Búsqueda

jueves, octubre 09, 2008

SG-1: Cielo Rojo

Carátula del pack DVD de la quinta temporada de la serie

Hoy volvemos a la serie «Stargate: SG-1», con un episodio del que se pueden comentar varias cosas, todas ellas derivadas del elemento principal de la trama. El episodio en cuestión se titula «Cielo Rojo» (quinta temporada). En él, nuestros amigos llegan a un planeta de forma un poco accidentada, ya que la Mayor Carter tuvo que hacer algún apaño con el Stargate, al marcar las coordenadas. El planeta está habitado (por una cultura que adora a los Asgards), y al poco rato de llegar, el sol se vuelve rojo. Esto supone un terrible problema, ya que al recibir únicamente luz roja, las plantas no realizan la fotosíntesis, y por tanto, no se genera oxígeno (que obviamente es consumido por todos los seres vivos). Esto produciría con el tiempo, la muerte de toda la vida del planeta. La Mayor Carter teoriza que el sol se ha contaminado accidentalmente con plutonio (tiene que ver con el funcionamiento del Stargate y el apaño que hizo, pero eso no viene ahora al caso), y tras un rato, deduce que podrían arreglarlo si transportaran al mismo, algún elemento superpesado estable, con peso atómico superior a 200. Pero dichos elementos no existen en la naturaleza, y recurren a un científico (de la Tierra) que había sintetizado durante 5 años, justo lo que necesitaban.

De momento lo dejaremos aquí, ya que con esta trama tenemos tres temas diferentes donde encontrar mala ciencia: biología, astrofísica y química.

Comencemos por el problema de la luz. Bueno, como todos recordaréis, en el cole nos enseñaron que la fotosíntesis es un proceso mediante el que las plantas absorben luz y transforman materia inorgánica en orgánica, desprendiendo oxígeno (hay otros tipos de fotosíntesis, pero ésta es la que nos interesa). Ciertamente, sin la fotosistesis, la vida tal y como la conocemos es imposible. Por un lado, las plantas son el suministro de oxígeno necesario para la vida. Por otro, son el pilar sobre el que se apoya toda la cadena alimenticia, ya que son los únicos seres vivos que no se alimentan de otros.

En el episodio se establece que con luz roja no se produce fotosíntesis. Pero eso no es cierto, ya que la clorofila absorbe tanto luz azulada como rojiza. De hecho, es verde porque refleja la luz verde y absorbe el resto. Así que la fotosíntesis de las plantas no se detendría por el cambio de luz. Podemos pensar, no obstante, que al recibir menos cantidad de energía luminosa (hemos perdido la parte azul del espectro), se produciría menos oxígeno, y que sería igualmente devastador para el ecosistema, y tal vez letal para la especie humana. En cualquier caso, me gustaría elogiar la imaginación de los guionistas por evitar el tópico de la estrella inestable que va a explotar, y proponer un efecto más sutil, pero igualmente destructivo para la vida.

Vayamos ahora con el cambio de color de la estrella. En el episodio, la estrella tarda unos minutos en volverse roja, sin variar su tamaño. La causa: una «contaminación» con plutonio (Carter lo llama «envenenamiento con plutonio»). Veamos, el color de una estrella depende de la temperatura de su superficie. De hecho, los astrónomos calculan la temperatura superficial de las estrellas en función del espectro de la luz que emiten (su color, para entendernos), y han creado un sistema de clasificación estelar basado en él. Según este sistema, las estrellas se clasifican en uno de estos tipos, de mayor a menor temperatura: O (azul), B (blanco azulado), A (blanco), F (blanco amarillento), G (amarillo), K (naranja) y M (rojo). Como veis, las estrellas rojas están en la cola de la clasificación, y son las estrellas más frías.

Fotograma del episodio, que muestra un paisaje con iluminación rojiza

¿De qué depende la temperatura superficial (y por tanto, el color) de una estrella? En estrellas de la secuencia principal (etapa en la que las estrellas pasan la mayor parte de su vida), básicamente depende de su masa. Como comenté hace poco (en un envío dedicado también a esta serie), una estrella se mantiene en equilibrio debido a la acción de dos fuerzas opuestas: su gravedad y la expansión producida por las reacciones nucleares. Parece fácil ver que cuanta más masa tenga una estrella, mayor será su gravedad, y por tanto, para mantenerse en equilibrio, mayor será la fuerza de expansión, debido a una mayor «combustión» del hidrógeno de su interior, y más energía liberará. Es decir, cuanto mayor sea la mása, más caliente será la estrella. Además, la densisdad de estas estrellas no varía demasiado entre ellas, por lo que a más masa, más tamaño.

Esto trae como consecuencia algo curioso, que al principio parece ir en contra de la intuición: cuanto más grande sea la estrella, más corta será su vida. En efecto, aunque uno puede pensar que si una estrella tiene más hidrógeno que otra, debería «durar» más, la que tiene más masa consume su hidrógeno a un ritmo mucho mayor. Esto hace que las estrellas de la secuencia principal, cuanto más calientes, más efímeras. Puesto que las estrellas rojas son las más frías, son las más longevas, así como las más pequeñas (y también las más tenues). Por ello, se las llama enanas rojas. Estas estrellas son más pequeñas y con menos masa que nuestro sol.

Las enanas rojas no son las únicas estrellas rojas. En varias ocasiones he comentado que a medida que una estrella de la secuencia principal agota su hidrógeno, se expande hasta formar una gigante roja. Sin entrar en detalles, lo que ocurre es que el núcleo se comprime, y por tanto se calienta. Esto inicia nuevas reacciones nucleares que aumentan la fuerza expansiva de la estrella, rompiendo su equilibrio. Así la estrella se hincha, hasta encontrar un nuevo punto de equilibrio. Aunque se produce más energía, al aumentar tanto el tamaño de la estrella, el calor generado debe repartirse por más volumen, estando además la corteza más separada del nucleo, lo que hace que la temperatura superficial disminuya.

Volviendo al episodio, hemos de suponer que la estrella del planeta que visita el SG-1 es amarilla, como nuestro sol. La temperatura superficial de las estrellas de tipo G (amarillas) se encuentra entre los 5.000 y 6.000 K, y las de tipo M (rojas) entre 2.000 y 3.500 K. Es decir, la superficie de la estrella tendría que haberse enfriado algunos miles de kelvins, sin cambiar de tamaño. Y eso es imposible. Un cambio de temperatura implica una alteración del equilibrio de la estrella, y por tanto, implica un cambio en el tamaño de la estrella. Ya no hablemos de si un poco de plutonio puede provocar un cambio tan radical en una estrella, y que además ocurra en pocos minutos.

Veamos ahora la solución que propone Carter: depositar en el interior de la estrella un elemento más pesado y estable. Concretamente, uno de peso atómico superior a 200, álgo que, según ella, no ocurre en la naturaleza, y sería necesario sintetizarlo en aceleradores de partículas. Pues va a ser que no. Existen elementos de peso atómico superior a 200 en la naturaleza, como el plomo, el bismuto, o el radón. El propio plutonio tiene un peso atómico superior.

Fotograma del episodio, que muestra a la Mayor Carter hablando con dos manzanas en las manos

Es posible que lo que los guionistas hayan confundido el concepto de peso o mása atómica, con el de número atómico. En el colegio nos enseñaron que el número atómico de un elemento, es el número de protones de su núcleo. Este número es el que define a un elemento, y lo diferencia de otro. Por otro lado, la masa atómica de un elemento, es la masa de un átomo, expresado normalmente en unidades de masa atómica (u), que corresponde a la duodécima parte de la masa de un átomo de carbono-12 (el isótopo más común del carbono). Un átomo de carbono-12 tiene un núcleo formado por 6 protones y 6 neutrones, y una corteza de 6 electrones. La masa de un protón es muy similar a la de un neutrón, y ambas son muy superiores a la de un electrón. Por tanto, la masa atómica corresponde aproximadamente con el número total de protones y neutrones de un átomo. Hay que añadir que los elementos pueden tener distintos isótopos. Recordando nuevamente las lecciones de química del colegio, los diferentes isótopos de un mismo elemento, tienen distinto número de neutrones en el núcleo (el número de protones es siempre el mismo, o estaríamos hablando de otro elemento), por lo que obviamente, tienen distinta masa. Así, cuando se habla de la masa atómica de un elemento, sin especificar un isótopo en concreto, uno se refiere a la media de las masas atómicas de sus isótopos, ponderada según su abundancia en la naturaleza.

Pero si querían referirse a alún elemento con número atómico superior a 200, tenemos otro problema. Sí, es cierto que tales elemento no existen en la naturaleza, y que podrían sintetizarse en un acelerador de partículas. De hecho, el plutonio, con número atómico de 94, es el último elemento de la tabla periódica que aparece en la naturaleza. De ahí en adelante, todos son sintéticos. El problema es que el motivo por el que dichos elementos no aparecen en la naturaleza, es que son inestables. Su vida media es demasiado corta (en ocasiones, de segundos o menos), y se desintegran rápidamente, transmutándose en otros elementos más ligeros. De algunos de ellos, ni siquiera se conoce su apariencia o propiedades químicas, ya que al sintetizarse en aceleradores de partículas, sólo se han obtenido átomos contados. Además, el último elemento sintetizado (ununoctio) tiene número atómico de 118, habiéndonos saltado el 117 (ununseptio), aún por sintetizar/descubrir. El salto hasta el 200 (habría que llamarlo «binilnilio») es brutal, y la experiencia previa indica que sería también inestable.

Otro detalle importante es que no hay aparentemente ninguna razón para que Carter se decante por el 200. La tabla periódica de los elementos, se llama así, porque determinadas propiedades aparecen periódicamente a medida que avanzamos por la tabla. Los elementos de una misma columna comparten características. Por ejemplo, todos los elementos de la columna VIII-A (grupo 18 o gases nobles), son gases y químicamente inertes. El razonamiento de que a partir de determinado número atómico, los elementos van a tener determinadas propiedades (arreglar el envenenamiento por plutonio), va en contra de este concepto.

18 comentarios:

  1. Bueno, si tenemos un átomo con un número atómico muuuuuucho mayor que 200, la gravedad haría que aumentase su estabilidad.

    De modo que lo que se puede hacer es lanzar una estrella de neutrones contra el sol de ese planeta, y listos :D

    Aunque ahora que lo pienso, la supernova subsiguiente no creo que sea lo que más les convenga a esas personas, pero eso sí, puede que el envenenamiento por plutonio se solucione…

    Jajaja, muy buena entrada, Alf, como es usual ;)

    Saludos!

    ResponderEliminar
  2. Hace poco que conozco este Blog, al cual llegue por una serie de casualidades,(los hiperenlaces, y de click en click puedes aparecer en cualquier sitio del Ciberespacio, eso si que son verdaderos pliegues Espacio-Tiempo xDDD ) de eso ya hace unos días, y me he estando leyendo las entradas antiguas, algún día terminare todas xDDDD

    Esta nueva entrada, es muy buena, sobretodo a los amantes de la ciencia-ficcion televisiva, los cuales queremos saber hasta que punto es posible lo que en ellas nos cuentan. En ese punto, yo soy muy escéptico con todo lo que muestran, pero como enganchan xDD

    Por lo tanto , reitero mis felicidades por el Blog, una lectura muy amena y sencilla para explicar teorías no tan sencillas, ya me hubiera gustado que en la antigua EGB (uno ya tiene sus años xDD ) se explicase la Física y Química de manera tan amena

    Saludos de un nuevo lector desde Asturias

    PD: Ya que se ha estrenado la 4ª temporada de la nueva Galáctica, (de la que soy fiel seguidor), algún nuevo envío de ella, estaría bien ^^

    ResponderEliminar
  3. Tengo entendido que la teoría nuclear predice la existencia de una "isla de establilidad" en donde los elementos superpesados son estables (http://en.wikipedia.org/wiki/Island_of_stability).

    Quizá los guionistas se refieran a algún elemento de estos que se haya conseguido sintetizar en la Tierra en el universo de Stargate.

    ResponderEliminar
  4. Aquí hay un artículo en castellano sobre la isla de estabilidad. Parece que dicha isla se situaría en los núcleos con aproximadamente 114 protones y unos 184 neutrones. Ahora ya están teorizando sobre otra isla de estabilidad situada hacia el elemento con número atómico 164.

    ResponderEliminar
  5. El artículo:
    http://neofronteras.com/?p=1153

    ResponderEliminar
  6. No me canso de leer tus articulos, aunque a veces te pasas de quisquilloso xD. no, en serio sigue siendo asi

    ResponderEliminar
  7. joder de verdad q me flipa este blog.Que manera de aprender curiosidades,lo que mas me gusta es la manera de destripar las peliculas,muchas de ellas cutres.Gracias a este blog e visto peliculas de hace mucho tiempo que me an gustado,como pitch black o horizonte final,lo mejor es q al verlas me acuerdo de los fallos aqui dicho,un saludo alf y nunca pares de deleitarnos

    ResponderEliminar
  8. Muy bien como de costumbre.

    Una cosa. ¿se puede producir fotosintesis con luz roja? En tu entrada dices que sí, pero a menor ritmo.

    Yo no lo se (a ver si alguien me saca de dudas), pero no lo tengo tan claro. En la fotosintesis se arranca un electrón que pasa a la cadena de electrones ...

    Pero mi duda es si el fotón rojo (menos energetico) es capaz de arrancar el electrón o sólo son capaces los electrones con energías por encima del verde. Todo esto lo pense por asociación con el efecto fotoelectrico, donde no es un problema de cantidad, sino de calidad y solo los fotones mas energéticos (azules y ultravioletas) son capaces de arrancar electrones, por muy intensa que sea una luz verde, o roja, mientras no tenga un solo foton azul, no arrancaría ni un solo electrón, aunque se estuviese achicarando con tanta luz roja.

    Una última especulación, las hojas son verdes (ya los se: porque tienen clorofila, pero no es eso) porque absorben el azul y más para la fotosintesis, y el rojo y menos por otros motivos (tal vez estar más calidas), aunque hay plantas con hojas rojas, pero no se de plantas con hojas azules.

    Sólo son hipótesis, a ver si alguien que sepa de verdad nos lo alcara.

    ResponderEliminar
  9. Si nos ponemos quisquillosos, las plantas no son los únicos seres vivos que se pueden alimentar de materia inerte, ya que existen multitud de bacterias fotosintéticas y algas que, técnicamente, no son plantas, y dado que en el mar hay muchas tanto de unas como de otras, y el mar es muy grande, tienen un efecto no despreciable sobre el ciclo de la vida. Vale que éstas también se verían afectadas por el supuesto efecto del enfriamiento de la luz, pero no así con las bacterias quimiosintéticas, como las que existen en las fumarolas submarinas, o en algunas cuevas de las entrañas del planeta, así que la explicación no sería del todo completa. El artículo genial como siempre.

    ResponderEliminar
  10. Una cosa. ¿se puede producir fotosintesis con luz roja? En tu entrada dices que sí, pero a menor ritmo.

    En la entrada de la Wikipedia para clorofila dicen que sí absorbe luz roja. Incluso hay una gráfica.

    También se dice lo mismo en una página de la Universidad Nacional de Córdoba (la de Argentina). Y también tienen una gráfica muy completa.


    Si nos ponemos quisquillosos, las plantas no son los únicos seres vivos que se pueden alimentar de materia inerte, ya que existen multitud de bacterias fotosintéticas y algas que, técnicamente, no son plantas

    ¡Ay! Dichosos seres microscópicos, que siempre son la excepción para todo :-)

    Lo de las algas no lo sabía. ¿Hay algas que no son plantas? ¿Qué es lo que las hace ser "no-plantas"? ¿O es que técnicamente, el término "planta" se refiere sólo a las terrestres?

    ResponderEliminar
  11. Sacado de la definición de plantae de la Wikipedia:

    En su circunscripción más usual (en la clasificación de 5 reinos de Whittaker, 1969[1] ), las cianobacterias, los hongos y las algas más simples fueron reagrupados en otros Reinos. En esta clasificación, el Reino Plantae se refiere a los organismos multicelulares con células de tipo eucariota y con pared celular (lo que algunos llaman célula vegetal, definida como el tipo de célula de los vegetales), organizadas de forma que las células posean al menos cierto grado de especialización funcional.

    Muchas algas no tienen esta especialización, así que en este sentido no serían plantas. Aunque el término no está libre de toda ambigüedad, y de hecho, también según la wiki:

    En su circunscripción más amplia [...] incluye [...] cianobacterias, hongos, algas y plantas terrestres.

    Y como yo me resisto a calificar a primeros y segundos como tales, pues prefiero la primera. Aún así alga es un grupo poliflético y no de parentesco, así que dentro de él hay tanto plantas como agrupaciones de cianobacterias no especializadas, o procariotas unicelulares.

    De todas formas no soy un experto así que no puedo aclarar tus dudas mucho más.

    ResponderEliminar
  12. Cuando yo lo estudié (hace 4 años), se hacía la clasificación de algas como algo aparte de las plantas. Las algas eran en realidad agrupaciones de células que se organizan, pero sin formar verdaderos tejidos. Pero Susmel lo explica muy bien.

    Y en cuanto a la fotosíntesis, se utiliza luz de 680 nm en el fotosistema II, y luz de 700 nm en el fotosistema I, de modo que la ausencia de luz ultravioleta tal vez no supusiera muchos problemas…

    ResponderEliminar
  13. Hola Alf.
    Acabo de recalar en tu blog de forma casual y he de decirte que hacia tiempo que no veía algo tan bueno.
    Para los que solo somos "aficionadillos" a la ciencia como yo, es un placer leer como lo explicas todo de forma amena, con ejemplos y sin lenguaje excesivamente técnico.
    Además yo también soy de los que siempren buscan fallos en las películas, así que me he sentido muy identificado.

    Te visitaré a menudo amiguete.

    Por cierto. Ya sé que no tiene nada que ver con la ciencia (¿o tal vez si?), pero t dejo la dirección de mi blog de cocina, por si te gusta meterte en harina, o simplemente por echarte unas risas.

    www.conlasmanosenlagrasa.blogspot.com

    Un abrazo y enhorabuena por este blog genial.

    ResponderEliminar
  14. Hola,

    Precisamente yo hice mi tesis doctoral sobre este tema que nos preocupa de la luz roja y azul, y además en algas microscópicas, con las que luego he seguido trabajando 15 años en el CSIC y en Alemania.

    Vayamos con lo de las algas: las algas son un grupo taxonómico polifilético y además muy variado. Hoy en día no se crearía un grupo así pero desde la antiguedad se ha conservado por razones prácticas. Las algas incluyen bacterias, plantas no muy diferentes a las terrestres y cosas parecidas a los hongos, e incluso protozoos. Son un conjunto de seres que reúnen ciertas características. Sería parecido al término "bicho", que tampoco define un taxón con términos modernos.

    En segundo lugar, la fotosíntesis en la Tierra se realiza con luz roja 8principalmente) y luego también naranja, amarilla, verde-azulada, azul y violeta. La clorofila de los centros de reacción de los dos fotosistemas absorbe el rojo (680 y 700 nm respectivamente, como s eha dicho ya, ambas rojas), pero es que además las plantas y el resto de seres fotosintéticos tienen pigmentos que sirven de "antena" para captar toda la luz posible y transmitir la energía a los centros de reacción, donde se arrancan esos electrones d elos que se hablaba. Los electrones sólo se arrancan en el fotosistema 2 (que absorbe luz de 680 nm, roja como el demonio).

    Una vez aclarado esto, diré que no obstante tienen razón en la serie, aunque no tengan ni puñetera idea y hayan acertado por casualidad.

    Aparte de la luz roja, la clorofila, los pigmentos antena y la fotosíntesis pura y dura (arrancar electrones al agua y generar energía redox para utilizar n el metabolismo biosintético), existen los sistemas reguladores, de activación e inactivación, de señal para iniciar biosíntesis o para inhibirla, de señal para promover degradación o para detenrla, etc. Y todo esto a su vez está muy interconectado. Es decir, tenemos una serie de interruptores celulares que se encienden o se apagan y eso ocasiona que las plantas fotosinteticen durante el día y por la noche se pongan el chip para "saber" respirar, o para los cambios estacionales, el desarrollo embrionario, adaptars a cosas como el exceso de luz o de sal en un momento determinado, enquistarse en otro, etc, etc, etc.

    ¿Y cómo funcionan esos interruptores? Pues muchos de ellos por la luz. Y son fundamentales, sin ellos la planta no sabe vivir y se muere o entra en crisis. Y esa luz la captan con unos sistemas de fotorreceptores al margen de la clorofila y la fotosíntesis. Tenemos el criptocromo, que evalúa la proporción entre luz roja y roja lejana que le llega (y así sabe si amanece, está al medio día o anochece); el criptocromo o fotorreceptor(es) de luz azul, que es con el que yo trabajé en mi tesis, que indica a la planta de dónde le llega la luz, con qué intensidad, y sirve para muchísimas cosas, por ejemplo abrir y cerrar canales iónicos, activar y desactivar enzimas importantísimas para el metabolismo, o en el caso de hongos qu también lo tienen), indica al esporangióforo cómo salir hacia arriba de la hojarasca sin tener que empujar medio Kg de hojas desde donde está para llegar arriba, y muchos ekjemplos más. Hay fotorreceptopres d eluz verde, amarilla, naranja... Y todos sn necesarios. así que las plantas y otros organismos terrestres que utilizan la luz (es decir, casi todsos) no somos capaces de vivir con luz monocromática roja, aunque esta sea la que mejor le va a la fotosíntesis.

    Una última cosa: la luz UV también la recibe el fotorreceptor de luz azul. Es capaz de activar y desactivar "cosas", y es necesaria para la vida, no solo para ponerse morenos. El experimento Biosfera II falló, entre otras cosas, porque el vidrio y todos los materiales transparentes excepto unos carísimos (cuarzo puro, cristal de sílice puro y perfectamente construido para espectrofotómetros y sistemas ópticos de precisión, etc) son opacos a la luz UV, incluso a la UVA, que es la que es necesaria.

    Perdón por extenderme

    ResponderEliminar
  15. Perdón por las erratas. Escribí muy rápido y lo hice fatal, espero que se entienda todo.

    Quería corregir una cosa: el fotorreceptor de luz roja/roja lejana es el fitocromo; puse criptocromo y luego volví a asignar este nombre al de luz azul, que es el que efectivamente se llama así.

    ResponderEliminar
  16. Excelente explicación, hari, me ha quedado todo muy claro, muchas gracias!

    Saludos!

    ResponderEliminar
  17. Lo mismo digo, Hari. Muchas gracias.

    ResponderEliminar