V. LA MICROGRAVEDAD Y LOS MATERIALES

V. LA MICROGRAVEDAD Y LOS MATERIALES

INTRODUCCI�N
EN LOS cap�tulos anteriores se han dado ejemplos del efecto que la gravedad y sobre todo su contraparte, la microgravedad, tienen en la instauraci�n de propiedades durante la elaboraci�n de los materiales. Aqu� incursionaremos un poco m�s a fondo en las causas y efectos de la microgravedad tanto en los materiales como en los sistemas biol�gicos, ya que tales actividades tienen un futuro insospechado para la investigaci�n b�sica y sus aplicaciones, por lo que se puede anticipar que ser�n campo atractivo y f�rtil. Es natural que muchos procesos tecnol�gicos utilicen los efectos de la gravedad para sus propios fines: la gravedad est� siempre presente y es lo suficientemente constante para asistirnos en hechos tan simples como vaciar un cami�n de volteo, o usar el agua para generar electricidad, o para bajar mineros por el tiro de la mina. Pero la gravedad tambi�n act�a en contra de nuestros intereses en muchas situaciones, como cuando nos caemos o cuando nos cae algo en la cabeza, o al tener que usar electricidad para subir agua a un dep�sito, o al subir en un elevador. La gravedad es una propiedad de atracci�n, presente en las cosas que tienen masa; el hecho de que algo sea muy pesado, o masivo, implica necesariamente que sienta y ejerza notablemente fuerzas de gravedad. Suele ser m�s f�cil visualizar este fen�meno en t�rminos astron�micos, a saber: cuando algo tan masivo como el Sol est� presente en un lugar del Universo, en su zona circundante se extiende un campo de fuerza que hace que todo objeto con masa lo perciba. Si �ste es peque�o tiende a precipitarse hacia �l. La �nica manera de evitar precipitarse hacia el Sol, estando dentro de su campo de atracci�n, es desplazarse a su alrededor a gran velocidad, como lo hacen los planetas y sat�lites.
Veamos este ejemplo con alg�n detalle; el campo gravitacional del Sol, que como dijimos es resultado de su gran masa, hace sentir sus efectos de acuerdo con la distancia: de hecho, es proporcional al cuadrado de la distancia, as� que mientras m�s cerca se est� del Sol, mucho m�s fuertes ser�n los efectos de este campo. Los planetas describen trayectorias casi circulares alrededor del Sol, es decir, se encuentran en la �rbita solar. Mientras mayor sea la velocidad de un planeta (la Tierra viaja a 108 000 km/h), m�s lejos del Sol tendr� el planeta su �rbita. No obstante, para cada cuerpo en �rbita existe una velocidad llamada velocidad de escape, que es la velocidad a la que un sat�lite escapa del campo gravitacional de un cuerpo, y que se utiliza en la pr�ctica para mandar, por ejemplo, sondas autom�ticas a otros cuerpos como la Luna y los planetas. Para nosotros, que estamos sobre la superficie de uno de estos planetas, la gravitaci�n solar se manifiesta principalmente a trav�s del calendario anual, que es una medida detallada de nuestra �rbita solar. Pero, al ser la Tierra mucho m�s masiva que nosotros, nos atrae con una fuerza que depende de ambas masas (suya y nuestra), y que tambi�n, como en el caso de los planetas, depende de nuestra distancia de la superficie. A Kepler, con sus leyes, y a�os despu�s a Newton, con la expresi�n matem�tica de esas leyes, debemos las explicaciones sobre los fen�menos que causa la gravedad. Pero s�lo hasta nuestros d�as ha sido posible, como resultado del inicio de la conquista del cosmos, apreciar y visualizar la potenciaci�n que tiene para la humanidad la ausencia de esta fuerza: el estado de imponderabilidad o microgravedad.
En la Tierra, como era de esperarse, la gravedad participa y genera un sinn�mero de fen�menos como: las mareas del oc�ano, la sedimentaci�n de polvo en lagos, el mantener a la Luna en su �rbita, o hacer que los r�os bajen al mar y que rueden las piedras cuesta abajo. Pero, en cambio, en un laboratorio, la gravedad es utilizada por su constancia como elemento de control y medici�n: por ejemplo, al sedimentar un material, al vaciar un l�quido en un vaso de precipitado (de la gravedad viene que se precipiten las cosas), al pesar un objeto en una b�scula (que sin gravedad no pesar�a), y cuando se mezclan solos dos l�quidos con diferente temperatura, como la leche y el caf�. En este y en todos los casos de convecci�n t�rmica, cuando agregamos a un l�quido fr�o una parte caliente, la caliente, por ser menos densa tiende a irse hacia arriba, a flotar, y la fr�a hacia abajo. Las corrientes que se forman con estos movimientos (llamadas corrientes convectivas) son causadas por la gravedad terrestre y, como est�n presentes en numerosos procesos de la vida diaria, desde el hogar hasta la industria, su estudio y comprensi�n tienen una gran importancia pr�ctica.
En cualquier caso, dentro y fuera del laboratorio, muchas veces nos estorba la gravedad, y ah� s� que tenemos un problema: quitarse la gravedad de encima (o de dentro), aunque sea por algunos segundos, resulta ser bastante complicado al punto que suele catalog�rsele de desaf�o o de mera locura. �Acaso los primeros aeronautas y pilotos no "desafiaban" la gravedad, y estaban, en opini�n de muchos, catalogados como locos e intr�pidos, temerarios o so�adores? Pero, �qu� motivaci�n sent�an para atreverse a desafiarla?, y sobre todo, �qu� inesperado e inimaginable resultado surgi� a partir de esas primeras haza�as?: la conquista aeroespacial dio inicio con estos intr�pidos. Por cierto que los intr�pidos llevan muchos siglos so�ando con desafiar la gravedad, y si tuvi�ramos que citar un solo ejemplo, indiscutiblemente tendr�amos que hablar del ingenioso D�dalo, el mitol�gico ateniense. D�dalo puede ser considerado el prototipo del artista universal, el arquitecto y el m�s notable inventor de recursos mec�nicos (antes que el hist�rico Da Vinci). Cuando este genio fue desterrado de Creta por el crimen de su sobrino y ayudante Talo, se refugi� con el rey Minos, a quien rend�a su agradecimiento con su talento, que inclu�a adem�s el de ser escultor.
Minos, por descuidar a la bella Pasifae, su esposa, tuvo que vivir con la afrenta de ver a su mujer dar a luz al Minotauro: fruto de los amores contra natura de Pasifae con un toro. Minotauro, si bien ten�a un apuesto cuerpo humano, ten�a una horrible cabeza de toro, y algunas ma�as, como un formidable apetito, que lo hac�a devorar siete j�venes y siete doncellas cada a�o (otros dicen que tres veces por a�o). Para controlar a tan desmesurada criatura, Minos orden� al ingenioso D�dalo construir el famoso Laberinto de Cnosos, donde encerraron al monstruo.
As� estaban las cosas, cuando D�dalo cedi� a los ruegos de Ariadna, hija de Minos, y le aconseja c�mo salvar al �ltimo pasto de jovenzuelos, entre los que se encontraba su amado Teseo. Este penetra en el laberinto utilizando el viejo truco de atar un hilo a la entrada, y prosigue hasta encontrar al Minotauro, a quien da muerte, escapando vivo junto con la dieta, y de paso tambi�n con Ariadna. La fuga despierta tal ira en Minos, que encarcela al sol�cito D�dalo y a su hijo �caro dentro de la misma complicada obra que hab�a construido para satisfacer al rey. Pacientemente, el avispado D�dalo, ayudado por �caro, fue coleccionando todas las plumas que dentro del laberinto ca�an, y con su tradicional destreza, fabric� con ellas, y con cera de los panales que ah� se instalaban, unas enormes alas, atando las plumas con lino, y peg�ndolas con cera; las alas se fijaban a los brazos de estos intr�pidos por medio de correas de cuero. Un buen d�a subieron a la torre que dominaba el paisaje y se lanzaron al vac�o, escapando del laberinto en lo que constituy� el primer desaf�o a la gravedad. No obstante el �xito inicial, el entusiasmo juvenil de �caro lo indujo a olvidar moment�neamente su prop�sito, y distray�ndose con el panorama de libertad y el canto de los p�jaros, se remont� impetuoso a las alturas, contra las indicaciones de su propio padre, quien a gritos le advert�a que el Sol derretir�a la cera de sus alas; cosa que ocurri�, e �caro se precipit� al mar, y se ahog�, constituy�ndose as� en la v�ctima precursora de todos aquellos que despu�s sucumbir�an por su deseo de volar.
La creaci�n de D�dalo, junto con la aleccionadora muerte de �caro, inspir� a inventores como Da Vinci, que en el siglo XV descubri� los principios del aeroplano y el helic�ptero.
Se pueden citar otras muchas maneras de desafiar la gravedad, aunque casi todas son peligrosas, mortales, breves, o insuficientes para hacer algo �til. Podemos desafiarla brevemente por ejemplo lanz�ndonos al vac�o —como �caro—, pero no vivir�amos para contarlo. Tambi�n dentro de un elevador con los cables rotos, experimentar�amos lo que es flotar verdaderamente, pero a la vez tendr�amos una breve e irrepetible sensaci�n. M�s caro, pero m�s seguro, resulta hacerlo en un avi�n en ca�da libre, donde podr�amos gozar verdaderamente durante unos 30 segundos, una y otra vez. Sin embargo, el pago puede ser excesivo para cualquier mortal, y demasiado breve para casi todo experimento de laboratorio.
As� pues, los cient�ficos experimentales tuvieron que esperar una nueva era, la era espacial, para percatarse de que la microgravedad abr�a nuevos y numerosos caminos, en los que pod�an dar rienda suelta a su imaginaci�n, disponiendo de cuanta "ausencia" de gravedad desearan, aunque, por ser una actividad tan cara, queda uno obligado a hacer un uso eficiente del tiempo; es decir, los experimentos deben dise�arse y controlarse conforme a un detallado programa, que antes debe pasar con �xito un n�mero apropiado de pruebas y evaluaciones cr�ticas.
Ahora veamos qu� pasa con una nave que viaja en la �rbita terrestre, comenzando con un ejemplo de la f�sica cl�sica o de un juego de ni�os. Cuando atamos con una cuerda una masa, digamos una pelota, y le damos vueltas como a la honda de un pastor, podemos sentir que mientras m�s r�pido gira alrededor de la mano, con m�s fuerza nos jala. Esta fuerza, llamada centr�fuga (que se fuga del centro), depende directamente de la velocidad del giro. Al girar la pelota describe un c�rculo, una �rbita, que tiene como radio el largo de la cuerda. Una nave en �rbita tambi�n tiene una fuerza que la mantiene dando vueltas, pero es una fuerza invisible, no como la cuerda: es la gravedad. Pero el hecho de que esta fuerza sea invisible no le quita sus propiedades de fuerza, es decir, el causar efectos en las cosas: el que dude de la existencia de fuerzas invisibles, recuerde su �ltima ca�da al suelo. Ahora bien, para colocar una carga �til en �rbita, hay que acelerarla con un cohete, primero verticalmente para abandonar la atm�sfera, aunque ya durante el ascenso el cohete se ir� inclinando progresivamente para acelerar el vuelo tambi�n en sentido horizontal, hasta alcanzar velocidad orbital, que var�a seg�n la altura: para una �rbita de 300 km de altura, por ejemplo, la velocidad circular es de cerca de 7.8 km/s (m�s de 28 000 km/h). Estas velocidades no se pueden alcanzar dentro de la atm�sfera por la fricci�n del aire, que mientras m�s r�pido fluye alrededor de algo, produce efectos m�s destructivos. Para alcanzar estas velocidades, es com�n que los propulsores y combustible de una nave espacial pesen de 10 a 15 veces m�s que su carga �til.
Desde el punto de vista de la mec�nica, una nave espacial en �rbita es un ejemplo del equilibrio de dos fuerzas: la fuerza de gravedad, por un lado (que en �rbita a 300 km de altura sigue teniendo un valor de cerca de 80% del que tiene sobre la superficie terrestre) y por otro, la fuerza centr�fuga, que, en ejemplo de la cuerda y la pelota es la fuerza que sentimos en la mano y que aumenta o disminuye seg�n la velocidad a la que gire la pelota, o en este caso, la nave que viaja alrededor de la Tierra.
Un tripulante adentro de una nave espacial no percibe la gran velocidad a la que viaja pues fuera de la atm�sfera, sin aire, la nave no tiene fricci�n, por lo que no se manifiestan los indicadores habituales de velocidad: la vibraci�n y el ruido. Tampoco percibe la atracci�n de la gravedad, ya que se contrarresta por el efecto de la velocidad circular, as� que todo dentro de la nave flota, o, dicho de otra manera, en ella se instala la condici�n de imponderabilidad. Resumiendo: la �nica manera de "desafiar" la gravedad es, o en ca�da libre por periodos cortos, o en �rbita, donde esto puede ser una condici�n permanente.
Como se mencion� anteriormente, un avi�n en ca�da libre permite cerca de 30 segundos de microgravedad continua, y cierta parte de los experimentos que se van a realizar en �rbita se ensayan primero en una serie de vuelos parab�licos. Estos vuelos se realizan generalmente en aviones grandes, equipados con motores particularmente potentes, y que describen trayectorias de forma parab�lica, como la que sigue una piedra lanzada hacia arriba. Los aviones de entrenamiento en microgravedad suben con una inclinaci�n de 45 grados y, s�bitamente, invierten la trayectoria para bajar tambi�n a 45 grados: con esta operaci�n los tripulantes son acelerados primero hacia arriba, y despu�s caen libremente junto con el avi�n, aun cuando su sensaci�n no es la de caer, sino la de flotar dentro de la cabina; �sta es la situaci�n donde mejor se simula la microgravedad espacial sin estar en el espacio, pero con la importante diferencia de que ocurre por periodos breves, e interrumpidos peri�dicamente. Es evidente que entre cada trayectoria parab�lica el avi�n tiene que recuperar altura, por lo que frena la ca�da con un cambio de trayectoria, esta vez hacia arriba. En esta �ltima operaci�n los tripulantes se pegan al piso con gran fuerza; en la pr�ctica, esta fuerza equivale a dos veces la fuerza de la gravedad: 2 g (en t�rminos m�s t�cnicos la gravedad se simboliza con la letra g). De hecho todos hemos experimentado una situaci�n similar al subirnos a un elevador o a los juegos mec�nicos de una feria: cuando subimos nos sentimos m�s pesados, pero si bajamos s�bitamente tenemos una cierta sensaci�n (sobre todo en el est�mago) de flotar. La �nica diferencia con el caso del avi�n es que en �ste el fen�meno dura m�s.
Algunas de las sensaciones de la microgravedad se pueden experimentar tambi�n en piscinas, donde las personas y los materiales han sido previamente balanceados con c�maras de aire para que tengan una flotaci�n neutra, aquella condici�n en la que los cuerpos no tienden ni a subir ni a caer al fondo de la piscina. No obstante, la diferencia aqu� entre la flotaci�n en la piscina y la del espacio es, por un lado, la fricci�n del cuerpo en movimiento dentro del agua, ausente en el espacio, dado el vac�o, y que produce efectos algo diferentes de los del estado en �rbita; por otro lado, tambi�n el hecho de que la persona dentro de la piscina no flota dentro del espacioso y r�gido traje espacial, y durante el entrenamiento en la piscina lo llega a cansar y a molestar. Otra diferencia es que si se coloca con el traje con los pies hacia arriba, la sangre se le acumula en la cabeza, cosa que no ocurre en �rbita, donde hasta puede dormir con cualquier orientaci�n. Volvemos, pues, a lo mismo: s�lo en �rbita y brevemente en la ca�da libre se da el estado de imponderabilidad. Una vez en �rbita, las principales fuerzas a bordo son las provenientes de los motores de ajuste de �rbita, aquellas que provienen de las peque�as variaciones del valor de la gravedad en los diferentes lugares que sobrevuela, y aquellas provocadas directamente por la tripulaci�n al usar las paredes de la nave para impulsarse de un lugar a otro. En los experimentos de microgravedad, en una nave espacial se tienen que vigilar todos los detalles: en ocasiones es necesario esperar a que la tripulaci�n duerma, para evitar as� las peque�as fuerzas que provocan con su actividad en la cabina, pues en general, las fuerzas causadas por el movimiento de los astronautas son mil veces mayores que las del ambiente "natural" estando en �rbita, y alcanzan el orden de mil�simas de gravedad, o sea "miligravedad", diferente de la microgravedad, que ser�a s�lo la millon�sima parte.
Trataremos de presentar a continuaci�n los efectos de la microgravedad por �reas de inter�s o disciplinas beneficiadas.
EL LABORATORIO BIOM�DICO
Entre los experimentos biom�dicos, pocas cosas se encuentran en la vida tan interesantes como las investigaciones sobre el cerebro. Y con el cerebro, aquello que le da vida y sentido: la interpretaci�n atinada y el funcionamiento adecuado ante la realidad. Estando en condiciones de microgravedad, el cerebro pierde parte de la informaci�n sobre su entorno; sencillamente pierde el sentido de orientaci�n. Para orientarse, todo animal cuenta con receptores que le indican d�nde est� el piso La visi�n, la presi�n en los pies, la direcci�n en la que cuelgan sus brazos, etc., todos estos medios nos informan d�nde se encuentra el piso, pero adem�s, en la parte interna del o�do, los animales cuentan con una de las tantas maravillas de la evoluci�n: el sistema vestibular (aqu� abreviado como "SV"). Este sistema es el equivalente natural de los sistemas electro�pticos con los que cuentan los aviones y naves espaciales para determinar su orientaci�n y direcci�n de vuelo.
El SV cuenta con receptores de movimiento y aceleraci�n en tres direcciones: hacia adelante y atr�s, los lados, y hacia arriba y abajo. Con esos receptores se es capaz de detectar movimientos y cambios en el movimiento, y poner tal informaci�n a disposici�n del cerebro para que responda acorde con la voluntad o con los reflejos condicionados, como en el caso de las ca�das.
Para percibir la rotaci�n de la cabeza, el SV utiliza los llamados "conductos semicirculares" (v�ase la figura 20), que tienen una compuerta herm�tica que interrumpe el paso del l�quido que los llena. Al rotar estos conductos en su plano, como una llanta de auto, se pone en movimiento el l�quido que contienen, y con ello se presiona y deforma la compuerta, provista de receptores que detectan este efecto. Seg�n el movimiento es la deformaci�n de la compuerta, y as� influye o modula las se�ales el�ctricas que mandan los receptores a diversas estructuras del cerebro. Para detectar movimiento rotatorio o aceleraciones en los tres planos (frontal, sagital y transversal) existe un conducto para cada plano, es decir, cada o�do tiene tres conductos semicirculares para la detecci�n de rotaci�n. Por ejemplo, al rotar la cabeza para seguir el movimiento de un tren en el horizonte, los conductos horizontales detectan este movimiento de la cabeza y contrarrestan de manera muy precisa la posici�n de los ojos respecto a la cabeza, de tal forma que los ojos no pierden su objetivo. De hecho, el sistema vestibular anticipa la posici�n de un objeto seguido por los ojos por medio de peque�os saltos llamados nistagmo. Y aqu� encontramos una de las conexiones m�s importantes del SV con los centros que controlan la tensi�n de los m�sculos de los ojos, y que, a su vez, determinan la direcci�n de la l�nea visual. En ingenier�a a este tipo de sistema se le llama sistema de "control adaptivo", es decir, que va anticipando la posici�n del objeto, para que su imagen (la del tren en movimiento) se combine con la informaci�n visual que se env�a al cerebro, y as� compensar con precisi�n la posici�n de la cabeza y los ojos, sin que el objetivo escape del campo visual.

Figura 20. Esquema funcional y anat�mico de los conductos semicirculares y otolitos.

Como hay un sistema id�ntico en cada o�do, todas las funciones se realizan por duplicado, con lo que se reduce el error del funcionamiento y se aumenta la fiabilidad del SV. Esta duplicidad de funciones lleva a ejemplificar una de las caracter�sticas principales del cerebro: su redundancia o, en otras palabras, su habilidad de no perder su capacidad de funcionar aunque parte de sus funciones se pierdan; aun con la p�rdida de un sector de receptores, el cerebro aprende de nuevo a funcionar normalmente con la otra parte. Ahora bien, los conductos semicirculares del o�do interno son los detectores de la rotaci�n, pero tambi�n el SV cuenta con sensores de movimiento y aceleraci�n lineal, como la que percibimos al acelerar o frenar un veh�culo, y al caer.
Para la detecci�n de movimiento lineal existe otra estructura anat�mica, tambi�n duplicada, cuyos componentes se llaman m�cula y s�culo, que son dos cavidades con forma de globulitos, que en su interior tienen una masa gelatinosa provista de una especie de incrustaciones calc�reas, llamadas otolitos, que las hacen m�s pesadas que el medio que las circunda y que a su vez est�n sostenidas por unas c�lulas ciliares (esbeltas como columnas), que son sensibles al alargamiento o tensi�n (v�ase la figura 21). Cuando la cabeza se pone en movimiento, los otolitos tienden a quedarse atr�s por ser m�s pesados y con ello, a alargar las c�lulas ciliares, que, como en el caso de la compuerta de los conductos semicirculares, modifican sus se�ales el�ctricas para informar al cerebro sobre la presencia de la intensidad y direcci�n del movimiento. Una de estas cavidades tiene entre sus funciones detectar la direcci�n en la que se encuentra el piso, es decir, la gravedad. Tambi�n detecta vibraciones y cadencias, como cuando caminamos o bailamos. Un estudio encaminado a comprender la capacidad de los otolitos para detectar diferentes frecuencias de vibraci�n encontr� que los bailes folcl�ricos de muy diversas culturas comparten frecuencias (o ritmos) casi id�nticos (2.06 Hz ±0.02); en otro trabajo tambi�n se descubri� que la gran mayor�a de las madres mecen a sus beb�s con frecuencias de 4 Hz, lo que nos indica que existen frecuencias id�neas a las que casi todos preferimos bailar, o dormir beb�s, y que naturalmente coinciden con la capacidad de percepci�n m�s favorable de las estructuras anat�micas del SV; estructuras que, por cierto, el proceso de evoluci�n fue afinando en el curso de millones de a�os, hasta alcanzar su actual grado de adaptaci�n al medio ambiente y a los movimientos naturales de cada organismo.

Figura 21. Esquema de los otolitos.

Este sistema es lo que hace posible que los seres vivos se orienten y se desplacen h�bilmente en el espacio tridimensional en el que se dio su proceso de evoluci�n. Sin embargo, cuando el humano abandona en s�lo un par de generaciones su entorno y actividad natural (correr, caminar, brincar y cambiar de posici�n) para adentrarse en nuevas actividades de movimiento y aceleraci�n, como los vuelos, acrobacias y, m�s recientemente, el estado de imponderabilidad en �rbita, se enfrenta a condiciones totalmente nuevas, donde la evoluci�n no ha contribuido con su adaptaci�n y perfeccionamiento. Por lo tanto, el hombre no puede funcionar ni adaptarse tan pronto a estas nuevas actividades. Las serias limitantes del organismo en este sentido requieren de estudios multidisciplinarios para, por ejemplo, esclarecer c�mo proceder y planear el trabajo en �rbita.
El SV en �rbita se encuentra en condiciones en las que carece de experiencia. Por una parte, los otolitos est�n acostumbrados a que las c�lulas columnares los soporten, y ahora �stas no los soportan, pues en �rbita las cosas no pesan, y por lo tanto los otolitos tambi�n flotan, por lo que no funcionan como normalmente lo hacen. Al no pesar, sus movimientos se vuelven err�ticos, y mandan se�ales conflictivas a los centros de interpretaci�n de este tipo de datos en el cerebro. La consecuencia directa de esta situaci�n es la desorientaci�n del organismo en el entorno de microgravedad, que va adem�s acompa�ada de varios s�ntomas poco agradables: mareo, falta de coordinaci�n de los movimientos, v�mito, y desconcierto general, entre otros, al grado de que pr�cticamente inutilizan a la persona que, en algunos casos, llega a requerir de medicamentos y atenciones de miembros m�s afortunados de la tripulaci�n.
Hasta la fecha, no se sabe c�mo remediar los efectos del ahora conocido como s�ndrome de adaptaci�n espacial a pesar de los esfuerzos de los investigadores. En las primeras d�cadas de vuelo espacial, exist�a la confianza de que el problema se podr�a resolver en poco tiempo, pero la naturaleza, siempre ajena a los optimistas programas de investigaci�n, se encargar�a de informarnos que los aspectos funcionales del cerebro no son presa f�cil ni comparten nuestra pretenciosa prisa.
As� las cosas, la actividad espacial tripulada plantea toda una gama de nuevos retos biom�dicos. De hecho, el s�ndrome de adaptaci�n se manifiesta en un sistema tan complejo, que los cient�ficos dedicados al tema s�lo han comenzado apenas a conocer las magnitudes del reto. Sin duda se han realizado numerosos estudios m�dicos sobre este s�ndrome; pocos vuelos, tal vez ninguno, se dan sin el seguimiento m�dico continuo, y en la mayor�a se realiza alg�n estudio, entre los que destacan los relacionados con el sistema cardiovascular, el metabolismo, la actividad de los f�rmacos; todo como parte del estudio del s�ndrome de adaptaci�n. Quiz� el lector se sorprenda al saber que este �ltimo incapacita dr�sticamente a m�s del 40% de las tripulaciones de uno a tres d�as, independientemente de los antecedentes y experiencia previa; puede afectar tanto a experimentados pilotos de prueba, como dejar tranquilos y gozosos a ne�fitos que pasaron criterios m�dicos menos estrictos de selecci�n.
El problema m�s serio del s�ndrome de adaptaci�n espacial radica en la complejidad y extensi�n de las ramificaciones provenientes del sistema vestibular. Hemos mencionado brevemente su conexi�n con los m�sculos �culomotores, y las extremidades; sin embargo, como suele suceder, el panorama es mucho m�s complicado de lo que percibimos a primera vista, y a pesar de que en este problema se han invertido millones de d�lares (y seguramente de rublos tambi�n), nuestros medios t�cnicos de investigaci�n tendr�n que desarrollarse mucho m�s para arrancar sus secretos a la materia m�s complicada y organizada que conocemos en el Universo: el cerebro. Profundicemos un poco m�s.
El SV se comunica hacia el cerebro a trav�s de un haz de fibras (o nervios) que acompa�a a las que vienen del o�do, su estructura adyacente; ya antes las terminales de los conductos semicirculares y los de los otolitos se juntan en unos ganglios, donde al parecer ocurre un cierto grado de acondicionamiento de las se�ales el�ctricas. Al cerebro llegan por la zona llamada puente, donde se encuentran los n�cleos vestibulares, que son centros de procesamiento y redistribuci�n de fibras nerviosas hacia otras estructuras. De estos n�cleos se proyectan fibras hacia varios lugares: a la corteza cerebral, en sus regiones visual y motora, hacia el cerebelo (el "Gran No" o inhibidor del Sistema Nervioso Central), hacia los n�cleos �culomotores (que controlan los m�sculos de los ojos), y en forma indirecta hacia algunos �rganos internos (como el est�mago, los intestinos y el h�gado), y hacia diversos m�sculos, llamados antigravitatorios, que poseen una doble funci�n: la de compensar las ca�das, como cuando encontramos un escal�n inesperado en el piso, y la de mantener la verticalidad, aun cuando nos falta la informaci�n visual, como en un cuarto totalmente oscuro. Las proyecciones del SV est�n, seg�n apuntan los especialistas, pr�digamente presentes en todo el cuerpo, por lo que entender su funcionamiento es, y seguir� si�ndolo por varias d�cadas, un tema abierto a la continua investigaci�n cient�fica.
En 1983, a bordo del laboratorio espacial "DI", dise�ado por la Agencia Espacial Alemana (DFVLR), y puesto en �rbita por el transbordador estadunidense, se realiz� un estudio a cargo del agradable profesor Von Baumgarten, de la Universidad de Maguncia, sobre el nistagmo cal�rico. El nistagmo, como dec�amos, es el movimiento s�bito o salto de los ojos que provocan los m�sculos oculares al seguir visualmente un objeto en movimiento; ahora bien, el nistagmo cal�rico es la producci�n artificial de estos saltos oculares por medio de cambios de temperatura en el t�mpano con agua caliente (44� C), procedimiento utilizado, desde principios de siglo en la medicina cl�nica para diagnosticar alteraciones del estado neurol�gico de un paciente.
En la primera d�cada de nuestro siglo, el m�dico h�ngaro R. B�r�ny present� la hip�tesis de que el nistagmo cal�rico era resultado directo de corrientes convectivas t�rmicas que inducen el movimiento de los otolitos y las �mpulas de los conductos semicirculares. Estos cambios de temperatura que provocan el nistagmo y la sensaci�n de movimiento, a pesar de que la cabeza est� totalmente fija, fueron un descubrimiento suficientemente importante, por lo que se le otorg� el premio Nobel en 1914. Pero en la ciencia todo puede cambiar. En la misi�n del laboratorio Dl se demostr�, por medio de un casco que inyectaba aire caliente o fr�o al o�do interno, que el nistagmo cal�rico �tambi�n se presenta en ausencia de gravedad! Si las corrientes convectivas son causadas por la presencia de la gravedad, la hip�tesis del nistagmo cal�rico de B�r�ny qued�, si no totalmente refutada, cuando menos puesta en duda despu�s del experimento espacial. Actualmente, muchos grupos de investigaci�n se han abocado a estudiar esta paradoja, que pone en duda una de las "verdades" b�sicas del tema.
Entre los experimentos m�s importantes realizados en �rbita hasta la fecha, seguramente debemos mencionar los recientes trabajos llevados a cabo en la c�psula Cosmos 1887, tripulada solamente por animales, y donde se condujeron autom�ticamente decenas de experimentos elaborados por cient�ficos de m�s de 50 centros de investigaci�n en todo el mundo. A la par que los cient�ficos sovi�ticos, en el dise�o de esta misi�n participaron sus colegas de EUA, Francia y otra docena de pa�ses; cabe destacar que por ello �ste fue un ejemplo racional del tipo de programas que deben dominar en el futuro de la investigaci�n espacial. Entre lo m�s notable de estos experimentos destaca la presencia de dos peque�os simios, preparados con implantes cerebrales para estudiar las se�ales vestibulares durante el periodo de adaptaci�n espacial. Por primera vez fue posible registrar se�ales el�ctricas del SV en un primate, vecino evolutivo del humano (aunque usted no lo crea), en condiciones orbitales. Cabe anotar aqu� que no es posible hacer tales experimentos con seres humanos, pues la implantaci�n de electrodos en las partes profundas del cerebro, donde est�n los centros de proceso del SV, conlleva un grave peligro de infecci�n. Sin embargo, los datos neurofisiol�gicos de los simios cosmonautas son primordiales para el futuro de los vuelos de larga duraci�n tripulados, sobre todo para la comprensi�n de los fen�menos que ocurren al hombre durante su adaptaci�n en los primeros d�as en el espacio.
Un aspecto curioso del s�ndrome de adaptaci�n espacial son los efectos posteriores, cuando los cosmonautas regresan a la Tierra: la falta de informaci�n visual los hac�a perder el equilibrio en un cuarto oscuro, pero tambi�n durante varios meses despu�s del vuelo, los astronautas quedaron exentos de todo tipo de mareos terrestres.
Otros hechos biom�dicos interesantes estudiados en �rbita son los relacionados con la p�rdida de calcio de los huesos.
Los huesos son estructuras que responden activamente a las demandas del organismo y como otras estructuras anat�micas, se atrofian cuando no se utilizan. Al flotar dentro de la nave, las piernas carecen de funci�n; y aunque se utilizan para impulsarse de un lugar a otro, la fuerza requerida es m�nima: una persona puede proyectarse hasta el otro extremo de la nave con un solo dedo. A partir de los primeros d�as en �rbita, el organismo resiente la falta de uso de buena parte del esqueleto. Varios de los estudios a bordo est�n precisamente orientados a determinar qu� pasa con el calcio que forma parte de los huesos (cuya p�rdida alcanza hasta un 10% del total). Para establecer la v�a de p�rdida de calcio, se analizan los desechos del organismo durante el vuelo y posteriormente la disminuci�n de la masa �sea. Durante todo el vuelo se programan periodos de ejercicio como medida preventiva, que se van aumentando hasta el d�a del aterrizaje. El ejercicio para las piernas se realiza con una bicicleta fija, o sujetando con unas bandas el�sticas la cintura al piso; despu�s el astronauta "corre" sobre una banda m�vil; as� los huesos largos de las piernas recuperan gradualmente su resistencia y musculatura, as� como sus niveles normales de calcio. La columna vertebral pierde parte de su funci�n tambi�n, pues en el espacio no soporta el peso al que est� acostumbrada, y por lo tanto, los discos que separan las v�rtebras se dilatan unos mil�metros, pero como son tantas, las personas "crecen" en algunos casos hasta cinco cent�metros, adem�s, la columna pierde su curvatura, que carece de sentido al no tener que ejercer la capacidad de carga como lo hace en la Tierra.
Uno de los cambios reconocidos desde los primeros vuelos se refiere a la relocalizaci�n de los fluidos corporales. En la Tierra, el organismo compensa la tendencia de la gravedad a acumular abajo los fluidos corporales (sangre, suero y agua) por medio de la presi�n de las venas y el juego de ciertas v�lvulas localizadas en piernas y tronco; sin embargo, en el estado de microgravedad, este reflejo contin�a durante un tiempo, causando la migraci�n de fluidos hacia las partes superiores del organismo, y provocando con esto la hinchaz�n de t�rax y cara que se observa en los cosmonautas. Para evitar una reacci�n opuesta al reincorporarse a la gravedad, los tripulantes de las naves espaciales, poco antes de su regreso, se colocan un traje especial que oprime las piernas para mantener suficiente presi�n sangu�nea en la parte superior del cuerpo y evitar as� mareos y desmayos por falta de irrigaci�n cerebral.
Resumiendo: el organismo sufre toda una serie de alteraciones durante el vuelo espacial: p�rdida de orientaci�n —a la que sigue generalmente un periodo de adaptaci�n—, p�rdida de calcio, relocalizaci�n de fluidos, desadaptaci�n a los ciclos normales d�a-noche, exposici�n a radiaci�n, debilitamiento de los m�sculos antigravitatorios, crecimiento de la columna vertebral y p�rdida de su curvatura. En estos temas, la URSS posee ciertas ventajas sobre su contraparte estadunidense, ya que no s�lo tienen casi el triple de horas/hombre en el espacio, sino que sus vuelos han durado hasta 4.5 veces m�s tiempo. Como an�cdota, cabe referir un hecho curioso: anticip�ndose a los informes m�dicos sovi�ticos, uno de los m�s destacados m�dicos de la NASA se refiri� a los serios problemas de readaptaci�n a la gravedad que supuestamente iba a sufrir Romanenko con su regreso a la Tierra, despu�s de 326 d�as seguidos en �rbita, entre ellos: dificultad para caminar, estar de pie, orientaci�n en la oscuridad, etc. Como �nica respuesta a sus muy desatinadas estimaciones, los sovi�ticos mostraron a Romanenko frente a las c�maras haciendo una serie de piruetas. Posteriormente, la recuperaci�n de Titov y Manarov, quienes pasaron poco m�s de un a�o en �rbita, tambi�n fortalece la confianza establecida, aunque seg�n Titov, la permanencia "ideal" es de seis meses. La lecci�n que de aqu� se puede recibir es que cada organismo reacciona de manera diferente durante su adaptaci�n al espacio y su readaptaci�n a la Tierra, y que todav�a nos falta mucho por comprender en este campo. Algunos m�dicos sovi�ticos dicen que con estos vuelos de Romanenko, Titov y Manarov se puede ya visualizar claramente el viaje tripulado a Marte. En conclusi�n, �ste es un campo muy din�mico, que se enriquece cada d�a, especialmente ahora, con la presencia casi continua de cosmonautas a bordo de estaciones orbitales.
TENSI�N SUPERFICIAL
El comportamiento de los fluidos en microgravedad ha resultado ser uno de los campos de mayor inter�s, debido principalmente a que se han observado fen�menos inesperados. Elaboremos el tema comenzando con la tensi�n superficial de los l�quidos. �sta es una propiedad fundamental de los l�quidos, cuya manifestaci�n m�s conocida es la forma de una gota de agua: esf�rica cuando cae o cuando flota en una nave espacial, pero semiesf�rica cuando se pega a un s�lido, un vidrio por ejemplo, donde surgen otras fuerzas de contacto. No es ni obvio ni f�cil de explicar en t�rminos sencillos por qu� es de esta forma, pero intent�moslo, ya que en parte de esto depende el entender las ventajas de experimentos con fluidos en microgravedad.
Las mol�culas de agua en una gota, muchos millones de ellas, interaccionan por medio de las llamadas fuerzas moleculares generando una presi�n interna que las obliga, jal�ndolas, a mantenerse lo m�s juntas posible, lo que en un l�quido se manifiesta en la forma de una gota. La forma esf�rica es efecto de la tensi�n superficial, que a su vez es afectada de manera compleja por la polaridad de las mol�culas, digamos, la mol�cula de agua (H₂O), formada por un �tomo de ox�geno y dos de hidr�geno, forma un dipolo el�ctrico, es decir, en un extremo es positiva y negativa en el otro (v�ase la figura 22). Mientras m�s intensa sea la polaridad molecular, los l�quidos tendr�n m�s presi�n interna que los lleva a mantenerse juntos. En el caso del agua, la presi�n interna es muy alta (de 14 800 atm�sferas) y por tanto sus mol�culas est�n tan juntas que provoca, por ejemplo, que los l�quidos sean muy poco propicios a la compresi�n. En la superficie de una gota de l�quido, las fuerzas de tensi�n se alinean con la forma de la superficie y tratan de hacerla lo m�s reducida posible: de ah� que tomen la forma de una esfera, que representa la menor superficie posible de un volumen, sin importar el tipo de l�quido (agua, jugo de naranja, alcohol, o un metal fundido).
En tierra no es tan com�n percatarse de este hecho fundamental, pues generalmente las gotas de agua, o caen muy r�pido como para observar su forma con precisi�n, o las vemos pegadas a un s�lido, con lo que s�lo vemos parte de una esfera o elipse. Con mercurio, que tiene casi seis veces m�s tensi�n superficial que el agua, s� alcanzamos a ver la forma esf�rica de gotas chicas cuando ruedan, pero tambi�n podemos observar que se achatan para formar cuerpos elipsoidales por la acci�n de la siempre presente gravedad.

Figura 22. (a) Mol�culas de agua absorbidas a una superficie. (b) La distribuci�n de carga en la mol�cula forma un dipolo que se orienta en un campo el�ctrico.

COLISIONES ENTRE ESFERAS DE AGUA Y METAL
Analicemos ahora el resultado de un curioso experimento espacial, donde se observan hechos todav�a por explicar, para que quiz� alg�n ingenioso lector proponga una explicaci�n correcta y completa. Un t�pico experimento de microgravedad, que s�lo puede hacerse en �rbita, fue financiado por el peri�dico japon�s Asahi Shimbun, uno de los de m�s tiraje en Jap�n. El prop�sito del peri�dico era simplemente despertar el inter�s de los ni�os japoneses respecto a actividades espaciales, ya que su pa�s ha incursionado decididamente en el tema, y desde ahora orienta y motiva responsablemente la mente siempre inquieta de los ni�os, futuros cient�ficos espaciales. Pero result� tan novedoso el producto del experimento, que destacados f�sicos japoneses trataron, hasta donde sabemos sin �xito, de explicar los curiosos hechos observados. La idea que motiv� el experimento es bastante sencilla: se trataba de observar y explicar el fen�meno de la colisi�n entre dos esferas, una grande, l�quida, de agua, y otra peque�a, de acero. Un ca��n dispara las esferas de metal, una a una, a diferentes velocidades, contra la de agua, que se forma espont�neamente en la microgravedad por efecto de la tensi�n superficial. La esfera de agua se encuentra sobre un pedestal mientras es observada por una c�mara (v�ase la figura 23). La esfera de metal choca contra la de agua cerca del centro y, para sorpresa de todos, se adhiere con fuerza a esta �ltima, penetrando hasta cerca de la mitad de su di�metro, qued�ndose, por decirlo as�, en �rbita, capturada permanentemente por fuerzas de atracci�n entre las dos. En la misma figura, se observa una fotograf�a de la esfera de metal metida a la mitad. Cuando se aument� la velocidad del impacto, los hechos se repet�an, hasta que la velocidad fue suficiente (cerca de 1 500 mm/s) para que la met�lica atravesara, no sin dificultad, a la esfera de agua.

(a)

i )

ii )

(b)

iii )

Figura 23. (a) Esquema del dispositivo espacial para el estudio de colisiones entre esferas. (b) Fotograf�a del proceso de colisi�n, en condiciones de microgravedad, entre una esfera de agua y una de metal. i)Antes de la colisi�n; ii) la esfera de metal deforma la de agua sin penetrar; iii) ya en equilibrio la esfera de metal que parcialmente incluida en la de agua y girando a su alrededor como "en �rbita". El fen�meno fue observado por primera vez en microgravedad . Sus efectos han atra�do la atenci�n de f�sicos nucleares por sus caracter�sticas, que son formalmente an�logas a fen�menos nucleares.

Tratando de dilucidar este fen�meno, recordemos algunos hechos acerca de la interacci�n entre agua y s�lidos, por ejemplo: 1) el mojado de la superficie de un s�lido es un proceso selectivo que depende del tipo de s�lido y de l�quido; 2) el �ngulo que forma la frontera s�lido-l�quido depende de la intensidad de las fuerzas moleculares entre los dos y de las fuerzas intermoleculares del l�quido, pero como hay gas alrededor de la esfera de metal, la interfase adicional s�lido-gas participa en el balance de las fuerzas (por cierto, en el experimento espacial, est�n todas en equilibrio, ya que la esfera de metal se queda parcialmente dentro de la de agua de manera permanente). En pocas palabras, el fen�meno sencillo que observamos resulta en realidad de una compleja interacci�n f�sica entre los tres medios: el agua, el gas (nitr�geno) que rodea las esferas, y probablemente el tipo y rugosidad del metal de la esfera impactora. En principio, parece f�cil explicar lo observado; sin embargo, al adentrarnos en los posibles mecanismos que dominaron tal resultado vemos que el fen�meno empieza a complicarse; para explicar el fen�meno tienen una gran ventaja los fisicoqu�micos que conocen de los procesos de interacci�n entre materiales, pues saben mucho de factores como absorci�n, mojado, adhesi�n y otros eslabones de una cadena que se va complicando con rapidez hasta adentrarse en temas tan fascinantes y laber�nticos como la mec�nica cu�ntica.
Quiz� la moraleja m�s importante para nosotros, despu�s de saber del experimento de la colisi�n de esferas, es que tengamos en cuenta que, como en el caso de una pregunta tan sencilla como por qu� el cielo es azul, la naturaleza se nos revela como bastante complicada, y que rara vez evidencia sus secretos para permitirnos dar explicaciones sencillas o directas. Asimismo, podemos percatarnos de que las condiciones de microgravedad abren camino a nuevos y poderosos experimentos para entender un poco m�s acerca de los intrincados fen�menos de la tensi�n superficial.
MATERIALES BIOL�GICOS EN MICROGRAVEDAD
Una de las aplicaciones biom�dicas m�s importantes relacionadas con el procesamiento de materiales en condiciones de microgravedad, es la purificaci�n o separaci�n de mol�culas bioqu�micas y otras part�culas por medio de la t�cnica de electroforesis. Esta t�cnica aprovecha la diferente migraci�n de part�culas cargadas el�ctricamente dentro de un fluido, que es provocada por un campo el�ctrico. Estudios recientes han demostrado la posibilidad de producir sustancias activas cuatro veces m�s puras en la �rbita terrestre, a la vez de que el tiempo para purificarlas es siete veces menor que en los laboratorios terrestres. Hasta el momento, las investigaciones se han orientado a la producci�n de medicamentos y sustancias de alto valor agregado, como el alfa-l-timos�n y el interfer�n, f�rmacos que se utilizan en la lucha contra el c�ncer y hoy d�a contra el SIDA. La eficiencia de los equipos en �rbita se debe de nuevo a la ausencia del transporte convectivo causado por las fuerzas de flotaci�n y sedimentaci�n que, en general, causan desplazamientos cientos de veces mayores que la migraci�n provocada por campos el�ctricos, as� que en tierra este proceso no es muy eficiente, si lo comparamos con su versi�n espacial.
Para comprender la electroforesis, es necesario recordar que muchas biomol�culas, como las enzimas y las hormonas, poseen una distribuci�n asim�trica de carga el�ctrica, es decir, que la forma en que se reparten las cargas el�ctricas es distinta de una regi�n a otra debido a la presencia de los llamados macroiones. Al establecer una tensi�n el�ctrica entre dos electr�dos, como las bater�as, inmersos en la soluci�n que contiene las sustancias, algunas mol�culas, debido a su carga, se ir�n hacia uno de los electrodos, mientras que otras ser�n atra�das al contrario. Sometiendo parte de la soluci�n cercana a cualquiera de los electrodos a un nuevo campo el�ctrico, y realizando esta operaci�n en repetidas ocasiones, el material m�s cercano al �ltimo electrodo ser� de una mayor concentraci�n o pureza, ya que en cada paso sucesivo se han ido atrayendo mol�culas del signo contrario al del electrodo, hasta lograr la separaci�n o purificaci�n de alguna mol�cula o mineral en particular, que sea de nuestro inter�s.
El efecto de la separaci�n se logra no s�lo por el campo el�ctrico, sino por la velocidad que cada mol�cula tiene en su camino hacia uno de los electrodos, lo que domina adem�s el proceso de purificaci�n. Pueden existir muchas mol�culas con distribuciones de carga similares, pero no todas ellas viajar�n a la misma velocidad, hecho que se debe a varios factores, entre los cuales uno de los m�s importantes es la forma. La forma de un objeto determina la velocidad a la que puede movilizarse dentro de un fluido bajo el efecto de una fuerza dada, en el que todas las mol�culas est�n afectadas por la aplicaci�n del campo el�ctrico.
Resulta ilustrativo conocer un hecho reciente en relaci�n con las actividades farmac�uticas en �rbita. Una empresa estadunidense ha firmado un acuerdo con los organismos espaciales de la Uni�n Sovi�tica, para llevar a cabo experimentos farmac�uticos en la estaci�n espacial permanente Mir. Esta empresa privada solicit� los servicios sovi�ticos debido a que los EUA carecen de una estaci�n orbital propia (probablemente tarden cerca de 10 a�os en establecerla). Los experimentos consisten en provocar y observar el crecimiento de prote�nas cristalizadas, ya que s�lo con prote�nas en estado s�lido y cristalizado se pueden estudiar con precisi�n las secuencias de amino�cidos que conforman las estructuras prote�nicas, por medio de la t�cnica de difracci�n de rayos X. Con este ejemplo se pueden ratificar una vez m�s las ventajas de la cooperaci�n espacial internacional; de otra manera se dejar�a de lado el avance de la humanidad en rubros tan importantes como el mencionado, por lo que se debe esperar que este tipo de acontecimientos se conviertan en algo com�n a pesar de algunas corrientes irracionales que se oponen persistentemente a esta realidad.
Es previsible que en un futuro muy cercano sean instalados en la �rbita ingenios importantes para la fabricaci�n de f�rmacos muy diversos. Adem�s de la sustancia alfa-l-timos�n, fabricada por los sovi�ticos en �rbita, cabe mencionar tambi�n los esfuerzos realizados en el transbordador espacial estadunidense, que ha puesto en �rbita, en tres ocasiones diferentes, una f�brica experimental para producir una prote�na, la llamada eritropoyetina, que sirve para fomentar la producci�n de gl�bulos rojos. Esta f�brica estaba operada por Ch. Walker, un ingeniero especialista que buscaba optimar el proceso de electroforesis en �rbita, y que por esta raz�n es de las pocas personas que han subido hasta tres veces a la �rbita terrestre, aunque recientemente se ha cancelado tal esfuerzo debido a la incertidumbre de los vuelos y a la competencia de t�cnicas como la ingenier�a gen�tica. Sin duda, los materiales biol�gicos producidos en �rbita ser�n los que lleven la biomedicina a los resultados m�s espectaculares en tierra, en vista de la alta pureza alcanzada en la �rbita terrestre; asimismo, se debe esperar un impulso adicional y complementario de la mencionada ingenier�a gen�tica, que no dudo aprovechar� en el futuro las ventajas de las condiciones ambientales en la �rbita.
LOS S�LIDOS EN EL ESPACIO
Todo material s�lido utilizado en la pr�ctica de la ingenier�a posee propiedades instauradas durante su proceso de producci�n, buena parte durante su fase l�quida (cuando est� fundido); otras se logran con el tratamiento t�rmico al que se somete la pieza acabada. Comprender el origen de las propiedades de los materiales requiere que se identifiquen las etapas cr�ticas de su manufactura y que se analicen apropiadamente en lo que se refiere a la evoluci�n de su microestructura. En el ejemplo de las aleaciones met�licas, ve�amos que su resistencia depende del tama�o y forma de sus granos o cristales, los cuales se crean durante el enfriamiento y solidificaci�n; en gran medida dicha resistencia depende tambi�n de la uniformidad con la que los diferentes componentes se distribuyen en la aleaci�n.
En la microgravedad, esos cristales crecen menos, pero m�s uniformemente, por lo que materiales solidificados en �rbita adquieren propiedades diferentes, la mayor�a de las veces deseables. Algunos de estos resultados se conocen desde hace tiempo, sin embargo queda mucho por entender en cuanto al procesamiento de materiales en el espacio y resta todav�a evaluar cu�les ser�n las propiedades m�s favorecidas y �tiles. Se sabe, por ejemplo, que al comenzar el proceso de solidificaci�n se forman unas "islas" de �tomos que se agregan ordenadamente, en las que se inicia el crecimiento de los granos cristalinos; esto ocurre simult�neamente en varios puntos del material fundido; lo que se desconoce es el crecimiento, y en la Tierra la gravedad influye y causa el desplazamiento de dichas islas en las corrientes convectivas, lo que hace imposible el an�lisis at�mico por medios como la microdifracci�n de rayos X, t�cnica con la que se produce una especie de proyecci�n macrosc�pica, que hace visible la posici�n de los �tomos en alguno de los cristales. En �rbita se podr�a aprovechar un dispositivo que permitiera visualizar el crecimiento de tales islas, ah� est�ticas por la ausencia de convecci�n. El dispositivo de estudio consistir�a, quiz�, en un metal entre dos placas de vidrio separadas unas micras, y un calentador capaz de fundir el metal, que luego se enfriar�a y se solidificar�a. Mientras por uno de sus lados se irradiar�a el metal con rayos X, y por el otro se captar�an los patrones de difracci�n con un detector de rayos X. Es previsible que con este tipo de arreglo se pueda seguir el proceso de coalescencia o formaci�n de islas, desde la fase casi l�quida hasta la s�lida, informaci�n de gran valor explicativo sin duda para quienes trabajan en la investigaci�n de las propiedades microestructurales de los materiales s�lidos. Un esquema de esta idea se presenta en la figura 24.

Figura 24. Esquema de un experimento exploratorio para el estudio del proceso de solidificaci�n y coalescencia de granos met�licos.

Hay diversos tipos de sensores y detectores de rayos X; quiz� el m�s conocido son las placas fotosensibles que se utilizan en las radiograf�as m�dicas. Sin embargo, para captar im�genes en el espectro, la tendencia moderna se aleja cada vez m�s de los materiales fotosensibles, tipo fotogr�fico, para adentrarse en la optoelectr�nica, campo que combina la �ptica y la electr�nica, y que tambi�n se denomina electro�ptica. Los experimentos en microgravedad con cristales, que tienen aplicaciones importantes en la t�cnica moderna, han tenido hasta ahora resultados muy alentadores. Por ejemplo, en el crecimiento de compuestos de silicio, galio y germanio, materiales en los que se fundamenta la industria microelectr�nica y la �ptica, s� contrastamos experimentos terrestres y espaciales, observamos que la estructura cristalina del material espacial es considerablemente m�s uniforme que su contraparte terrestre, aun cuando el crecimiento o aumento de masa es menor en la �rbita. En �ste y en otros casos, el material crecido en el espacio es claramente superior, debido a que los fen�menos microgravitatorios enfatizan sus propiedades de m�s utilidad pr�ctica, al grado de que justifica plenamente el costo del experimento exploratorio, a pesar de ser �stos los primeros intentos.
Otros s�lidos susceptibles de aprovechar la microgravedad son los materiales fibrosos y los cer�micos, as� como sus posibles mezclas. Entre los materiales m�s novedosos por sus propiedades extraordinarias, mencion�bamos los pl�sticos reforzados con fibras microsc�picas de carbono, vidrio, boro, cer�mica o metales como tungsteno y titanio, todos ellos abundantes en M�xico, por cierto. La propiedad que hace a estos materiales tan atractivos es su combinaci�n de alta resistencia y bajo peso. Sin embargo, una limitante que frecuentemente encontramos en las propiedades de estos materiales resulta de la concentraci�n o relocalizaci�n de las fibras dentro de la matriz de termopl�stico o cer�mica, efecto a su vez de la diferencia de densidad y propiedades t�rmicas de las fibras con respecto a la matriz que las sustenta. Estos factores, que podr�amos denominar microsegregaci�n, son resultado principalmente del transporte causado por fuerzas de flotaci�n y del empuje que genera un frente de solidificaci�n o frente de enfriamiento, en las fibras, aun sin llegar a tocarlas; por ello incluimos tambi�n estos materiales en la lista de los que se ver�an favorecidos con su fabricaci�n en microgravedad.
FLUJO EN CONDICIONES DE TENSI�N SUPERFICIAL DOMINANTE
Es tambi�n curioso y sorprendente el comportamiento de un flujo en condiciones de microgravedad. Como en los casos anteriores, no se trata de efectos nuevos, sino de efectos cuya presencia se oscurece por el fen�meno de convecci�n presente en los laboratorios terrestres: el flujo es poco conocido sin los efectos de dicho fen�meno. Dado que en condiciones de microgravedad las fuerzas de flotaci�n y las corrientes convectivas se reducen cientos de veces, el transporte de materia dentro del flujo se debe exclusivamente a los siguientes factores: 1) termoforesis, que es el transporte generado por una diferencia t�rmica que act�a, por ejemplo en el caso de una burbuja, por la variaci�n de la tensi�n entre cada una de las partes de su superficie; 2) electroforesis, donde el transporte obedece al efecto de un campo el�ctrico sobre mol�culas cargadas y, por �ltimo, 3) transporte por difusi�n qu�mica, en donde, debido a diferencias de concentraci�n (gradiente), el proceso de difusi�n tiende a ser el �nico causante del transporte de mol�culas y part�culas de un punto a otro dentro de un fluido. Varias investigaciones han sido enfocadas al transporte de burbujas por efectos t�rmicos, debido a las repercusiones pr�cticas que este tipo de problemas presenta, como en el caso de un tanque parcialmente lleno de combustible en �rbita, y que recibe radiaci�n solar en una sola de sus caras. Tema, por cierto, que fue motivo de estudio de un destacado investigador de la Facultad de Ingenier�a de la UNAM. Las caracter�sticas especiales del flujo, en ausencia de fuerzas de flotaci�n, no siempre trabajan en favor de un proceso de producci�n de materiales en �rbita. Tomemos como ejemplo el caso de vidrios �pticos: por un lado, es atractiva la distribuci�n heterog�nea de los componentes de vidrios durante su proceso de solidificaci�n, es decir, la formaci�n de una microestructura y distribuci�n de componentes de manera uniforme. Tambi�n es atractiva la ausencia de esfuerzos mec�nicos causados en la Tierra por el crisol de fundici�n. Sin embargo, lo que no es favorable en el caso de los vidrios, es precisamente la falta de fuerzas de flotaci�n, que en tierra permiten que se puedan extraer las microburbujas de aire que degradan las caracter�sticas �pticas de una lente, aunque aqu� puede participar el ultra alto vac�o de la �rbita.
Resulta tambi�n muy interesante el estudio de interfases l�quido-l�quido en las que la interacci�n, en ausencia de convecci�n, se reduce al intercambio de calor y a la interacci�n qu�mica entre ellos, lo que hace posible procesos muy delicados de mezclas de diferentes materiales conteniendo potencial te�rico-pr�ctico. Asimismo, se pueden realizar mediciones de conducci�n t�rmica entre l�quidos que en tierra son dif�ciles, o imposibles, debido a los desplazamientos que las corrientes de convecci�n causan en las interfases inestables.
LAS SUPERESPUMAS
Un ejemplo interesante que combina la necesidad de microgravedad y la de controlar precisamente la tensi�n superficial, lo tenemos en la fabricaci�n en �rbita de inmensas estructuras, basadas en lo que podr�amos denominar "superespumas", y que se planea utilizar, en su versi�n pac�fica, en la construcci�n de espejos para iluminaci�n nocturna de ciudades y sembrad�os.
Las superespumas se fabrican como cualquier material esponjoso, es decir, por medio de burbujas de diferentes tama�os adheridas unas a otras en el contacto de sus paredes, y formando geometr�as tan caprichosas como desea su dise�ador. A diferencia de los materiales terrestres, estas espumas tienen burbujas de varios metros de di�metro, y paredes de d�cimas de mil�metro o menos. En tierra, con la gravedad, no puede lograrse que crezcan a tales tama�os, porque, como ocurre con las burbujas de jab�n, se adelgazan en la parte superior hasta romperse: un efecto del campo gravitatorio. Para algunos, esto sonar� a pura ficci�n, pero para otros, que ya vimos el intento de fabricar burbujas de epoxi hasta de un metro, nos es no s�lo cre�ble, sino hasta estimulante, ver que ya se dieron los primeros pasos pr�cticos para crear millones de burbujas unidas para formar materiales esponjosos. Los tama�os que se espera sean de utilidad para estos espejos son impresionantes: de varios cientos de metros hasta varios kil�metros por lado, con espesores en metros. En tierra estas estructuras no pueden mantener ni siquiera su propio peso, pero en �rbita, pueden crecer y crecer hasta ser gigantescas, ya que no pesan nada. Antes de dar por terminado el tema de la tensi�n superficial, repasemos las repercusiones que el manejo consciente de las fuerzas de tensi�n superficial tiene en la actividad cotidiana de la sociedad, ya que casi todos las desconocemos. La tensi�n superficial, y los fen�menos directamente dependientes de ella, son los principales protagonistas en hechos tan comunes como el te�ido de telas, el corte de metales y su soldadura, la perforaci�n de pozos, la impermeabilizaci�n de textiles, el uso eficaz de insecticidas, la resistencia de adhesivos, el lavado de ropa, la extracci�n y purificaci�n de minerales, la soldadura de circuitos electr�nicos, y miles de cosas m�s. Y vale la pena se�alar un aspecto m�s: �qu� pasar�a si el experimento japon�s se ampliara para incluir la colisi�n de esferas de diferentes l�quidos, o con variaciones de temperatura, y por tanto con diversas tensiones superficiales? �Qu� nuevos e interesantes fen�menos observar�amos? �C�mo afecta la ausencia de gravedad todos estos procesos cotidianos?
Seguramente la microgravedad producir� en algunos casos, resultados desconcertantes; en otros, estos experimentos ser�n favorables para aumentar el acervo de explicaciones de fen�menos poco comprendidos. Con los ejemplos anteriores podemos ver que la experimentaci�n espacial encierra un potencial verdaderamente impredecible, en el que tenemos que participar, pues no hacerlo ser�a sacrificar a la insensatez y a la dependencia algunos insospechados medios �tiles a nuestro desarrollo.