Missió a Mart Document per al professorat Missió a Mart és un recurs educatiu que ha sorgit com a resultat del taller ‘Tecnologia a l’espai’ del projecte TalentLab, del CSIC, que va tenir lloc el 30 de gener de 2013, en el qual va participar professorat de diferents centres educatius, personal investigador de l’Institut de Ciències de l’Espai (CSIC, IEEC) i altres perfils professionals relacionats amb la temàtica. De la proposta original que es va escollir al taller fins al producte final, el recurs educatiu ha patit algunes modificacions per adaptar‐lo a la realitat, tant pel que fa als recursos econòmics com pel que fa als aspectes curriculars. En efecte, la proposta de crear una aplicació interactiva per a tauletes digitals per simular les diferents fases d’una missió espacial a Mart, que havia d’anar dirigida al darrer cicle de primària, ha passat a ser un joc a internet, amb la mateixa finalitat de simular un viatge interplanetari al planeta vermell dirigit, però, a l’alumnat de Batxillerat. S’ha considerat que aquest nivell educatiu permet incorporar la possibilitat de fer càlculs i, doncs, permetia fer més ‘real’ la missió, combinant l’aprenentatge amb el caràcter lúdic, i, alhora, afavorir l’aplicació dels coneixements apresos a l’aula i la cerca d’informació. D’altra banda, per emular les missions científiques internacionals, la llengua del joc és l’anglès. Aquesta pot ser una manera d’exercitar l’alumnat en l’ús d’aquesta llengua més enllà de l’àmbit lingüístic. El joc està pensat per a desenvolupar‐se durant una hora lectiva a l’aula, tot i que es pot ampliar la dedicació amb la realització de petites activitats prèvies o posteriors. Cada fase de la missió (enlairement, viatge interplanetari i aterratge) combina la realització de càlculs, la cerca de dades, així com la presa d’algunes decisions. En aquest document us oferim algunes informacions sobre les variables de partida que s’han tingut en compte a l’hora de fer els càlculs, així com breus indicacions per ampliar els continguts sobre els temes que es van plantejant, i la proposta de nous reptes per a continuar treballant.
1
Fase 1. Enlairement
En la primera fase de la missió l’alumnat haurà de decidir el coet amb el que sortiran de l’atmosfera terrestre, escollir la dieta per a la missió espacial i calcular la velocitat d’escapament per arribar a l’òrbita de la Estació Espacial internacional, situada a 400 km de la Terra. 1.1 Selecció del coet Es tracta d’una activitat introductòria que pretén familiaritzar l’alumnat amb la idea que la missió requereix tres naus diferents per a completar tot el viatge. En aquest cas, haurà d’identificar el vehicle d’enlairement a partir de tres vehicles ‘tipus’ corresponents a cada una de les fase de la missió. 1.1.1 Tipologia de coets
Els vehicles espacials que es podrien utilizar per portar a terme el viatge interplanetari tripulat a Mart són variats i poden utilizar diferents sistemes de propulsió (química, nuclear, elèctrica, iónica i sistemes híbrids). A grans trets, podem distinguir tres tipus de vehicles en funció de la fase de la missió: enlairement, viatge interplanetari i aterratge. Enlairament: Vehicle espacial utilitzat per portar una càrrega útil de la superfície de la Terra a l'espai exterior. Com a exemples coneguts de coets de llançament hi ha Soyuz, Falcon 9, Saturn V o l’Ariane. Els coets de llançament inclouen els següents elements bàsics: • sistema de propulsió (líquid o sòlid) que proporcioni l'impuls per aconseguir l'òrbita • elements estructurals per contenir els tancs de combustible i la càrrega útil i mantenir les càrregues (quasi‐estàtic, dinàmic, tèrmic, acústic i xoc) durant la missió • sistemes de guiatge, navegació i control per seguir una trajectòria establerta • i diversos subsistemes elèctrics.
2
3
Ariane 5 G mostrant els diferents elements. Font: ESA
Viatge interplanetari: Vehicle de transferència orbital (OTV) és una nau espacial dissenyada per transportar càrrega, combustible o persones entre les òrbites, per exemple, d’una òrbita terrestre baixa a una de mitjana o alta, o fins i tot cap a Mart, utilitzant combustible enviat des de la Terra. Aquest tipus de nau espacial mai toca la superfície planetària. Com a exemples coneguts d’aquests vehicles de transferència orbital trobem el Copernicus, el VASIMR. Aterratge: el vehicle de descens a Mart (MDV) és un mòdul acoblat en un vehicle espacial que en arribar a l’objetiu, s’alliberarà i servirà per efectuar l’aterratge vertical fins a posar‐se sobre la superficie de Mart. Els mòdul de descens pot ser o no tripulats. Com a exemples de mòduls de descens a Mart no tripulats, hi ha l'Spirit i l'Opportunity, que compten amb exploradors mòbils.
Imatge de la superfície de Mart mostrant els diferents ‘rovers’ i mòduls de descens. Font: Wikipedia
Propulsió Química: un vehicle basat en la combustió química podria portar éssers humans a Mart però planteja problemes pel que fa a la càrrega. Si seguís una trajectòria de mínima energia, només el viatge d’anada ja duraria uns 9 mesos (2 anys l’anada i la tornada, incloent el temps d'espera fins que la Terra i Mart es tornin a trobar en posicions relatives òptimes per a la tornada). Això implica que la nau espacial ha de ser prou gran per portar prou aire, aigua, aliments, peces de recanvi i altres subministraments per mantenir la tripulació durant tot aquest temps. Es calcula que la massa mínima d’una missió a Mart tripulada estaria al voltant de les 850 tonelades, amb el que això implica quant a cost econòmic. Es poden aprofitar altres tecnologies de propulsió (criogènica, nuclear, iònica) i recursos i propietats naturals per intentar reduir la càrrega inicial. Criogènica: una manera per reduir la càrrega de la nau és utilizar combustibles criogènics com l’hidrogen i l’oxigen en estat líquid ‐mantinguts a temperatures de i ‐253°C i ‐183°C, respectivament‐ els quals es barregen en la cambra de combustió dels motors principals proveint la combustió. Aquest tipus de sistema de propulsió és utilitzat especialmente en els coets de llançament o transbordadors espacials. Nuclear térmica: es basa en l’ús de reactors nuclears per accelerar una substància propelent (normalment hidrogen o metà). Els motors d’aquest tipus tenen un impuls específic major que el que s’aconsegueix amb els motors de combustible líquid, encara que els avantatges depenen molt del sistema concret. Elèctrica: es basa en motors iònics o de plasma que són molt eficients però requereixen una potència elèctrica que només es pot generar mitjançant un enorme conjunt de panells solars. Com a exemple, el VASIMR utilitza un motor d’ions de plasma, en principi de major rendiment, que podria reduir sensiblement la durada del viatge i la mida de la nau, que seria més lleugera i econòmica. Aerocaptura: la implantació de sistemes que aprofiten les forces de fregament en la atmosfera de Mart (i de la Terra, a la tornada) pot contribuir a reduir el cost energètic de l’aterratge. Ara bé, el fet que l’atmosfera de Mart sigui feble fa esperar que aquest sistema no sigui del tot eficient i calgui utilizar altres sistemes energètics complementaris. InSitu Resourse Utilization: una via per reduir la càrrega inicial de la nau és l’ús de les matèries primes marcianes per a sintetizar combustible, oxigen i aigua, necessaris per al manteniment de la vida, propulsió, construcció i energia d’una
4
tripulación desplegada, en aquest cas, a Mart. No obstant, fins ara la ISRU no ha aconseguit cap aplicació pràctica. 1.1.2 Temàtiques complementàries 5
Missió a Mart: deixalles espacials Les missions d’exploració espacial s’han preocupat poc o gens dels residus tecnològics que generaven i han abandonat a l’espai, i als astres explorats, la ferralla de naus i satèl·lits en desús, d’instruments utilitzats per a la reparació i muntatge, així com utensilis relacionats amb la vida espacial. El cas dels satèl·lits artificials que volten la Terra és especialment exagerat ja que el 95% són, de fet, deixalla. Ara, la qüestió comença a prendre certa rellevància, no tant per qüestions ètiques o de precaució ‐perquè s’especuli la possibilitat de col·lisió entre dos objectes, que amb certa malasort podria caure’ns al damunt‐, sinó perquè la saturació és tal que podria amençar el futur de les missions espacials.
El 95% dels satèl·lits que orbiten la Terra no són actius actualment.
Proposta d’activitat: Debat ‘Missió a Mart: deixalles espacials’ Us proposem que penseu en tots els residus que pot generar la vostra missió a Mart, siguin tecnològics o no. Després, discutiu amb els companys i companyes al voltant d’aquestes qüestions: què penseu dels residus espacials? Us sembla que l’objectiu científic compensa la generació de residus? O, al contrari, penseu que fins que no hi hagués un sistema de reciclatge més valdria no ‘embrutar’ l’espai? És possible posar‐se d’acord?
1.2 Elaboració de la dieta
L’alumnat ha de seleccionar els aliments que es pot endur a la missió a partir d’uns criteris bàsics i d’aquesta manera es pot fer una idea de la tipologia dels aliments i d’algunes problemàtiques associades a les condicions de microgravetat. 1.2.1 Microgravetat i deglució En sortir de l’atmosfera terrestre, la nau espacial, sigui a l’orbitar al voltant de la Terra sigui en emprendre el viatge, experimentarà un ambient de microgravetat que es manifesta perquè es redueixen considerablement els efectes de la gravetat i els objectes semblarà que surin. La nau espacial i tot el seu contingut estan en un estat de caiguda lliure. A nivell fisiològic, un dels primers interrogants que es plantejava era sobre la possibilitat real de deglutir aliments en un ambient de microgravetat. No se sabia si en el moment de la deglució, els aliments quedarien ‘flotant’ a l’esófag, la qual cosa provocaría la mort per asfixia de l’astronauta que ho intentés, ni tampoc com seria la digestió en un ambient ingràvid. Les primeres missions que van haver de fer front a la nutrició espacial tingueren lloc principis dels anys 1960.
Tub de l’època espacial soviètica que contenia una sopa russa: borscht. Autor: Aliazimi. Wikimedia Commons
En primer lloc, sembla que fou Gherman Titov, en la missió Vostok 1, el primer a ingerir aliments a l’espai l’agost de 1961. Un any més tard, John Glenn ho faria amb la missió Mercury i l’aliment que ingerí fou una compota de poma empaquetada dins d’un tub similar al de la pasta de dents. Aquests experiments van servir per comprobar que era possible ingerir aliments en condicions de microgravetat: es podia mastegar, beure, empassar i digerir. Des de llavors la recerca en nutrició espacial ha avançat molt quant a les qüestions de conservació, empaquetatge, varietat d’aliments i de gust. 1.2.2 Aliments espacials: empaquetatge i conservació Una missió espacial de llarga durada com és el viatge interplanetari a Mart ha de plantejar‐se obligatòriament el problema de com portar suficient aliment per a
6
tota la tripulació durant la travessa. D’una banda, caldrà garantir que els aliments es mantindran comestibles durant tot el viatge i que aquests proporcionaran els nutrients necessaris per evitar malalties per deficiència de vitamina, de calci, etc., en funció també de l’edat i la corpulencia de l’astronauta. D’altra banda, caldrà trobar sistemes d’empaquetatge dels aliment que redueixin al màxim la càrrega. A continuación mostren alguns dels principals criteris per a considerar que un aliment és adequat per al vol espacial: • Ha de ser capaç de mantenir força temps la temperatura ambient • no ha de pesar massa • no ha de fer molles • ha de poder ser preparat a la cuina (dispensador d’aigua, forn de convecció) • ha de ser fàcilment consumit en òrbita (textures humides i enganxoses per a què el menjar es pugui portar fàcilment a la boca) [Respostes]: Menjar Ous remenats (Rehidratable)
Àpats espacials x
Pa (forma natural)
Fajita (forma natural)
x
Maduixes (liofilitzats)
x
Suc de taronja (rehidratable)
x
Refrescos (beguda)
Carn de vedella amb bolets (irradiada)
x
7
Paella (forma natural)
*
Verdura al vapor (forma natural)
8
Brownie (forma natural)
x
Espaguetti a la bolonyesa (forma natural)
Pollastre amb salsa (termosestabilitzat)
x
Pomes (forma natural)
*
Albercocs (parcialment deshidratats)
x
Còctel de gambes (termostabilitzat)
x
Sal (dissolta en aigua)
x
Pebre (forma natural)
Cafè o tè (rehidratable)
x
*Tot i que s’han fet proves per portar aliment amb sabor a paella, aquí s’ha considerat en la seva forma natural. La idea és que una paella, o qualsevol plat culinari, tal i com els entenem no es podrà consumir a l’espai.
**La fruita fresca només es pot consumir els primers dies de l’estada.
Proposta d’activitat: Menú espacial del dia
Suposem que un astronauta de complexió mitja menja quasi un kilogram de menjar diari, que li ha de proporcionar un aport diari d’entre 2.000 i 2.500 calories. Sabent que la composició dels aliments ingerits ha de tenir, per a mantenir una dieta equilibrada, entre un 16 y 17% de proteïnes, un 30 y 32% de greixos i entre un 50 y 54% de carbohidrats, us proposem que prepareu el menu del dia (3 àpats) per a la tripulació a partir dels aliments espacials que heu escollit.
1.3 Posicionament en òrbita Es proposa que l’alumnat calculi la velocitat d’escapament del coet per aconseguir arribar a l’òrbita on es troba l’Estació Espacial Internacional, tot aplicant els coneixements de física adquirits a un exercici concret de Batxillerat que té interès per a la missió espacial. 1.3.1 Càlcul del posicionament en òrbita S’ha considerat que el llançament s’efectua des d’una posició inicial situada a 0km sobre la superficie de la Terra a una altura de 400km. Dades inicials:
Altura: 400 km Equacions:
Ve = √2·g·h [Resposta]: velocitat d’escapament: 2.801,42 m/s
Fase 2. Viatge interplanetari En la segona fase de la missió l’alumnat coneixerà els tipus de radiació als quals es trobarà exposat quan surti de l’atmosfera terrestre, calcularà el centre de masses entre la Terra i Mart i decidirà com gestionar els residus de la vida quotidiana a la nau espacial. 2.1 Radiació L’alumnat haurà de conèixer les fonts de radiació a l’espai amb les que es trobarà en el transcurs del viatge interplanetari a Mart i els efectes que aquestes poden tenir sobre la nau i la tripulació. Haurà
9
d’identificar el tipus de radiación que té efectes més greus i perjudicials per a la salut humana i la missió en general. 2.1.1 Fonts de la radiació En missions espacials de llarga durada, com un viatge interplanetari a Mart, cal tenir ben present que tant la nau com la tripulació, en abandonar l’atmosfera terrestre que ens protegeix de la radiació solar, es trobaran exposades als efectes produïts per la radiació de l’espai. Aquesta radiació, en general, prové de tres fonts principals: (i) Cinturons de radiació de Van Allen Radiació deguda a l'existència de magnetosfera al voltant de la Terra, en la qual queden atrapats protons i electrons altament energéticoas. El camp magnètic de la Terra atrapa la radiació provinent del Sol en forma de cinturons, denominades Van Allen (pel seu descobridor), i que poden representar perills per als satèl·lits GPS i de comunicacions. La vostra missió a Mart es veuria afectada per aquest tipus de radiació durant en el començament del seu viatge cap al planeta vermell, quan la nau passa per mitjà dels cinturons. (ii) Esdeveniments de protons solars i partícules energètiques solars L'erupció de particules per fenòmens que ocorren en la superfície del Sol poden alliberar una quantitat d'energia equivalent a un milió de bombes atòmiques, alliberant grans quantitats de fotons de gamma, rajos‐X, ultraviolats, així com d'altres rangs de l'espectre electromagnètic i protons i electrons energètics. Els primers, rajos X i rajos gamma, aconseguirien la Terra i Mart en uns minuts, i els seguiria una ràfega de partícules energètiques que arribarien al cap d'unes poques hores. Les erupcions més notables tenen lloc de manera habitual cada vàries setmanes pel que aquest tipus de radiació afectaria durant tota la missió a Mart. Aquestes partícules poden causar danys per radiació, interrupció dels circuits lògics i, fins i tot, perills per als astronautes. (iii) Raigs còsmics galàctics Radiació provinent de regions fora del sistema solar, originada en objectes com explosions de supernoves llunyanes. Es compon de partícules accelerades, que viatgen a una velocitat propera a de la llum. Produïda a partir de nuclis ionitzats altament energètics,
10
sobretot protons i partícules alfa. Una ràfega d'aquests rajos travessaria la cuirassa de la vostra nau i la pell dels tripulants. 2.2.2. Exposició a la radiació La missió tripulada per viatjar a Mart haurà de fer front a les altes dosis de radiació ionitzant poden malmetre els components electrònics, les cèl·lules solars i que són altament nocives per als humans. La perillositat de la radiació depèn no només de la seva energia i naturalesa (protons, rajos gamma, etc.) sinó també del temps d'exposició. Les unitats per mesurar la dosi de radiació absorbida que reben els astronautes en el curs d'una missió espacial s’anomenen rem. (i) Cinturons de radiació de Van Allen Les missions tripuladas solen evitar els cinturons de radiació van Allen i així, per exemple, l’Estació Espacial Internacional està a una alçada molt inferior a les regions més severes dels cinturons de radiació. No obstant això, la missió a Mart haurà d’atravessar, en un moment o altre, els cinturons si vol emprendre el vol interplanetari. Aquesta serà la font de radiació que pot afectar de manera més severa la missió. D’altra banda, però, aquests cinturons constitueixen una protecció per a les naus espacials en front de les altres dues fonts de radiació ionitzant, per un procés que es coneix amb el nom de blindatge geomagnètic. (ii) Esdeveniments de protons solars i partícules energètiques solars Per a l’exploració tripulada de l’espai, els esdeveniments d’aquest tipus realment violents són poc freqüents: durant els onze anys que dura el cicle d’activitat solar només solen tenir lloc una o dues vegades com a molt. En cas de patir una tempesta solar durant l’estada a l’espai, la tripulació podria rebre, en un període molt curt de temps, dosis de radiació (360 rem) potencialment fatals. L’estructura d’una nau espacial és en general molt més eficient a l’hora de bloquejar les radiacions electromagnètiques que quan es tracta de partícules. (iii) Raigs còsmics galàctics Aquests rajos es caracteritzen por tenir un rang energètic tremendament ampli (109 ‐ 1020 eV), per la qual cosa, la seva perillositat per a l’ésser humà varia enormement. Una ràfega d'aquests rajos travessaria la cuirassa de la nau i la pell dels tripulants, tot i que la capacitat de penetració d’aquestes partícules en la matèria varia segons la seva energia i el tipus.
11
Es considera que dosis superiors als 600 rem rebudes al llarg d'una vida (70 anys) solen ser fatals, en el sentit que les probabilitats que l'individu desenvolupi un càncer són gairebé del 100%. Si el temps d'exposició per a una dosi tan alta es redueix dràsticament, diguem a una hora, les probabilitats de supervivència per a un ésser humà són pràcticament nul·les. [Resposta]: La radiació més greu a la qual es veuran sotmesos els tripulants és la deguda als esdeveniments de partícules solars. Esdeveniment partícules esdeveniment)
solars:
approx.
(2.600
rem,
un
Cinturons de Van Allen: aprox. 1000 rem/any Erupcions solars: aprox 100 rem /any Radiació còsmica galàctica: aprox. 35 rem/any
2.2 Centre de masses Es proposa que l’alumnat calculi en quin punt del viatge la missió deixarà de dependre de la influència gravitatòria de la Terra per passar a estar sota la influència gravitatòria marciana, és a dir, que calculi el centro de masas entre els dos planetes. Dades inicials: Massa de la Terra: MT = 5,9722 × 1024 kg Massa de Mart: MM = 6,4185×1023 kg Equacions:
∑ ximi /MT
[Resposta]: centre de masses: 5,79 x 106 Km (respecte la Terra)
2.3 Gestió de residus Qualsevol missió espacial tripulada genera residus com envasos, roba, però també productes de la respiració i la digestió (diòxid de carboni, metà) que enrareixen l’ambient interior de la nau. Aquest aspecte és especialment rellevant quan es tracta d’estades de llarga durada com aquesta. L’alumnat ha de decidir com gestiona els recursos i els residus que genera quotidianament.
12
2.3.1 Residus en una missió de llargada durada
La gestió de recursos i de residus en una missió espacial és complexa. En les missions de llarga durada, a més, la qüestió s’agreuja perquè hi ha el factor limitant del pes i, per tant, qualsevol mesura que vagi en vies de reutilitzar els recursos fins i tot, de produir‐los ‘de novo’, pot ser una manera d’optimitzar recursos i espai. Per a la missió a Mart, hem considerat els següents conceptes: Emmagatzemar, Escombraries a l’espai, Netejar i Reciclar. S’han tingut en compte els sistemes de gestió implantats en l’actualitat en missions com ‘Estació espacial Internacional i també projectes en curs que investiguen noves fórmules d’especial interès per a missions de llarga durada. Per això, ens alguns casos, els residus contemplen diferents sistemes de gestió. [S: storage (emmagatzemar) / W: waste (llençar deixalles) / C: clean (netejar) / R: recycle (reciclar)] Objectes
Post‐ ús S
Roba
R
Restes de menjar
Els astronautes no poden portar molta roba perquè si la canviéssin tots los dies seria molt de pes. A més, a l’espai, la roba no es renta perquè l’aigua escasseja. No hi ha rentadores i per aprofitar al màxim la roba les peces estan fetes de materials especials que permeten portar‐les durant varis dies seguits. Per exemple, els mitjons d’esport es canvien una vegada a la semana i les camises un cop al mes. Un cop usades, es comprimeixen i s’emmagatzemen en càpsules, que després es llancen fora de la nau com a deixalles espacials. La massa és un aspecte limitant en una missió tripulada a Mart. El mínim diari per a un individu és d’1kg de oxígen, 1kg d’aliments i 3kg d’agua, el que fa inviable una llarga expedició de vàries persones. Per solucionar el problema del tonelatge, el projecte MELiSSA pretén crear un ecosistema artificial capaç de generar oxigen, aigua i aliments vegetals a partir del reciclatge dels residus orgànics (orina, excrements i CO2) produïts per la tripulació per bacteris no consumidors d’oxigen.
13
S
Envasos
Aigua bruta
R
L’aire que es respira (diòxid de carboni i metà)
C
Orina
W
W
Restes fecals
Les ampolles d’aigua, els envasos de menjar, les bosses de paper, d’alumini o la cinta adhesiva, així com les restes de roba, es comprimeixen en discos d’uns 20 centímetres d’ample per a reduir l’espai que ocupen a la nau.
L’aigua sucia de forma típica és expulsada a l’exterior. Ara existeix un sistema que converteix en aigua pura i potable el 93% del total d’aigua usada. Cada astronauta ha de responsabilitzar‐se de no malgastar aigua i capturar tota la que fa servir, incloent la suor produïda quan fa exercici, l’aigua per rentar‐se i l’orina. L’aire, que en un inici és net, poc a poc, es va omplint de gasos tòxics producte de la digestió (metà) i la respiració (CO2). Aquests s’eliminen per diferents sistemes de filtració que els absorbeixen. El dispositiu per orinar és una manguera que aspira l’orina i l’acumula en un dipòsit. Quan està ple (cada tres o quatre dies), es llança fora de la nau com a deixalla espacial. Actualment, s’estan disenyant dispositius per al reciclatge de l’orina i conversió en aigua, el que permetria estalviar recursos hídrics i evitaria generar residus. Els sòlids són processats pel wàter, dessecats i emmagatzemats per a ser rebutjats per les naus d’abastiment. L’astronauta s’asseu en una cadira‐wàter relativament comú fent pressió cap avall per aconseguir l’"estanqueïtat" entre les nalgues i el seient. El que ve a continuación tothom ho coneix. Les deposicions són succionades per un tambor rotatiu i, després el cilindre és exposat a l’espai, on la deposició s’asseca i congela inmediatament i es converteix en un objecte inert.
Proposta d’activitat
14
Alguns residus que es generen a la nau es poden gestionar de diferents vies, tot i que en alguns casos els sistemes siguin encara un projecte. De manera complementària es proposa que l’alumnat investigui l’estat de la qüestió i quins sistemes serien viables en una missió a Mart. 15
Fase 3. Aterratge En la tercera fase de la missió l’alumnat coneixerà la geografía i les condicions climàtiques del planeta, decidirá el carácter colonitzador o explorador de la missió científica i calcularà el seu pes a Mart. En posar els peus a la superficie marciana es donarà per conclosa la missió. 3.1 Lloc d’amarterratge Es proposa a l’alumnat que escolli un lloc per aterrar a la superficie marciana. La idea és que coneguin les característiques bàsiques de la geografia, condicions climàtiques i l’interès científic que pot plantejar aterrar als pols o prop de l’equador, a l’hemisferi sud o nord. Per això, qualsevol resposta serà correcta. • Els pols
Les regions polars de Mart tenen interès científic especialment per especular sobre la possibilitat que existeixi o hagi existit vida al planeta. Els pols són molt semblats als de la Terra, són els llocs més freds al planeta, amb temperatures gelades de fins a ‐143° C. Estan fets bàsicament d'aigua gelada, encara que també tenen gel ‘sec’ fet de diòxid de carboni. Els casquets glacials es fan més grans i més petits d'acord al canvi d'estacions en Mart. • L’hemisferi sud
16
La superfície de Mart, caracteritzada pel color vermellós que li proporciona el basalt volcànic amb alt contingut en òxids de ferro, presenta uns trets geogràfics ben diferents en els dos hemisferis. En l'hemisferi sud, predomina el terreny sobreelevat, antic i escarpat amb molts cràters. Destaca la muntanya Olimp, amb prop de 25km d'altura, considerat el volcà més alt del Sistema solar. La temperatura propera a l'equador pot oscil·lar a l'estiu entre els ‐20 i els ‐80 °C.
• L’hemisferi nord La superfície de Mart, caracteritzada pel color vermellós que li proporciona el basalt volcànic amb alt contingut en òxids de ferro, presenta uns trets geogràfics ben diferents en els dos hemisferis. En l'hemisferi nord, el terreny és més jove, abunden les planes allisades per bugades de lava, que són escombrades pel vent, amb menors elevacions i amb una història més complexa.
3.2 Mart habitable Fer habitable Mart comportaria, entre d’altres mesures, la colonització del planeta amb organismes vius que ajudin a transformar l’atmosfera del planeta i fer‐la més semblant a la de la Terra. Es proposa a l’alumnat que seleccioni les espècies que s’emportaria a Mart. No hi ha una única resposta vàlida perquè es vol transmetre la idea que aquest tipus de missions són complexes, no només plantegen reptes tecnològics sino també ètics, personals o socials.
3.2.1 Colonitzar Mart
Fer habitable Mart implicaria, primer de tot, una sèrie de mesures tecnològiques destinades a augmentar el gruix de la feble atmosfera de CO2 del planeta. Això comportaria dur a terme determinades intervencions tecnològiques, com posar uns miralls reflectors o enfosquir els pols, per augmentar l’efecte hivernacle. En una fase posterior, es podria recorrer a la introducció d’organismes vius que poguessin transformar de manera ‘natural’ la composició química de Mart, tal com passà fa milers de milions d’anys a la Terra, i fer‐la més similar a la Terra. Per això, es proposa a l’alumnat que seleccioni els organismes vius que podrien ajudar a fer més habitable Mart. I si la idea és imitar el procés que es produí a la Terra, cal suposar que la colonització seguirà una evolució ‘lògica’ d’introducció dels organismes: primer, els bacteris i altres microorganismes; després, les algues i les plantes i, finalment, els animals i les persones. • Microorganismes endolits i extremòfils
Algunes teories suposen que l'interior de roques i minerals podrien ser refugis potencials per a comunitats microbianes extraterrestres. Per això, s'estudien els organismes endolitos terrestres (que viuen a l'interior de roques, corals, exosquelets) com a possibles supervivents en territori marcià. Molts d'ells són extremófilos, és a dir, viuen en condicions ambientals extremes (de salinitat, de temperatura, de pH). En el Riu Negre d'Huelva, per exemple, que és famós per les seves aigües vermelles a causa d'un pH molt àcid, de 2.2, amb un alt contingut de metalls pesats i molt poc oxigeno, existeix gran biodiversitat de microorganismes que viuen entre els metalls pesats i que no depenen de l'oxigeno. Es creu que aquests organismes podrien viure en Mart. • Plantes
17
La possibilitat de conrear aliments i de desenvolupar algun tipus d'agricultura seria imprescindible per mantenir, algun dia, a poblacions humanes en Mart. No obstant això, el pH del sòl així com les baixes temperatures del planeta impedeixen que, en una primera fase, puguin sobreviure fora d'un ambient artificial. Les plantes podrien introduir‐se en una segona fase, quan les condicions s'haguessin suavitzat i contribuirien a oxigenar l'atmosfera i, amb el temps, ajudarien a crear una rudimentària però efectiva capa d'ozó, protectora contra la radiació del sol. També existeixen propostes que qüestionen que el sòl sigui realment una condició necessària per a l'agricultura, com seria la possibilitat d'establir cultius aeropónics. • Animal de compañía
Perquè el planeta sigui habitable per a animals i humans, s'hauria d'aconseguir que la seva atmosfera sigui més semblant a la terrestre, la qual està composta primàriament per nitrogen (78%), oxigen (21%) i menys d'un 1% de diòxid de carboni. Es calcula que el procés complet de ‘terraformación’, o de completa habitabilitat en Mart, podria portar 100.000 anys. Fins llavors, els animals i les persones per sobreviure al planeta vermell hauran d'anar equipats amb vestits especials i naus que els assegurin les condicions ambientals. • Amig@ íntim@
La vostra missió a Mart serà de com a mínim dos anys. El que significa que durant aquest llarg temps no podreu estar en contacte presencial amb els vostres familiars, amics i coneguts. Si heu seleccionat aquesta opció, potser hauríeu de replantejar‐vos si podreu suportar la llarga estada interplanetària en convivència amb uns companys que poden ser afins a vosaltres, o no. • Cap espècie terrestre a Mart
18
19
No tothom en l'àmbit científic i social és partidari de la colonització humana d'altres planetes o satèl·lits naturals. Si considereu que no seria ètic portar espècies terrestres a Mart perquè podrien interferir amb la vida marciana (no demostrada però tampoc desmentida), la vostra missió hauria de tenir un caràcter exploratori, no colonitzador.
3.3 Pes a Mart Es proposa a l’alumnat que calculi el pes de l’astronauta un cop posen els peus sobre la superficie de Mart. Es tracta d’un exercici pràctic en el que els alumnes poden aplicar els coneixements de física adquirits a un cas concret que té interès per a la missió espacial. Dades inicials: Gravetat de Mart: gM= 3,711 m/s Pes astronauta Terra: 490,5 N
Massa corporal a la Terra: 50 kg Massa corporal en Mart: 42,5 kg (pèrdua corporal 15%: 7,5 kg) Ecuacions: p= m gM [Resposta]: 157,71 N
Ja heu posat els peus en terres marcianes. Donem per conclosa la missió. Esperem que hagueu après sobre Mart, l’espai i que us ho hagueu passat bé. A
reveure!
Enllaços Types of rockets
20
http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_orbital_launch_systems Mars Exploration Programa de la NASA http://mars.jpl.nasa.gov/ Mars Exploration Rovers http://marsrovers.nasa.gov/home/index.html Cómo viajar a Marte. Blog de Daniel Marín: http://danielmarin.blogspot.com.es/2011/10/como‐viajar‐marte.html How to go to Mars http://www.physics.ohio‐ state.edu/~kagan/phy596/Articles/IonPropulsion/HowtogoToMars.pdf Race to Mars. Discovery Channel: http://www.racetomars.ca/mars/ Space Food and Nutrition: virtualastronaut.tietronix.com/teacherportal/pdfs/Space.Food.and.Nutrition.pdf Alimento espacial. Wikipedia: http://es.wikipedia.org/wiki/Alimento_espacial Programa Melissa. Agència Espacial Europea: http://ecls.esa.int/ecls/?p=melissa Marte verde. Terraformación: http://www.users.globalnet.co.uk/~mfogg/Marte_Verde.htm