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jueves, julio 31, 2008

Sunshine: El frío espacio vacío

Hoy volvemos con Sunshine, esta vez con algo que no tiene nada que ver con el Sol, y que parece que se está convirtiendo en un estereotipo, ya que aparece en alguna otra película (como en Misión a Marte). Me refiero al peligro de congelación al exponerse al vacío. En una de las secuencias de la película, algunos tripulantes de la Icarus II se traslada a la Icarus I, y hay un problema con el enganche estanco por el que habían penetrado. La única forma de volver a la Icarus II es «a pelo», saliendo de la nave, cruzando unos metros de espacio vacío, y entrando en la otra nave. El problema es que sólo hay un traje espacial, y son tres los tripulantes que deben volver. Uno de ellos comenta que la temperatura exterior a la sombra del escudo solar, es muy próxima al cero absoluto, y que en unos segundos se puede morir congelado. Pero como no hay otra opción, el miembro más imprescindible de la tripulación se pone el traje, y los otros se la juegan, confiando en sobrevivir el tiempo suficiente. Así que abren la compuerta exterior, produciendo una descompresión que les lanza hacia la otra nave. Uno de los que van sin traje, queda fuera, y se congela en segundos. El otro, logra entrar en la nave, y tras presurizar el compartimento, es atendido rápidamente, mientras sufre síntomas de congelación.

Bueno, es verdad que en el espacio y «a la sombra», la temperatura es cercana al cero absoluto (concretamente, de unos 3 K). Sin embargo, precisamente por ser espacio vacío, su temperatura no es relevante a la hora de transmitir calor. ¿Por qué? Hace tiempo expliqué que hay cuatro mecanismos de trasmisión de calor: conducción, convección, radiación y evaporación. En el espacio vacío, la transmisión por conducción y convección no existe, precisamente por la no existencia de materia alrededor de nosotros. Así que sólo nos queda la pérdida de calor por radiación y por evaporación.

La pérdida de calor por radiación es totalmente independiente del entorno. Un cuerpo que esté por encima del cero absoluto (es decir, cualquier cuerpo del universo), por el mero hecho de estarlo, emite calor en forma de radiación electromagnética. Y ya está. No importa si alrededor hace frío o calor, la pérdida por radiación será siempre la misma. En el vacío del espacio, la pérdida de calor por radiación es igual a la que podamos tener en nuestra vida cotidiana. Hay que decir que al igual que nuestro cuerpo irradia calor, los objetos que hay a nuestro alrededor también lo hacen, por lo que al mismo tiempo que perdemos calor por radiación, recibimos calor también por radiación de los objetos circundantes. Así que el intercambio neto de calor por radiación varía con el entorno. Sin embargo, aun imaginando que no recibimos calor del entorno (y no es el caso, pues ambas naves deben irradiar algo de calor al exterior), nuestro rítmo de irradiación de calor no es tan grande como para que nuestra temperatura baje varios grados, en unos segundos.

La pérdida de calor por evaporación, se produce cuando un líquido se evapora. El cambio de estado de líquido a gaseoso, es un proceso que requiere aporte de calor, por lo que éste es tomado de su entorno. Así es como un botijo mantiene el agua fresquita, o como nuestro cuerpo combate el calor mediante la generación de sudor. En el caso de una exposición al vacío, esta pérdida sí que es mayor que la que se produce habitualmente. El punto de ebullición de un líquido aumenta con la presión, por lo que si la presión desciende, el punto de ebullición también. En el vacío, el punto de ebullición de nuestros fluidos es inferior a nuestra temperatura corporal, por lo que aquellos que estén expuestos al vacío, se evaporarían muy rápidamente. Ojo, que eso no quiere decir que nuestra sangre hierva de forma inmediata y explotemos, como vemos en algunas películas. Nuestro propio cuerpo mantiene presión en su interior. Únicamete los fluidos en contacto directo con el exterior, como la saliva o el sudor, serían afectados en los primeros segundos. Pero aún así, y aunque los tripulantes estuvieran empapados en sudor (debido a lo tenso de la situación), la pérdida de calor por evaporación no sería tan grande como para congelar a una persona en segundos.

Lo cierto, es que el verdadero peligro de una exposición al vacío está en la ausencia de oxígeno y la ausencia de presión. Por un lado, sin oxígeno no podemos respirar, por lo que moriríamos de hipoxia. Por otro lado, la ausencia de presión exterior puede producir daños en nuestros tejidos, debido a la diferencia de presión entre nuestro interior, y el exterior. De hecho, es preferible permitir que nuestros pulmones se vacíen (aunque así aguantemos menos sin respirar) ya que la presión del aire interior podría dañarlos de forma muy grave. Estos daños son todavía peores si la exposición se produce de forma brusca, mediante una descompresión explosiva, como ocurre en la peli.

Así que el frío no es problema. Una persona expuesta al vacío del espacio de forma accidental, sin duda puede morir en poco tiempo, pero no por congelación.

21 comentarios:

  1. "Únicamete los fluidos en contacto directo con el exterior, como la saliva o el sudor, serían afectados en los primeros segundos"

    ¿Puedo deducir de lo anterior que los ojos hervirian de llevarlos abiertos durante el paseo de nave a nave?

    Salud.

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  2. Interesante artículo, como todos los que publicas.

    Creo recordar que una situación parecida se daba en la peli Armaggedon, cuando salían de la nave rusa.

    Saludos!

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  3. Muy buen artículo, Alf :)

    Lo de los ojos, pues puede que se empezase a evaporar el líquido que lo recubre por la parte expuesta, pero no su interior. Sin embargo, es peor cuando sus capilares empiezan a reventar debido a la descompresión :S

    Saludos!

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  4. Hola. Quiero señalar dos pequeñas erratas:

    1) "precisamente por la no existencia de materia alrededor nuestro"

    Lo correcto sería decir "alrededor de nosotros".

    2) "como vemos an algunas películas"

    Claramente es "en algunas películas"

    Sí, soy un talibán ortográfico :P

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  5. No soy para nada un experto en la materia, pero tengo una duda, dices que "En el vacío del espacio, la pérdida de calor por radiación es igual a la que podamos tener en nuestra vida cotidiana."
    En la tierra se suele tomar una temperatura del cielo de 230K (si esta despejado) para el intercambio radiante, entonces, en el espacio la radiación si sería mayor porque estariamos intercambiando calor con un medio a 3K. ¿Cojeo en algo?

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  6. Llevas más razón que un santo, Alf. A ver si te prestan oídos en jolibud...

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  7. Recuerdo la clásica escena de 2001 en la que el protagonista "salta" del módulo a la nave y, claro, no se congela.
    También un tebeo en el que se veía un astronauta cadáver descompuesto en su escafandra: siempre me pregunto si tal cosa podría ocurrir en el espacio (el traje había perdido estanqueidad; el visor de la escafandra roto, etc.)

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  8. Hace un tiempo vi una web que calculaba el tiempo que podrías estar en el espacio sin traje, basandose en las respuestas a algunas preguntas. Si os interesa:

    http://www.oneplusyou.com/q/v/space_vacuum

    Saludos

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  9. Hay por ahi un caso de un cosmonauta ruso que se expuso al vacio del espacio creo que unos 20 segundos y sobrevivío aunque con secuelas.

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  10. Excelente artículo, como siempre.

    Algo que me intriga es ¿por qué hay 3 K si no hay materia?. ¿Se refiere a los poquísimos átomos que circundan? ¿O que hay una radiación equivalente de materia a 3 K?

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  11. Hola, en primer lugar felicitarte por tu blog, desde que lo descubrí, no hace demasiado, estoy entusiasmado con él, y he leido bastantes.

    Un par de discrepancias contigo.
    1. La pérdida de calor por radiación es totalmente independiente del entorno.
    No entiendo muy bien que quieres decir con esto. ¿Que da igual como te vistas? ¿que da igual si estas cercano a otro cuerpo radiante? que, en definitiva ¿da igual la temperatura de tu entorno? No creo que esto sea así, al fin y al cabo irradias tan eficientemente como absorbes.Si tu entorno esta a la misma temperatura que tú no te puedes enfriar por radiación. O no irradias, o si prefieres verlo así irradias y recibes lo mismo y el total irradiado es cero.

    2. De hecho, es preferible permitir que nuestros pulmones se vacíen (aunque así aguantemos menos sin respirar) ya que la presión del aire interior podría dañarlos de forma muy grave.
    Creo que no, de hecho es contradictorio con lo que dices en tu parrafo anterior con eso de que nuestro cuerpo mantiene la presion interior. Si tratas de retener todo el aire que puedas en los pulmones (cosa por otro lado que no creo que sea facil, pues tendería a salir por la nariz, que tapariamos con una mano y con la otra deberiamos intentar no perder aire por la boca, probad a empujar el aire con la boca cerrada seguro que se os escapa alguna pedorreta de vez en cuando)la situacion no cambiaría mucho la pleura, las costillas, los musculos, la grasa y la piel se opondrían a l expansión del aire y la presión no variaría mucho dentro de los pulmones y estos no notarian inmediatamente el cambio.
    Por el contrario si expulsamos todo el aire (bastaría con abrir la boca, que el aire ya iria a otro sitio) los capilares de nuestros pulmones empezarian a soltar sangre, se descomprimirian y las microburbujas de gases crecerian, se reventarian los capilares, y creo que empezaría a circular burbujas de gases por nuestro sistema circulatorio causando embolias en distintos organos.
    Asi que no creo que sea buena idea soltar el aire. Además parece lógico, que si es dificil luchar contra el vacio exterior, peor es luchar contra el vacio exterior por fuera y por dentro.

    Por último en la pelicula desafio total al final se rompen las cúpulas y se ven los efectos del vacio, creo recordar que no estba mal hehco, aunque hace mucho que no la veo.

    Saludos a todos

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  12. creo recordar que lei en otra web que la diferencia entre una presion de una atmosfera y cero atmosferas, que es la que se da en el frio vacio del espacio, seria el equivalente de subir a lo bestia desde 9 metros bajo el agua a 10 metros.

    no hay que ser buceador profesional para estar 10 metros bajo el agua, y aunque la diferencia de presion puede dar un petardeo interesante, ni por asomo es tan grave como pintan las peliculas.

    no recuerdo la pagina, y no se su veracidad...pero yo dejo el dato.

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  13. El artículo está muy bien pero con un matiz. La evaporación no es un mecanismo de transmisión del calor como los otros tres que mencionas sino un proceso que consume calor (endotérmico, para los amigos. Ocurre que la evaporación del sudor es el mecanismo orgánico del refrigeración del cuerpo humano. El cuerpo humano puede perder calor por los cuatro priocesos, pero no puede ganarlo por evaporación.

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  14. Creo recordar que una situación parecida se daba en la peli Armaggedon, cuando salían de la nave rusa.

    No exactamente. Lo que ocurría en esa peli, era que había una sección de la estación que estaba congelada (lo que no recuerdo es por qué).

    Quiero señalar dos pequeñas erratas

    Corregidas :-)

    En la tierra se suele tomar una temperatura del cielo de 230K (si esta despejado) para el intercambio radiante, entonces, en el espacio la radiación si sería mayor porque estariamos intercambiando calor con un medio a 3K. ¿Cojeo en algo?

    No, no cojeas. Una cosa es el calor que perdemos por radiación, y otra el que ganamos por radiación del entorno. Como dices (y también lo comento en el artículo), el intercambio neto de calor varía con el entorno.

    Pero quería hacer énfasis en la pérdida (sólo pérdida) debida exclusivamente a nuestra radiación. Esa cantidad depende únicamente de nuestra propia temperatura (cuanta mayor sea, más calor irradiaremos).

    También un tebeo en el que se veía un astronauta cadáver descompuesto en su escafandra: siempre me pregunto si tal cosa podría ocurrir en el espacio (el traje había perdido estanqueidad; el visor de la escafandra roto, etc.)

    Mmm... parte de la descomposición se debe a la acción de bacterias, pero no toda. Parte del proceso se debe a procesos químicos en el cuerpo. Así que sería posible, salvo que tendría que ser algo diferente.

    ¿Algún médico forense en la sala?

    Algo que me intriga es ¿por qué hay 3 K si no hay materia?. ¿Se refiere a los poquísimos átomos que circundan? ¿O que hay una radiación equivalente de materia a 3 K?

    No estoy seguro, pero me inclino más por lo de la radiación.

    en definitiva ¿da igual la temperatura de tu entorno?

    Te contesto lo mismo que a Alberto. Ya comenté en el artículo que también ganamos calor por la radiación del entorno. Pero la idea era hacer énfasis en que en el vacío, da igual que la temperatura sea casi de cero absoluto. No se produce una pérdida de calor enorme por ello. No es como si, por ejemplo, nos sumergiéramos en nitrógeno líquido.

    De hecho, es preferible permitir que nuestros pulmones se vacíen (...)
    Creo que no, de hecho es contradictorio con lo que dices en tu parrafo anterior con eso de que nuestro cuerpo mantiene la presion interior.


    No sé. Me haces dudar. No soy un experto en los efectos de la exposición al vacío, pero recuerdo haber leído sobre el tema de contener la respiración.

    En la Wikipedia ponen dos referencias a este punto en concreto. Una es un libro que me imagino que ninguno de por aquí tendrá para sacarnos de dudas. Pero la otra se puede leer on line:

    http://www.sff.net/people/Geoffrey.Landis/vacuum.html

    Menciona que el contener la respiración produce graves daños en los pulmones, aunque parece que se refiere más al hecho de la descompresión explosiva, que a la mera exposición.

    La evaporación no es un mecanismo de transmisión del calor como los otros tres que mencionas sino un proceso que consume calor

    Sí, tienes razón. No es exactamente una transferencia a otro cuerpo.

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  15. El problema con los pulmones es la descompresi�n. Una vez en el vacio ser�a mejor tenerlos llenos, pero durante una descompresi�n explosiva ser� mortal tenerlos llenos.

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  16. Te contradices. Si estamos hablando del espacio vacío, y por tanto la temperatura del cuerpo no es relevante para transmitir el calor, entonces el espacio tampoco puede tener temperatura, ya que está vacío.
    Además, lo de que la temperatura del espacio es de unos 3k tampoco es cierto, esa es la temperatura del fondo cósmico de radiación, y ni siquiera eso, en realidad es la temperatura a la que debe estar un cuerpo negro para que emita un espectro de radiación igual al del fondo cósmico.

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  17. Hola, no soy muy de realizar comentarios pero este post me ha recordado a uno de CPI (blog imprescindible que seguro que ya conocereis)
    Sigue así con el blog!!!

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  18. Hola, esta situación también se da en un capítulo de Farescape, el 12 de la segunda temporada, creo.
    Pensaba que era una tomadura de pelo impresionante pero tenía mis dudas, ahora resulta que no es tan increible, gracias

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  19. Saludos!.

    Esto me ha recordado que en otra película, "Titán A.E.", de dibujos animados y algo infantiloide pero que presumia de buena ciencia aparte de las fumadas necesarias de turno, ocurre un caso parecido. Uno de los personajes que saltan al vacío le dice al otro que vacie sus pulmones antes abandonar la nave. El breve lapso de tiempo al vacío les produce también otras secuelas como congelación que tratan con medicamentos futuristas y demás.

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  20. En "Horizonte Final" hay una secuencia parecida en la que le dicen al protagonista, que está a punto de ser expulsado al espacio, que exhale todo el aire de sus pulmones.
    Cuando le recoge Laurece Fishburne a los pocos segundos (no está más de un minuto expuesto al vacio) el pobre hombre parece tener algunos vasos capilares reventados y si no recuerdo mal sangraba por ojos y oidos.
    ¿Seria esta una representación más fiel de la exposición al vacío o las heridas están exageradas para dar más dramatismo?

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  21. Recuerdo que en la novela "Claro de Tierra" de Arthur Clarke los pasajeros de una nave espacial sinestrada tenían que pasar a otra flotando por el espacio unos segundos sin traje espacial, y que una de las directivas que les daban era que soltaran todo el aire antes de salir. Y si lo dice Clarke, debe ser así...

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