta que no haya pruebas, este tipo de declaraciones no son más que ruido.

¿Debemos investigar los fenómenos anómalos?

Por supuesto. No hay que confundir los reportes de UAP con las declaraciones sobre objetos extraterrestres en oscuras instalaciones militares. Los reportes de fenómenos anómalos están recogidos por instrumentos y radares de aeronaves y son datos objetivos. Otra cosa es si podemos averiguar la causa o no.

¿por qué somos científicos? movidos por la curiosidad, la necesidad de explorar lo que no conocemos, de responder a cuestiones fundamentales que ya nos hacíamos de niños: ¿por qué la hierba es verde, por qué podemos respirar?. Cuando voy a museos o ferias de minerales, siempre hay niños llenos de curiosidad. Pocos niños hay a quienes no les encanten los minerales. Suelen hacer observaciones muy interesantes: ven los aspectos en común que tienen minerales con composición similar, o reconocen las formas cristalográficas. Esa misma curiosidad es la del científico. Lamentablemente, la sociedad tiende a desanimar a esos niños, a destruir su curiosidad. Un científico es alguien que mantuvo esa faceta infantil. De hecho, la curiosidad es el principal, pero el menos valorado activo que posee un científico. Así que, ¿cómo nos resistiríamos a investigar y explorar cualquier fenómeno extraño o anómalo?. No seríamos científicos entonces.

Pero no investigamos de cualquier forma, ni nos dejamos arrastrar por vagos testimonios. Ni afirmamos, ni descartamos nada, sino que planificamos cómo abordar una cuestión o problema. Adoptamos la postura escéptica en el sentido clásico del término, la epojé de Sexto Empírico: suspensión de juicio u opinión durante la observación y experimentación. Por lo que hemos visto anteriormente, es muy poco probable que coincidamos en el tiempo y en la vecindad galáctica con otra forma de vida inteligente. Es poco probable que ésta haya alcanzado un nivel tecnológico suficiente y es poco probable que las propias leyes de la Física permitan tales viajes. Pero no lo descartamos. Simplemente, seguimos trabajando y seguimos las evidencias.

En 2022 la NASA creó una comisión para el estudio de los UAP o ‘fenómenos anómalos no identificados’ (unidentified anomalous phenomena). Este es el nombre correcto, no ‘fenómenos aéreos no identificados’, como indicaron algunos medios, denominación incorrecta que se abandonó.

Estos fenómenos UAP engloban supuestos avistamientos OVNIS (hay cientos de relatos de pilotos en torno a ellos) así como cualquier fenómeno, atmosférico o espacial, no identificado.

La comisión independiente para el estudio de los UAP

Los astrobiólogos debemos estudiar todo fenómeno no explicado o anómalo. No se trata de dar oídos a testimonios, mitos o conspiraciones, sino investigar seriamente qué hay. La mayor parte de los UAP tienen explicaciones sencillas. En muchos casos se han cotejado con tráfico aéreo comercial y se corresponden con detecciones de aviones lejanos.

Aun así, hay fenómenos que, por falta de evidencias o datos, no pueden no ya explicarse, sino ni siquiera estudiarse. Ello no implica que existan inteligencias extraterrestres. Que algo no tenga explicación no implica que sea válida cualquier explicación por extravagante que sea. Por ejemplo, que no pueda explicar el Origen de la Vida no implica que el Origen de la Vida sea obra de Dios. Del mismo modo, que no pueda explicar un borroso objeto que un piloto vio una vez en el aire, no implica que fuera una nave extraterrestre.

La falta de datos, simplemente, implica que, o bien hay que seguir estudiando y obteniendo datos, o, si no podemos tener más datos, quedando la cuestión o hipótesis fuera de toda posibilidad de verificación y de falsación (otra de las herramientas del trabajo científico), la tenemos que dejar archivada. Pero, en la práctica, como decía Sherlock Holmes «en general, cuanto más extravagante es una cosa, menos misteriosa suele resultar»

¿Es posible el mundo de Star Trek?

Como científico debo razonar y usar datos y evidencias. Pero no dejamos de soñar. Desde pequeño, cuando pasaba noches enteras mirando el firmamento, primero con los ojos desnudos, luego con mi pequeño telescopio, siempre soñaba con que alguien más habría en algún planeta ahí arriba. Deseaba que vinieran. Eso implicaría que es posible viajar por el espacio y a otros sistemas planetarios. Si realmente hubiera extraterrestres, ello indicaría que nuestro pequeño mundo podría hacerse mucho más grande. Es una gran esperanza. Pero ello queda fuera del ámbito de la Ciencia.

Que triste sería que no hubiera nadie más en nuestra galaxia. Alguien dijo una vez que somos el Universo contemplándose a sí mismo. Resulta difícil aceptar la idea de que, en 100.000 millones de planetas en nuestra galaxia, no haya otras inteligencias planteándose las mismas preguntas. Pero, más difícil aún es aceptar que, habiendo otras inteligencias, estamos aislados en esta isla planetaria. Así que, como todos los que crecimos con Star Trek (yo lo hice con TNG), soñábamos en cada capítulo que podríamos explorar la galaxia en busca de nuevos mundos y nuevas civilizaciones y que igual, por fin, esa noche se iban a presentar visitantes extraterrestres a resolver nuestras dudas.

Siempre podemos soñar que es posible explorar otros mundos como en Star Trek

Pero, ¿es posible el mundo de Star Trek?. Ello tiene varios problemas: el problema de la probabilidad de vida inteligente, el problema de la tecnología y el problema de la coincidencia de civilizaciones en la misma región del universo que hemos revisado anteriormente.

Pero tiene otro problema: un mundo como el de Star Trek presupone que la evolución no es un fenómeno de caos determinista, sino que es teleológica y que termina en seres humanoides que, incluso, pueden cruzarse formando híbridos. Naturalmente, esta trampa teleológica no tiene sentido desde el punto de vista biológico. En cierto modo, Star Trek implica una profunda aceptación del principio del Diseño Inteligente de origen divino, que culmina en seres a imagen y semejanza de Dios. Dentro de la lógica de Star Trek, es casi un imperativo llegar al conocimiento del viaje interestelar. Pero, desde el punto de vista científico, no hay ninguna razón que sugiera que tales viajes serían tecnológicamente posibles.

Si hay vida en otros planetas, es muy posible que sea similar a nivel molecular, teniendo en cuenta que partimos del mismo espacio químico y las reglas de la química imponen cierto determinismo molecular. Pero, igual que en nuestro planeta, donde el mismo patrón molecular y células similares han dado lugar a innumerables morfologías y posibilidades, no podemos ni imaginar cómo sería una inteligencia extraterrestre. No siquiera sabemos si podríamos identificarla con las herramientas de que disponemos actualmente.

La fauna de Ediacara, que desapareció hace unos 540 millones de años, estaba formada por organismos extraños, como este Hallucigenia. Si la misma biología molecular daba lugar a organismos como éstos, ¿cómo serán los organismos extraterrestres? ¿serán molecularmente similares, aunque morfológicamente inimaginables?

Personalmente, desearía que las declaraciones de David Grusch en el congreso fueran reales. Ojalá haya naves alienígenas, lo que implicaría que es posible encontrarnos y explorar los exoplanetas. Pero no tenemos ni una sola prueba o evidencia. Aquí, tras todo lo dicho, sólo veo dos posibilidades: o nos espera un futuro apasionante o una soledad desoladora.

Conclusiones

  • La vida es probablemente bastante común en nuestra galaxia, pero la vida inteligente es, probablemente, muy rara o incluso única (nosotros) en este momento.
  • Por ‘común’ queremos decir en números absolutos. Con lo que conocemos a través de la observación de exoplanetas, la probabilidad de hallar un planeta habitable o con vida es muy baja. Es una situación comparable a la lotería: En todo el país va a tocar el gordo de la lotería seguro en algún sitio, pero la probabilidad de que te toque a tí, en tu barrio o en tu ciudad es baja. Con lo que sabemos por el momento, hay un 99.94% de probabilidad de que un planeta terrestre no tenga vida. Lo que pasa es que la galaxia tiene miles de millones de planetas.
  • Es extremadamente improbable que exista vida inteligente en nuestro vecindario cósmico o nuestra galaxia, y aún más improbable que dispongan de capacidad para realizar viajes interestelares
  • Las declaraciones sobre OVNIS y UPA no están respaldadas con ninguna evidencia, solo son rumores. La mayoría de los avistamientos documentados por pilotos y registrados por radares, o bien han sido explicados, o bien no hay datos suficientes como para poder estudiarlos. Los científicos no trabajan con testimonios, sin datos suficientes o incompletos. Esto no quiere decir que no se estudie. Hay que revisar objetivamente todos los datos y documentos.
  • Aun así, todos nuestros cálculos se basan en la vida terrestre como modelo. Esto podría cambiar, por lo que seguimos estudiando e investigando y nos mantenemos alertas.

Referencias

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Trinitita: la gema radiactiva de la primera explosión nuclear

C. Menor-Salván, 15 de julio 2023.

A pesar de lo que sugiere su nombre, la trinitita no es un mineral. Ni es natural. Es un material que se formó durante un hecho histórico decisivo: La primera explosión nuclear de la Historia, el 16 de Julio de 1945, en Alamogordo (Nuevo México, EEUU). Este artículo es una ampliación del publicado en The Conversation. Añadimos aquí más datos, anécdotas y explicación de algunos conceptos básicos sobre radioisótopos.

Una nueva y temible arma

Se acercaba el final de la Segunda Guerra Mundial. El Proyecto Manhattan llevaba desarrollándose en secreto desde 1941, cuando el presidente Roosevelt, motivado por la posibilidad de que Alemania consiguiera desarrollar un nuevo tipo de arma de destrucción masiva, autorizó la puesta en marcha de uno de los proyectos técnicos y científicos mas ambiciosos de toda la Historia. El proyecto supuso un enorme esfuerzo contrarreloj que implicó a físicos, químicos, ingenieros, matemáticos y miles de trabajadores. Los hitos científicos del proyecto fueron muy importantes y dieron un impulso al desarrollo industrial y tecnológico de los EEUU. También plantó la semilla de la Guerra Fría, debido a su dramático fruto, surgido en julio de 1945 de las instalaciones de Los Álamos, en Nuevo México: The Gadget

‘Ground-zero’: la torre e instalación de la prueba Trinity. La bomba se instalaría en la caseta de la parte superior de la torre. Toda esta instalación se volatilizó literalmente en la explosión.

Las instalaciones y el desarrollo del proyecto eran secretos, pero la Ciencia siempre es abierta, lo cual dio lugar a curiosas anécdotas. En 1943, una de las revistas de Ciencia Ficción más conocidas, Astounding Science Fiction, publicó el relato ‘Deadline’ de Cleve Cartmill, en el que se contaba el desarrollo de una bomba atómica de increíble poder destructivo. Los detalles eran sospechosamente similares a lo que se estaba desarrollando para The Gadget, por lo que el FBI investigó al autor y al editor, John W. Campbell. No encontraron evidencias de una fuga de información y Campbell explicó que, a partir de la información científica disponible, cualquier persona con algo de conocimiento y sentido común puede extrapolarlo a una historia de ciencia ficción realista. Campbell convenció al FBI de que censurar el relato sería más sospechoso que dejarlo tal cual. De hecho, tras la publicación, se recibieron algunas cartas diciendo que la historia era ridícula e imposible. Se cuenta que Campbell dijo a los agentes, «por cierto, ¿están construyendo la bomba en el desierto en Nuevo México, verdad?» Parece ser que varios científicos eran lectores de la revista y cambiaron al mismo tiempo su dirección a un apartado postal en Santa Fe. A pesar del secreto, mucha gente ya sabía que algo importante se estaba construyendo, dados los movimientos inusuales de científicos y los pedidos de productos y materiales. Es imposible mantener en secreto las conspiraciones, en especial si la ciencia está por medio.

The Gadget fue el primer prototipo funcional de una bomba nuclear. El dia 15 de Julio de 1945, estaba montado y listo para explotar durante el test Trinity, destinado a comprobar experimentalmente las predicciones teóricas. The Gadget era un dispositivo de implosión: un explosivo convencional comprime el núcleo de plutonio-239 de la bomba, que alcanza su masa crítica y provoca una reacción de fisión en cadena que libera una cantidad de energía jamás vista.

El Gadget montado en la caseta sobre la torre de 30 metros, preparado para la prueba

Plutonio-239

El plutonio-239 es un isótopo fácilmente fisible (ver más adelante) fabricado por irradiación de uranio con neutrones. Tiene la ventaja de presentar mayor probabilidad de fisión, requerir menor cantidad El plutonio no se encuentra en la Naturaleza mas que en forma de trazas, en algunos yacimientos de uranio donde se formaron ‘reactores nucleares naturales‘.

Por ello, uno de los retos del proyecto era obtener suficiente plutonio puro a partir de uranio. Una confusión común del público respecto al combustible nuclear es si puede usarse como arma. Los elementos fisibles, como el plutonio-239, para poder usarse como explosivo deben ser muy puros. Muchísimo más que en su uso como combustible nuclear. En los reactores nucleares, la energía producida por la fisión se libera de modo no explosivo, generando mucho calor que se usa para producir electricidad. El plutonio, para utilizarse en una bomba atómica, debe primero fabricarse y luego purificarse cuidadosamente, para que alcance una gran pureza tanto química como isotópica. En resumen, no podemos ‘robar’ combustible nuclear convencional y fabricar una bomba atómica. Haría falta una planta de procesado.

Uranio metálico puro. El uranio se obtiene a partir de sus minerales y se enriquece en uranio-235, fisible, mediante un complejo proceso. El uranio-238, isótopo mayoritario, se transforma en plutonio-239 durante las reacciones nucleares que tienen lugar.

En el proyecto, utilizaron el Reactor B de la planta secreta de producción de plutonio de Hanford (Washington). Ahora museo, entonces fue el primer reactor comercial para enriquecimiento de combustible nuclear, operado por la empresa DuPont; la empresa renunció a los beneficios comerciales, limitándose a cubrir la inversión, y se desmarcó de este área para no ser asociada con el desarrollo de la bomba, pues consideraron que daría mala imagen.

El reactor B era un reactor nuclear con una potencia de 250 MW, pero no destinado a producir electricidad, sino a generar plutonio-239 a partir del uranio-238, por captura neutrónica impulsada por la fisión del uranio-235. La reacción de síntesis de plutonio-239 tiene lugar en varias fases:

1- el uranio-238 captura un neutrón liberado por la fisión del uranio-235. Se transforma en uranio-239.

2- El uranio-239 tiene un periodo de semidesintegración (ver más adelante) de tan sólo 23 minutos. Se transforma por emisión beta (emite electrones, transformándose un neutrón en un protón) en neptunio-239. Este, a su vez, con un periodo de semidesintegración de 2.35 días, emite radiación beta y se transmuta a plutonio-239, que se acumula gracias que tiene un periodo de semidesintegración de más de 24000 años.

El combustible nuclear utilizado contiene hasta un 1.5% de plutonio, siendo mas o menos el 50% plutonio-239; se procesa tras la reacción, en un complejo proceso químico y metalúrgico (llamado método PUREX), para extraer y purificar el plutonio. Actualmente muchos reactores nucleares siguen este principio y, además de producir electricidad, autogeneran más combustible nuclear que permite aprovechar el uranio-238 natural no fisible y que puede usarse en otros reactores. El sueño de los alquimistas de la transmutación de los elementos era posible, aunque no como ellos imaginaban.

El desarrollo del proyecto Manhattan requirió mucha Química. Los análisis de todos los materiales, extracción de plutonio o uranio y la preparación de los diversos componentes llevó al desarrollo de procesos químicos. Todas las técnicas analíticas usadas se recopilaron en este libro.

Un hecho poco conocido por el público es que esta reacción de producción de plutonio-239 fue planeada por el proyecto Tube Alloys, un proyecto de fabricación de un arma nuclear puesto en marcha por el gobierno británico anteriormente al proyecto Manhattan. Debido a su alto coste, el gobierno británico llegó a un acuerdo con el norteamericano, y finalmente se desarrolló en EEUU tras transferir sus avances y predicciones. Si el proyecto Manhattan llegó a su fin fue gracias al esfuerzo de innumerables científicos europeos.

Núcleo del reactor B de Hanford. En él se introducían las barras de combustible nuclear y las barras de control, así como el sistema de refrigeración por agua. La reacción nuclear de fisión del uranio-235 libera neutrones que son capturados por el uranio-238 mayoritario, y que se convierte en plutonio-239.

El concepto de la bomba, desarrollado por el físico Seth Neddermeyer es sencillo (aunque hay detalles complejos, que no voy a discutir): se toma una esfera hueca de plutonio con una masa sub-crítica, es decir, en la que la fisión nuclear no entra en cadena al no tener suficiente masa y densidad. Esta masa es de unos 2.5 a 4.5 kilogramos, del tamaño de una pelota de ping-pong al tamaño de una naranja. La esfera metálica se recubre de un material reflector y amplificador de los neutrones y se inicia usando dos cosas: un iniciador de polonio y berilio que genera neutrones para ‘arrancar’ la reacción y un explosivo convencional dispuesto de tal modo que, al estallar, comprima la esfera de plutonio. Así, aumenta la densidad, entra en la zona crítica y la reacción nuclear de fisión tiene lugar en cadena, auto-amplificándose y liberando una enorme cantidad de energía en menos de un 1 milisegundo. Con este sistema de implosión pueden manejar el plutonio de forma ‘segura’ y detonarlo cuando se considere.

Esquema de las bombas de implosión The Gadget y Fat Man.
El sargento Herbert Lehr, en una de las imágenes más famosas de la historia de la bomba. Es el 12 de julio de 1945 y lleva el núcleo de plutonio de la bomba (ver imagen de más arriba) para su instalación. Como se ve, el núcleo de plutonio es bastante pequeño, aunque muy pesado. El núcleo completo del Gadget pesaba 6 kg.

Ahora somos todos unos hijos de puta

A las 5:29 de la mañana del 16 de Julio de 1945, se detonó el Gadget en el inhóspito desierto de la Jornada del Muerto (sugerente nombre que le pusieron los primeros españoles que llegaron allí).

Fue la primera explosión nuclear de la Historia, con un rendimiento aproximado de 19 kilotones. Fue más potente de lo calculado, destruyendo algunos instrumentos científicos ubicados a supuesta distancia segura. Esta potencia explosiva se había calculado con un test previo, el 100 ton test, en el que se detonaron 100 toneladas de TNT. El test Trinity, usando el test previo como referencia, se estimó que era equivalente a unas 19000 toneladas de TNT. A partir de entonces, se toma esta referencia para estimar el rendimiento o potencia explosiva de un arma nuclear.

Imagen de la explosión de Trinity, el 16 de julio de 1945, tomada desde unos 16 km de distancia por el fotógrafo Jack Aeby. Los científicos y la instrumentación para medidas se ubicó a 9 km de distancia.

Tras la explosión, Kenneth Bainbridge, director científico del test Trinity, exclamó: “Ahora somos unos auténticos hijos de puta”
Robert Oppenheimer remarcó que esa fue la frase más apropiada que se dijo tras la explosión. En efecto, las dos siguientes bombas, llamadas Little Boy y Fat Man(siendo esta la versión militar de The Gadget) mataron a unas 214000 personas, de las cuales aproximadamente la mitad murieron por las explosiones y el resto debido a la contaminación radiactiva.

Las bombas. Fat Man era la versión práctica de The Gadget. Little Boy era una bomba de uranio-235, con un diseño algo distinto. Esquema de V. Valkovich, Radiactivity in the Environment, 2000.

El fallout, polvo radiactivo depositado tras la explosión, cubrió un radio de unos 30 km.. A pesar de todo lo que hemos visto, tanto el Gadget como las dos siguientes bombas tenían un poder destructivo muy inferior a las armas nucleares actuales. Esta es la base del terror nuclear que marcó la Guerra Fría.

La trinitita, testigo silencioso de la explosión

El plutonio-239 sostiene una reacción, llamada fisión, en la que un neutrón parte un núcleo atómico en fragmentos, liberando, en este caso, una media de 2.88 neutrones, que rompen otros núcleos de plutonio y así sucesivamente. No todos los isótopos de elementos radiactivos son fisibles, es decir, no todos pueden usarse para llevar a cabo esta reacción nuclear. Los dos elementos más apropiados para ello y que se usan en reactores nucleares y en armas nucleares son el uranio-235 y el plutonio-239. El uranio-238, el isótopo de uranio natural más abundante, no puede sostener una reacción de fisión.

Esta reacción puede amplificarse en cadena cuando se supera la masa crítica con plutonio muy puro. En este caso tiene lugar la liberación explosiva de la energía producida por la ruptura de los núcleos. La fisión de los núcleos genera otros elementos químicos. Estos elementos no son iguales que sus versiones (es decir, isótopos) comunes, sino que son muy radiactivos. La fisión del Pu-239 genera más de 100 elementos químicos, en sus versiones (isótopos) radiactivas.

Isótopo

Los elementos químicos naturales tienen una masa atómica promedio. Pero en la mayoría de los casos, están formados por una mezcla de isótopos. Los isótopos poseen el mismo número de protones y electrones (mismo número atómico, Z), pero distinta masa atómica (A), debido a que tienen diferente número de neutrones. Son el mismo elemento, con las mismas propiedades químicas, pero diferentes propiedades nucleares. Hay isótopos estables e isótopos radiactivos o radioisótopos. El caso más sencillo es el del hidrógeno, que tiene tres isótopos: el hidrógeno (A=1), el deuterio (A=2), ambos estables, y el radioisótopo tritio (A=3). 

El plutonio tiene seis isótopos principales, desde A=238 hasta A=244. El más estable es el plutonio-244, que tiene un periodo de semidesintegración de 88 millones de años. Seguramente en la Tierra primitiva existió gran cantidad de plutonio como elemento natural, pero tras 4600 millones de años desde su formación, no quedan más que trazas difícilmente detectables en algunos minerales de uranio.  

Los neutrones provocan, además, la transformación de los materiales con los que se encuentran en elementos radiactivos. Este proceso se denomina activación neutrónica: los elementos capturan neutrones que cambian el peso atómico del elemento, convirtiéndolo en un isótopo radiactivo.

El resultado es, además de la brutal explosión, una contaminación radiactiva que puede alcanzar cientos de kilómetros de distancia, debido a que algunos elementos son volátiles o gases, como el yodo-131 o diversos isótopos de xenón y kriptón. En el test Trinity, se pudo detectar contaminación radiactiva producida por el fallout de la explosión a 150 km de distancia. Pero la contaminación tuvo más alcance. Un empleado de Kodak se dió cuenta de que había contaminación radiactiva gracias a la aparición de ‘puntos’ oscuros en material fotográfico en Indiana, a unos 2000 km del sitio del test. Se realizaaron entonces análisis y se pudo detectar la presencia de cerio-141, otro producto de la fisión del plutonio-239, intensamente radiactivo y con un periodo de semidesintegración de 33 días.

Afortunadamente, la mayor parte de la contaminación radiactiva cayó en zonas no habitadas, y a los pocos días había ya decaído mucho, con la desintegración de los elementos más activos. Sin embargo, aún no está demasiado claro cuánta gente del público quedó expuesta a dosis significativas de radiactividad ni qué ocurrió con el plutonio remanente, esparcido por la zona de la explosión.

Mapa del fallout radiactivo 12 horas tras la explosión del Gadget, medido en mR/h (miliroentgents/hora). Para interpretar el mapa, la isolínea de 0.1 mR/h ya marca un nivel significativo pero aceptable de exposición. La radiación de fondo está entre 0.002 y 0.01 mR/hr y un vuelo comercial produce una tasa de exposición de unos 0.2 mR/h.

La temperatura de la detonación del Gadget superó a la de la superficie del Sol. El calor fundió la arena del desierto levantada por la explosión, que formó gotas de vidrio incandescente que llovieron en un radio de cientos de metros. Cuando todo había terminado, los investigadores vieron que el suelo estaba cubierto por vidrios de colores, normalmente verde, en ocasiones formando bonitas formas transparentes. y que llamaron trinitita. No era anecdótico: se calcula que se formaron unas 1700 toneladas de trinitita, que cubrieron un área de unos 600 metros de diámetro.

Recogieron muestras que se guardaron como recuerdo del hecho histórico. Incluso algunas se usaron para fabricar joyas exclusivas. Pronto se dieron cuenta de que era mala idea. La trinitita contenía elementos producidos por la explosión y era intensamente radiactiva, hasta el punto de provocar quemaduras en la piel. Para evitar accidentes y robos, pues se convirtió en un material preciado por curiosos y coleccionistas, se enterró la mayor parte de la trinitita.

Fragmentos de trinitita, recogidos durante una visita al sitio de la explosión en Alamogordo (Nuevo México, EEUU). Foto: C. Menor-Salván

Hoy dia, la trinitita ha perdido la mayor parte de su radiactividad y puede manejarse sin riesgo. Pero aún contiene testigos de la explosión nuclear. En la siguiente figura podéis ver el análisis mediante espectrometría gamma de una muestra de trinitita, realizado en nuestro laboratorio. El espectro resultante que se muestra es de baja resolución, debido a que hemos utilizado un detector de centelleo. La instrumentación para espectrometría gamma de alta resolución utiliza un detector semiconductor. Pero, para nuestro propósito, es suficiente con un análisis a baja resolución.

Espectrometría Gamma

Esta técnica de análisis se basa en la emisión de radiación gamma por los elementos radiactivos. La mayoría de los isótopos radiactivos emiten rayos gamma, fotones de alta energía, como resultado de la relajación de los núcleos atómicos excitados tras las transformaciones nucleares. Cada isótopo radiactivo emite rayos gamma de energía característica. Esta propiedad se puede utilizar para su identificación. Por ejemplo, el cesio-137 emite rayos gamma a una energía característica de 662 KeV (kiloelectronvoltios). Esta emisión gamma se produce al decaer el Cs-137 y transmutarse en Ba-137, emitiendo rayos beta. El núcleo de Ba-137 resultante se encuentra en un estado excitado, metaestable. El exceso de energía se emite como fotones gamma, relajándose a Ba-137 estable. 
El espectro gamma se puede registrar utilizando detectores de centelleo, cristales que emiten luz cuando la radiación impacta sobre ellos. Entonces se obtiene un espectro de baja resolución, como el mostrado más arriba. Si se utilizan detectores semiconductores, se obtiene el espectro de alta resolución. Este tipo de detector es mas costoso y requiere enfriamiento, normalmente usando nitrógeno líquido. Por ello, en muchas aplicaciones se siguen usando detectores de centelleo, muchísimo más asequibles.   
La espectrometría gamma se puede utilizar para identificar contaminación radiactiva o para analizar materiales mediante activación por neutrones.

El análisis revela los isótopos radiactivos mayoritarios presentes aún en la muestra, tras 78 años desde la explosión:

  • Cesio-137: es uno de los principales productos de fisión del plutonio. Con un periodo de semidesintegración de 30 años, es el mayor elemento radiactivo de la trinitita. El cesio-137 es uno de los principales causantes de la contaminación radiactiva en una explosión nuclear.
  • Americio-241: indica que la bomba estaba formada por plutonio-239. Se forma mediante un proceso de captura neutrónica. Un átomo de plutonio-239 captura dos neutrones, bien secuencialmente o de una vez, transformándose en plutonio-241. El Pu-241 tiene un periodo de semidesintegración de 14 años, transformándose en americio-241 mediante emisión de radiación beta. El Am-241 formado tiene un periodo de semidesintegración de 410 años, por lo que será detectable durante siglos. Este elemento es muy conocido, pues forma parte de los antiguos detectores de humo iónicos.
  • Bario-133: es difícil de detectar, pues su actividad se reduce a la mitad en algo más de 10 años. Se piensa que su origen está en el explosivo que se usó para detonar la bomba, llamado Baratol, formado por nitrato de bario. El bario-133 se forma por captura de neutrones (activación) del bario-132 natural. Aunque el rendimiento es bajo, pues este isótopo
  • Europio-152: un elemento radiactivo característico de la trinitita, utilizado en la confirmación de ésta frente a falsificaciones. Se piensa que se formó por activación neutrónica del europio natural presente en la arena del desierto.
  • Cobalto-60: Casi indetectable, debido a que tiene un periodo de semidesintegración de sólo 5 años. Su presencia en la muestra se debe a la activación neutrónica del cobalto de las aleaciones de acero de la torre de prueba y todo el equipamiento.
Periodo de semidesintegración

Este concepto es fundamental en radioquímica. Es el tiempo necesario para que la actividad de una muestra de un isótopo radiactivo se reduzca a la mitad. Por ejemplo, en el caso del americio-241, su periodo de semidesintegración es de 410 años. Esto significa que, en una muestra de americio-241, tienen que pasar 410 años para que la mitad del número total de átomos del isótopo se desintegren y, por tanto, su actividad se reduzca a la mitad. En el caso del bario-133, su periodo de semidesintegración es de 10 años. Esto quiere decir que, en la trinitita, la actividad inicial de bario-133 se ha reducido a la mitad casi 8 veces. Por ello, la actividad de este elemento es ínfima. 
 
No se debe confundir este concepto con el de vida media. Esta es el tiempo promedio necesario para que un átomo dado se desintegre. Es un concepto relacionado, pero no equivalente, ya que el periodo de semidesintegración hace referencia a la población total de átomos, y la vida media es, digamos, la 'esperanza de vida' de un átomo individual. En español se confunden los términos a veces debido a que en inglés, half-life es equivalente a periodo de semidesintegración y, por tanto, half-life no debe traducirse como vida media. 

El periodo de semidesintegración es una constante física y no depende de ningún factor externo. Gracias a ello se utiliza en medidas de datación en geociencias, por ejemplo. El decaimiento de elementos radiactivos nos permite determinar la edad de muestras en arqueología, paleontología y geología. Un ejemplo es la prueba del carbono-14, que permiten determinar la edad de un material orgánico en la investigación histórica y arqueológica. 

El periodo de semidesintegración nos permite hacernos una idea de la ‘intensidad’ o ‘peligrosidad’ de un isótopo radiactivo. De modo similar a la combustión de una vela: cuanto más rápida, más intensa la luz y mayor es la temperatura, pero menos dura. Cuanto menor es el periodo de semidesintegración, más intensa es la radiación emitida, porque hay un mayor número de átomos desintegrándose al mismo tiempo. Actualmente, en la trinitita permanecen los elementos de mayor periodo de semidesintegración, por ello la radiactividad de ese material ya carece de peligro. En 1945, los isótopos muy radiactivos, de muy bajo periodo de semidesintegración, hacían que la trinitita fuera un material peligroso.

Isótopos radiactivos producidos en la detonación nuclear. La mayoría son de vida muy corta, por lo que la contaminación radiactiva, extremadamente intensa durante los primeros días tras la explosión, decrece rápidamente.

Fragmentos de trinitita

Los elementos radiactivos desaparecerán con el tiempo, pero las características peculiares de este material, la presencia de estructuras extrañas como los cuasicristales, y las huellas isotópicas que delatan su origen, seguirán ahí tras la desaparición de la civilización. Un testigo de nuestro paso por el planeta y del genio, soberbia y maldad humanas.

Referencias

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