La Singularidad Desnuda

Un universo impredecible de pensamientos y cavilaciones sobre ciencia, tecnología y otros conundros

Posts Tagged ‘Marte’

Posible impacto de 2007WD5 sobre Marte el 30/01/08

Posted by Carlos en diciembre 22, 2007

Actualización (03/01/2008): Las posibilidades de impacto se reducen ligeramente a un 3.6% en una nueva estimación más ajustada.

Actualización (29/12/2007): Una nueva estimación más ajustada de la trayectoria de 2007WD5 ha reducido la zona de incertidumbre a 400,000 km, e indica que las probabilidades de impacto se triplican: ahora son del 3.9% (1 entre 25).

2007WD5 es uno de los múltiples objetos próximos a la Tierra catalogados hasta la fecha. Su órbita le lleva en torno al Sol a una distancia de entre 1.01AU y 4.06AU, empleando unos 1476 días para completar su traslación. Lo que hace en estos momentos especial a este objeto (cuyo diámetro es de entre 40m y 90m) es que para finales de enero del año próximo -concretamente para el 30 de enero, sobre las 10:55 UT- existe una posibilidad del 1.3% de que impacte sobre Marte. Esta probabilidad -aún siendo pequeña en término absolutos- no es nada despreciable para lo que suele ser habitual con este tipo de objetos. La estimación actual es que pasará a unos 50,000 km de la superficie de Marte, pero la zona de incertidumbre se extiende a lo largo de un millón de kilómetros, lo que pone a Marte en el punto de mira. La figura inferior muestra una animación de la trayectoria de 2007WD5 y la zona de incertidumbre de la misma.

De producirse un impacto, éste sería sobre la zona ecuatorial de Marte. 2007WD5 impactaría a una velocidad de 13.5 km/s, y liberaría una energía equivalente a una explosión de 3MT (esto es, del mismo orden de magnitud que el evento de Tunguska). Un impacto de estas características podría producir un cráter de 1km de diámetro, similar al Meteor Crater de Arizona. Presenciar un evento de estas características constituiría más allá de la espectacularidad del mismo, una extraordinaria fuente de información sobre los efectos que el impacto de un asteroide tiene sobre un planeta rocoso. Y como dice el bien conocido refrán, cuando las barbas de tu vecino veas pelar…

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Una perspectiva tridimensional del Cráter Maunder en Marte

Posted by Carlos en octubre 27, 2007

Edward Walter Maunder fue un astrónomo británico que vivió a caballo entre el s. XIX y el s. XX, y que ha pasado a la historia por su estudio del ciclo magnético solar, y la identificación del periodo de casi total ausencia de manchas solares entre 1645 y 1715 hoy conocido como mínimo de Maunder. No es ésta la única manera en la que su nombre ha pasado a la Historia sin embargo. También estudio Marte, y dedujo tanto que los supuestos canales no eran más que una ilusión óptica, y que en dicho planeta no podía haber vida como la terrestre debido a las diferentes condiciones ambientales. En su honor hay sendos cráteres de impacto en la Luna y en Marte que se denominan Cráter Maunder.

Recientemente la Mars Express ha conseguido unas impresionantes imágenes del Cráter Maunder con la HRSC (cámara estéreo de alta resolución). Este cráter se encuentra en la región Noachis Terra, en el hemisferio Sur marciano (50º S, 2º E), a mitad de camino entre la Argyre Planitia y la Hellas Planitia. El cráter tiene un diámetro de 90 km, pero una profundidad de sólo 900 m, dado que se ha ido rellenando de material debido a corrimientos de tierra. La imagen inferior muestra una perspectiva del cráter obtenida a partir de un modelo digital del terreno calculado con los datos de los canales estéreo de la HRSC.

Maunder crater - Credits: ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)
Credits: ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)

La parte más occidental del cráter experimentó un gran corrimiento de tierras, con la consiguiente formación de barrancos debidos al transporte de material. La zona de transición entre esta ladera del cráter y el fondo del mismo es sumamente irregular, mientras que en la parte más oriental hay una garganta de 700 m de profundidad, en cuya parte superior se aprecian también barrancos (atribuibles a corrimientos de tierra, o quizás a filtraciones de agua). El interior oscuro del cráter es debido a la presencia de barjanes, un tipo particular de duna que podemos encontrar también en la Tierra (por ejemplo en el desierto del Namib), cuyo tamaño oscila ente los 500 m y los 2500 m.

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El mineral clave para que la Tierra sea el Planeta Azul

Posted by Carlos en septiembre 28, 2007

En más de una ocasión hemos hablado de Marte como un mundo geológicamente muerto, y cómo esto supone una traba importante a la hora de que se pueda desarrollar vida en él. La actividad geológica es fundamental a la hora de reciclar materiales, y juega un papel crucial a la hora de renovar la atmósfera gracias a las emisiones gaseosas del interior planetario. La Tierra es un buen ejemplo de ello. La presencia de agua y oxígeno en la superficie terrestre se produce gracias a la convección del manto, y a un interesante proceso mediante el que el oxígeno presente en el interior de la Tierra emerge al exterior. Dicho proceso ha sido estudiado por Arno Rohrbach y colaboradores, de la Universidad de Bonn y otras cinco instituciones distintas, en un trabajo titulado

publicado en Nature. A grandes rasgos, el proceso que nos interesa comienza cuando el material superficial se hunde en las profundidades terrestres en las zonas de subducción. En su camino hacia el interior de la Tierra arrastran consigo oxígeno en forma de óxido de hierro que representa alrededor de un 8% de la composición del manto. En el interior del manto el óxido de hierro sufre diferentes transformaciones debido a la extrema temperatura y presión (miles de grados y más de 1 millón de atmósferas en el manto inferior). A grandes profundidades el óxido de hierro se transforma en ferropireclasa, pero a profundidades menores -por encima de la zona de transición entre el manto inferior y el superior- se transforma en majorita. Este mineral puede considerarse en cierta medida un almacén de oxígeno, ya que a medida que la convección lo traslada de nuevo hacia la superficie, se vuelve inestable ante la baja presión, y libera el oxígeno. Parte de este oxígeno se incorpora directamente a la atmósfera, y parte se combina con el hidrógeno que emana constantemente del interior de la Tierra, dando lugar a vapor de agua.

Majorita (credit: Joseph Smyth)
Credit: Joseph Smyth, University of Colorado

Sin la existencia de este proceso de renovación atmosférica y reciclado de materiales, la Tierra pronto devendría en un planeta seco y pobre en oxígeno atmosférico como Marte. De hecho, el tamaño comparativo de ambos planetas juega aquí un papel importante, ya que al ser la Tierra un planeta mayor, también lo son las presiones y temperaturas interiores, es posible la formación de este tipo de minerales, y durante más tiempo se puede mantener el proceso de convección. En este sentido, es destacable que mientras el contenido en óxido de hierro del manto terrestre roza el 8%, en Marte llega al 18%. Por las mismas causas se produce otro hecho fundamental: el campo magnético que protege a la Tierra de la radiación cósmica, campo que es originado por la existencia de un núcleo metálico cuya capa externa es líquida. Las características de presión y temperatura en el interior de la Tierra, unidas a la precipitación de hierro desde el manto son responsables de ello.

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La hipótesis de un antiguo Marte húmedo hace aguas

Posted by Carlos en septiembre 22, 2007

El último número de Science está dedicado en gran parte al análisis de los datos que la Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) ha proporcionado en los 100 primeros días de estudio de la historia hidrológica de Marte. La posible existencia de agua en estado líquido en la superficie marciana es algo a lo que se viene dando vueltas desde que Percival Lowell creyera descubrir los célebres canales allá por finales del siglo XIX, y una de cuyas últimas vueltas de tuerca fue la detección en 2005 de barrancos recientes, consistentes con flujos líquidos. Sin embargo, los últimos datos proporcionados por la MRO no parecen apoyar esta conclusión. Es interesante a modo de resumen leer la introducción al número especial, titulada

A grandes rasgos, muchas de las evidencias geológicas que se asumían indicadoras de la presencia de agua líquida (fondos oceánicos, lechos fluviales, etc.) pueden ser ahora reinterpretadas como producidas por flujos de lava. Éste es el caso también de los barrancos recientes que tanta expectación levantaron en su momento, y que parecen ahora producidos por corrimientos de materiales sólidos (arena, polvo, rocas, …). No obstante, sí parece que otros barrancos más antiguos hayan podido ser producidos por flujos de agua líquida.

Gullies with Characteristics of Water-Carved Channels
Credit: NASA/JPL/University of Arizona

La imagen superior muestra una imagen de los barrancos cerca del área de Gorgonum Chaos, una zona de terreno caótico. Estos barrancos están en una zona cuya pendiente no permite que se produzcan corrimientos masivos del tipo que ha podido dar lugar a otros barrancos. La existencia de fracturas poligonales en algunos lugares indica a su vez que estos barrancos son más antiguos, ya que han estado sujetos a procesos de erosión por permafrost. Puede econtrarse un análisis de los canales en esta zona en un artículo de A.S. McEwen y colaboradores, de 12 instituciones diferentes, titulado

publicado en este número especial de Science. La presencia de cráteres de impacto cerca de este tipo de barrancos sugiere una relación causal entre ellos, y que los flujos de agua se originaran debido al calor generado por la colisión de meteoritos contra la corteza rica en hielo.

Aunque estas conclusiones preliminares suponen un jarro de agua fría (congelada) para las expectativas de que en el pasado Marte fuera más acogedor para una vida similar a la terrestre, huelga decir que hay que esperar a que la MRO proporcione más datos sobre la superficie marciana. En particular, sigue siendo factible que bajo la superficie de un joven Marte geológicamente activo se generara el calor necesario para permitir agua líquida. Las evidencias de este hecho -si realmente se produjo- habrá que buscarlas mediante la recuperación de muestras del terreno, así que toca esperar.

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¿Extremófilos en Marte? Posible uso biológico de agua oxigenada como fluido intracelular

Posted by Carlos en agosto 25, 2007

En la discusión sobre las posibilidades para el desarrollo de la vida fuera de la Tierra que surgió a cuento de la paradoja de Fermi salió varias veces el caso de Marte y su inhóspito ambiente para la vida terrestre: atmósfera muy débil y sin oxígeno, temperaturas muy bajas, y bombardeo continuo de rayos ultravioleta sobre la superficie. No obstante, este ambiente no fue siempre: hay evidencia geológica de que en el pasado el clima marciano fue húmedo y más cálido, y que en la superficie del joven Marte se formaron desde lagos a océanos. Incluso en épocas más recientes se ha podido producir la presencia esporádica de agua superficial. No resulta descabellado pensar que durante esta acogedora época pasada pudiera haber surgido algún tipo de vida, y que ésta de algún modo haya podido irse adaptando a los cambios ambientales que se han producido en Marte.

¿Qué posibilidades hay para adaptarse a la vida en Marte? Como resumen Dirk Schulze-Makuch, de la Washington State University, y Joop M. Houtkooper, de la Justus-Liebig University of Giessen, en un trabajo titulado

publicado en las actas de la conferencia Lunar and Planetary Science XXXVIII (celebrada en marzo de este año), hay tres opciones:

  1. Adaptarse a la subsistencia al entorno sin nutrientes de debajo la superficie mediante la adopción de un estilo de vida psicrofílico.
  2. Adoptar un estilo de vida formado por ciclos de hibernación profunda cuando las condiciones son adversas y de proliferación profunda cuando esporádicamente se produce un episodio de agua superficial.
  3. Adaptarse a las condiciones marcianas a través de cambios bioquímicos.

Esta tercera posibilidad es en la que se centran los autores en el citado artículo, en el que discuten la hipótesis de la inclusión de peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) en los fluidos intracelulares de los organismos. Se trata de una hipótesis muy interesante, y que también estudian con más detalle en otro trabajo titulado

Viking Lander 1 sitepublicado en el International Journal of Astrobiology (preprint disponible aquí) Básicamente esta hipótesis intenta proponer una posible bioquímica adaptada al ambiente marciano, consistente con los resultados de los experimentos de la misión Viking (que aunque detectó cambios químicos en la superficie, parecían descartar vida de acuerdo con los patrones de la misma en la Tierra). La justificación de la hipótesis recae en las propiedades que una mezcla de H2O y H2O2 tendría, y cómo éstas se ajustarían a las necesidades de un hipotético organismo marciano. Para empezar, el punto de congelación se reduciría notablemente, pudiendo llegar a -56.5ºC en el caso de una mezcla con el 61.2% de H2O2. Esto permitiría permanecer activos a dichos organismos a las temperaturas usuales en Marte. Incluso si éstas bajan del punto de congelación, una mezcla con alto porcentaje de H2O2 puede sobreenfriarse y no formar cristales de hielo que rompan las membranas celulares u otras estructuras internas. Por otra parte, la mezcla sería altamente higroscópica, permitiendo al organismo capturar moléculas de agua presentes en forma de vapor en el ambiente. Precisamente por esta capacidad de capturar agua, un exceso de la misma -por ejemplo, durante los experimentos de la Viking en los que se vertió agua sobre suelo marciano- tendría efectos contraproducentes por hiperhidratación (un organismo de este tipo posiblemente encontraría letal la atmósfera terrestre, cálida y rica en vapor de agua).

Según muestran los autores, el agua oxigenada podría producirse bioquímicamente mediante un proceso de fotosíntesis:

CO2 + 3H2O + energía solar CH2O + 2H2O2

y ser luego empleada como fuente de energía mediante su descomposición de H2O y O2:

2H2O2 2H2O + O2

Esto es consistente con los resultados de la Viking que detectaron liberación de oxígeno en el suelo marciano. En un entorno de humedad limitada la hipótesis sería que dicho oxígeno tendría origen metabólico, y tras la humidificación provendría de la posible descomposición de estos hipotéticos organismos.

La verdad es que esta hipótesis resulta en su conjunto sorprendente en primera instancia, ya que si por algo es conocida el agua oxigenada es por su uso desinfectante y de eliminación de bacterias. Sin embargo, los autores apuntan una lista de organismos terrestres que emplean o sintetizan H2O2 de manera habitual (por ejemplo, el escarabajo bombardero emplea una solución al 25% de peróxido de hidrógeno como herramienta defensiva). No obstante, todos estos ejemplos palidecen ante ante el papel central que el H2O2 jugaría en estos hipotéticos organismos.

Quizás la Mars Phoenix pueda arrojar algo de luz sobre esta hipótesis. El punto de aterrizaje de la sonda está en una región con características idóneas para una bioquímica como la descrita. Según la estimación de los autores basada en los datos de la Viking, en un gramo de suelo marciano la biomasa teorizada sería de 1330 partes por millón. Una detección de calor proveniente de reacciones exotérmicas apuntaría entonces en la línea de la presencia de formas de vida microbiana.

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El magnetismo de las rocas de Marte

Posted by Carlos en agosto 17, 2007

Viking on Mars¿Qué diferencias hay entre una roca de Marte y otra de la Tierra? Dependerá de la roca por supuesto, pero vamos a suponer que las dos son de composición química similar. ¿Habría entonces alguna diferencia notable? Pues sí: con gran probabilidad la roca de Marte estaría magnetizada mientras que la de la Tierra no. Esto puede resultar extraño a la vista de que mientras que la Tierra tiene un nada desdeñable campo magnético activo (que entre otras cosas nos protege de la radiación cósmica), Marte no lo tiene. La sorprendente explicación es que dicho magnetismo es una reliquia de hace más de mil de millones de años, cuando Marte era un planeta geológicamente activo que disfrutaba de un campo magnético análogo al de la Tierra. Entonces, ¿por qué no observamos ese fenómeno en la Tierra? La respuesta es que sí lo observamos, aunque no es lo más común. La mayor parte de las rocas terrestres tienen magnetismo inducido, esto es, alinean su momento magnético con el de la Tierra. A medida que la tectónica de placas hace que las masas continentales circulen, dicho magnetismo inducido cambia gradualmente, siempre de acuerdo con la alineación del campo magnético terrestre.

Sin embargo, no todas las rocas terrestres exhiben este tipo de magnetismo inducido. Hay algunas en las que su momento magnético permanece alineado con el que tenía la Tierra en el momento en el que la roca se creo. Se habla en este caso de magnetismo remanente. Podemos encontrar ese magnetismo remanente en diferentes formaciones rocosas terrestres. Por ejemplo, Phillip W. Schmidt y colaboradores, del CSIRO Industrial Physics de Australia y del Geological Survey de Noruega acaban de publicar un trabajo titulado

en el Journal of Geophysical Research. En este trabajo estudian la Peculiar Knob Formation sita en el Sur de Australia, de más de mil millones de años de antigüedad y con un magnetismo remanente más de 30 veces superior al de otras rocas de similar composición. La clave de dicho magnetismo está en la microestructura de la roca, y en la presencia de hematita con inclusiones nanométricas de magnetita en el interior de la formación rocosa. Un fenómeno similar se da en algunas zonas de Noruega, en las que el campo magnético remanente es tan fuerte que cancela más de la mitad del campo magnético terrestre, y hace imposible por ejemplo usar una brújula en dicha área. En este caso la presencia de nanopartículas de ilmenita dentro de los bloques de hematita crea un campo magnético estable que puede persistir durante eones. Puede verse por ejemplo el trabajo de Peter Robinson y colaboradores titulado

publicado en Nature hace cinco años. ¿Tendrán las rocas de Marte la misma microestructura? Habrá que ir allí a por unas cuantas y estudiarlas.

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Un fallo de punteros acabó con la Mars Global Surveyor

Posted by Carlos en abril 14, 2007

Cuando hace poco más de cinco meses la Mars Global Surveyor perdió contacto con la Tierra, La NASA formó un comité interno para estudiar las causas. Los resultados del informe se hicieron públicos ayer mismo, reconstruyendo la cadena de eventos que dieron lugar a la pérdida final de la sonda. A grandes rasgos, el error crítico que desencadenó todo fue un fallo en la escritura en memoria de la nave, que tuvo lugar al intentar corregir un error no-crítico anterior. Básicamente, la situación fue la siguiente:

  • Los sistemas de la nave están deseñados con redundancia, precisamente para hacerla más robusta ante posibles fallos de equipamiento o de programación. Así por ejemplo, los parámetros de control de la sonda se almacenan por duplicado, y cualquier inconsistencia entre las dos copias dispara una alerta de seguridad. Uno de estos parámetros hace referencia a la orientación de una de las antenas de la sonda (HGA), y se actualizó en septiembre de 2005 en dos momentos diferentes cada una de las dos copias. Durante este proceso, los datos se introdujeron con diferente precisión en cada ocasión. La diferencia era en la práctica irrelevante y no conllevaba ningún peligro, pero fue detectada por los sistemas de seguridad por lo que fue necesaria una actualización en junio de 2006. Durante la misma tuvo lugar el error crítico: el valor corregido se escribió en una dirección de memoria incorrecta. Esto afectó a los límites de seguridad de los paneles solares, y corrompió la dirección en la que debía apuntar la HGA durante una contingencia.
  • En noviembre de 2006 se mandaron instrucciones rutinarias a la sonda para reposicionar uno de sus paneles solares, pero la corrupción en el límite de seguridad hizo que el panel girará hasta el límite físico. En ese momento, la sonda interpretó que uno de los paneles estaba atascado por lo que entró en modo de contingencia con tan mala fortuna que una de las baterías quedó expuesta directamente al Sol. Dicha batería se sobrecalentó, lo que fue nuevamente erróneamente interpretado como una sobrecarga, lo que condujo a que se interrumpiera su recarga, y se pasara a la batería de reserva. Ésta no pudo soportar toda la carga eléctrica de la sonda, por lo que en un plazo de 12 horas ambas baterías se descargaron completamente.
  • Aunque la sonda esta orientada correctamente hacia la Tierra, la dirección en la que la HGA debía apuntar en ese caso estaba corrompida, por lo que fue imposible la comunicación con el equipo de seguimiento en tierra, y la detección de las falsas alarmas.

Como puede verse, la cadena de eventos fue realmente desafortunada, y aunque se parte de un fallo de programación, el informe de la NASA afirma que se siguieron los protocolos y procedimientos correctamente. No se culpa directamente a la reducción del presupuesto, pero sí se dice que con más medios quizás hubieran sido posibles revisiones periódicas que hubieran detectado el fallo antes de que se produjera.

Mars Global Surveyor

Sea como fuere, este lamentable accidente pone fin a una misión de 10 años, cinco veces más de los dos años iniciales planeados. Fue precisamente el valor científico de los datos proporcionados por la sonda lo que motivó que se extendiera tanto la misión. Cuando se habla de sacarle valor al dinero invertido en el programa espacial, sin duda esta misión ha de ser uno de los ejemplos. Al margen de esto, hay una moraleja doble para los estudiantes de informática: (1) hasta los ingenieros de la NASA comenten errores con los punteros, y (2) si queremos algún día conquistar el espacio, ¡estudia bien los punteros for favor!

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Las cuevas de Marte: ¿Refugio para la vida?

Posted by Carlos en marzo 23, 2007

Aunque desde siempre Marte ha sido uno de los planetas sobre los que se ha conjeturado en relación con la posibilidad de vida extraterrestre, hay que reconocer que allí las condiciones superficiales no son nada halagüeñas en ese sentido. La atmósfera es muy tenue, con una presión atmosférica inferior a un 1% de la terrestre, y el campo magnético es virtualmente inexistente. Esto hace que la superficie esté continuamente expuesta a radiación esterilizante, al bombardeo de micrometeoritos, y a enormes diferencias de temperatura entre el día y la noche (de más de 60ºC). Si a esto se añade la casi o totalmente inexistente actividad geológica que impide el reciclaje de minerales entre la superficie y el interior del planeta, sólo puede concluirse que el ambiente es muy inhóspito para la vida.

Sin embargo, un reciente descubrimiento abre nuevas posibilidades que merecen sin duda ser exploradas. Se trata de la identificación en las laderas del Arsia Mons (un volcán situado en la región de Tharsis) de lo que parecen ser las bocas de cuevas subterráneas. El descubrimiento se ha realizado a través de datos proporcionado por el THEMIS (Mars Odyssey Thermal Emission Imaging System), uno de los instrumentos a bordo de la Mars Oddissey, capaz de obtener imágenes combinadas en las bandas visible e infrarroja. No es de hecho la primera vez que el THEMIS proporciona información clave sobre la superficie de Marte, ya que hace poco ayudó a resolver el misterio de las manchas oscuras que aparecían y desaparecían de los casquetes polares marcianos, y que se deben a géiseres de arena oscura causados por erupciones de CO2 a presión.

Mars polar CO2 plumes
Credit: Arizona State University/Ron Miller

En este caso, el descubrimiento de la THEMIS ha sido unas manchas oscuras que se asemejan a fosas circulares de entre 100m y 252m de diámetro. El análisis en la banda visible indica que no se trata de depósitos de material oscuro ni de cráteres, dada la ausencia de las características distintivas de estos. Más aún, el análisis en la banda de infrarrojos revela que la temperatura de estas fosas es durante el día inferior al de las zonas circundantes expuestas al Sol, y superior a la de las situadas a la sombra de otros accidentes orográficos. Durante la noche, su temperatura es sin embargo superior a la de las zonas circundantes. Esto sugiere que se trata de las bocas de un sistema de cuevas subterráneas que pueden llegar a 130m de profundidad. La imagen inferior muestra estas entradas (N indica la dirección del Norte geográfico, e I la de la iluminación):

Mars Caves
Source: G.E. Cushing et al. (2007), Lunar and Planetary Science XXXVIII

El descubrimiento ha sido presentado por G.E. Cushing y colaboradores, en un trabajo titulado

presentado en la 38th Lunar and Planetary Science Conference, recién celebrada en League City (Tejas, EE.UU.). Tal como indican los autores, en el interior de estas cuevas se tendría cierta protección frente a la radiación y los meteoritos, además de tener una menor variabilidad de temperatura. Lo más interesante es el hecho de que dado que se ha descubierto evidencia de que quizás haya agua líquida superficial en ocasiones, no sería descabellado pensar que en este tipo de depresiones y sistemas subterráneos se pudiera acumular (aunque fuera en forma de hielo). Las perspectivas para la vida serían indudablemente mayores que en la superficie, o al menos pudieron serlo en el pasado. Habrá que esperar en cualquier caso hasta ver si se descubren formaciones similares en otras zonas de Marte más accesibles para la exploración, y potencialmente más favorables para la vida (a menor altitud).

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Exploración robótica del Cosmos: nuevos desafíos, nuevos algoritmos

Posted by Carlos en enero 23, 2007

El tema de la exploración humana del espacio es apasionante y controvertido. En muchas situaciones se tiende a hacer una analogía con los antiguos exploradores, que se adentraron en desconocidos territorios polares, desérticos, o selváticos, y aunque la imagen es evocadora, parece irreal. Básicamente, mucho antes de que se tengan los medios técnicos para una detallada exploración humana de, pongamos por caso, Marte, será factible realizarla mediante sondas robóticas. La lógica indica que este paso previo es mucho más prudente, con independencia de lo que luego se pudiera decidir sobre eventuales misiones tripuladas.

Exploration Robotic/Human
Credit: NASA

En relación con esta exploración robótica surgen diferentes cuestiones de gran interés. Por un lado está la planificación a gran escala de esta exploración. Jordi nos reseña en su bitácora un artículo en el que se aborda este tema. Es sin duda un asunto interesantísimo, y que se presta a diferentes análisis. No obstante, quería comentar algo en relación a otro aspecto de naturaleza más local, pero no por ello de menor importancia: el control de las sondas robóticas. Está claro que el límite físico de la velocidad de la luz impide que las comunicaciones se puedan desarrollar en tiempo real, y por lo tanto no es planteable que los robots sean meros instrumentos teledirigidos. Éste no es sólo el caso de una hipotética exploración de planetas extrasolares, sino que se trata de una consideración crucial para la exploración de Marte por ejemplo. Consideremos que la distancia que nos separa de Marte oscila entre unos 55 millones y unos 400 millones de kilómetros. Esto supone que los tiempos de comunicación bidireccional (mensaje y respuesta) oscilan entre poco más de seis minutos y casi 45 minutos. En general, esto significa que la sonda ha de tener un cierto grado de autonomía que le permita valerse por sí misma, e incluso planificar los detalles de la exploración. Para esto será necesario emplear técnicas de inteligencia artificial (IA), entendidas en un sentido amplio:

  • Los métodos clásicos de IA tales como los sistemas expertos, el razonamiento basado en casos, o los métodos bayesianos pueden ser útiles a la hora de planificar a alto nivel los objetivos a largo plazo, construir modelos del entorno, o realizar toma de decisiones estratégicas.
  • Los métodos modernos englobados dentro de la inteligencia computacional, tales como la computación evolutiva o los sistemas neurodifusos, resultarán imprescindibles a la hora de resolver problemas de medio alcance que se planteen en la consecución de los objetivos estratégicos, tales como planificación de tareas, interpretación visual, u optimización de maniobras.
  • Finalmente, el nivel más bajo deberá ser puramente reactivo: reglas de actuación ante patrones de entrada sensorial, que permitan una respuesta rápida ante situaciones tales como obstáculos imprevistos, terrenos impracticables, etc. Por supuesto, este nivel reactivo básico puede estar sujeto a continuo refinamiento mediante técnicas de aprendizaje, tales como los algoritmos evolutivos.

Evidentemente, en el caso de Marte es factible cierto tipo de control remoto, no en tiempo real, pero si al menos para determinar la planificación a medio y largo plazo de la exploración. Sigue existiendo entonces la problemática del control a muy corto plazo, y muy en particular la del cómputo de las trayectorias. Para ello, la NASA está recurriendo a una solución mucho más conservadora que las descritas anteriormente, cosa que tampoco es excesivamente criticable, dado que en el fondo la proximidad de Marte facilita las cosas, esto es, no es necesaria una total independencia de la sonda (salvo en circunstancias puntuales y transitorias, como un ocultamiento de Marte por el Sol, aunque en ese caso, se opta por dar unas “vacaciones” a las sondas).

Mars Exploration Rovers
Courtesy NASA/JPL-Caltech

El mecanismo que se emplea en la Spirit y en la Opportunity en lo que a planificación de trayectorias se refiere es una variante del clásico algoritmo A*. A grandes rasgos, el A* es un algoritmo completo de búsqueda para la exploración de grafos. En este caso, el grafo representa el terreno sobre el que la sonda se ha de desplazar, discretizado como si se tratase de las casillas de un tablero de ajedrez. El desplazamiento de una casilla a otra tendrá un coste que dependerá de las características del terreno. El algoritmo explora sistemáticamente todos los caminos que parten de la posición inicial, construyendo una lista de caminos abiertos, y seleccionando para su extensión a aquellos que resultan más prometedores de acuerdo con una función de coste heurística. Para evitar ciclos, se mantiene también una lista de las casillas visitadas (la gestión de esta lista tiene algunos matices, pero podemos obviarlos de momento). Si la función heurística es optimista (es decir, nos proporciona siempre una cota inferior del coste final de un camino incompleto), tenemos garantizado el encontrar finalmente la solución óptima.

El problema del A* es que obviamente parte del conocimiento del terreno, cosa que no es totalmente realista en el caso de las sondas: a medida que éstas avanzan obtienen nuevas imágenes que revelan nuevos obstáculos, o alteran las características que se suponía tenía el terreno. Esto conlleva que el grafo subyacente debe ser modificado, y el camino óptimo recomputado. Afortunadamente, hay formas eficientes de realizar esto, ya que por definición, las modificaciones que se realizan afectan fundamentalmente a la vecindad inmediata del la sonda. El algoritmo que se emplea a tal efecto es el D* (la D es de “dinámico”), y se basa en una astuta gestión de la lista de caminos abiertos. Para más detalles, puede consultarse el trabajo titulado:

realizado por Anthony Stentz, de la Carnegie Mellon University, y publicado en la 1994 IEEE International Conference on Robotics and Automation. Con este algoritmo y gracias a las últimas mejoras en los sistemas de análisis visual de la sondas, será posible que alcancen un nivel de autonomía muchísimo mayor que el que disfrutaban hasta ahora. Poca cosa si se piensa en lo que será preciso en misiones de más calado en regiones mucho más lejanas del Universo, pero un paso necesario en cualquier caso.

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Paul Davies y la colonización de Marte

Posted by Carlos en enero 4, 2007

Hace un par de días hablábamos del programa espacial y su interrelación con la ciencia-ficción, y en particular de si esta última puede estar sesgando las líneas prioritarias de actuación. El tema da mucho de sí, y precisamente acabo de llegar -via Backreaction– a unas declaraciones de Paul Davies, el famoso físico británico, que pueden tener que ver con este asunto. Dichas declaraciones las ha realizado para la Edge Foundation, una sociedad compuesta por intelectuales de ciencia y tecnología que intenta suscitar interés por cuestiones científicas en el público general (frecuentemente de manera un tanto provocativa), y en ellas muestra su optimismo hacia la colonización de Marte.

Paul DaviesEl Prof. Davies empieza su toma de posición con una predicción: poco antes de fin de siglo habrá una colonia humana en Marte. Según él, esto pasará cuando la gente se dé cuenta de que son innecesarios los viajes de ida y vuelta al Planeta Rojo (no en vano el título elegido para su comentario es “Un billete de ida a Marte”). Al eliminar el viaje de vuelta se conseguirá un doble objetivo: (1) un ahorro de recursos considerable, y (2) una reducción de los riesgos para los astronautas, ya que el despegue y el aterrizaje son las fases más delicadas del viaje.

En mi opinión, esta justificación es bastante cuestionable. Empezando por (2), hay que tener en cuenta que los mayores riesgos de una misión de este tipo no estarían en el viaje, sino en la supervivencia en Marte. El Prof. Davies argumenta que en misiones previas se podrían haber enviado los suministros y las fuentes de energía nucleares necesarias para un asentamiento. Lógicamente, todos estos preparativos y viajes previos a Marte para asegurar la presencia de un asentamiento viable cuando lleguen los colonos tienen un elevado coste que ha de sumarse al total, lo que pone en cuarentena el punto (1). De todas formas, asumiendo que ya se dispone de los medios básicos para un asentamiento en la superficie de Marte, los riesgos seguirían siendo enormes. El Prof. Davies aduce que la vida sería complicada para los pioneros, pero la realidad sería mucho más dura: cualquier situación imprevista (una tormenta gigante de arena, un corrimiento de tierras, etc.) pondría a los colonos en una situación potencialmente crítica.

Habitat en Marte

Puede aducirse a todo lo anterior que en un escenario de 90 años vista, los medios técnicos pueden facilitar enormemente la supervivencia de unos hipotéticos colonos en Marte. Esto es cierto, pero dicha mejora de la tecnología también sería aplicable a todas las fases del viaje, lo que no está contemplado en el argumento del Prof. Davies (por ejemplo, menciona los riesgos de la radiación interestelar y de la falta de gravedad durante el viaje como riesgos comparables a los de la supervivencia en la superficie). Hay también otras consideraciones importantes, tales como la reacción de la sociedad en general ante la perspectiva de enviar alguien a Marte sin posibilidad de regreso. No me cabe duda de que no faltarían voluntarios, pero ¿se trataría de una situación admisible? Nuevamente, la sociedad puede haber evolucionado de manera insospechada para finales de siglo, por lo que esta observación puede ser absolutamente irrelevante (o crucial).

Quizás lo más interesante desde el punto de vista de lo que comentábamos el otro día acerca del sesgo del programa espacial, son las palabras finales del Prof. Davies, que traduzco tal cual:

¿Cuando podrían enviarse los primeros colonos? En unos pocos años, si los políticos no se inmiscuyen. La NASA podría enviar una tripulación de cuatro personas a Marte usando la tecnología actual, pero la agencia carece del coraje y la imaginación para una misión aventurera de estas características. Sin embargo, soy optimista en que los nuevos actores espaciales —China y la India— no padecerán la misma timidez occidental. Una colonia conjunta chino-hindú en Marte para 2100 no sólo es tecnológicamente factible, sino políticamente realista.

Hay que aclarar que Paul Davies es un gran físico, con una fantástica capacidad divulgadora, pero el programa espacial no es su especialidad. Lo anterior responde por lo tanto a un deseo, más que a un juicio técnico. A priori, una extrapolación de nuestra tecnología actual a un futuro cercano podría indicar que antes de colonizar Marte habría que continuar con la exploración robótica, y eventualmente construir una estación orbital como avanzadilla de una posible exploración humana. Saltarse todas estas etapas previas parece cuanto menos temerario.

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