Imagina que tienes un barco, navegando por el agua. Ahora imagina que no navega por el agua, sino que flota por el aire. Y ahora, que en vez del aire, le empuja la luz del sol. ¿Te ha quedado claro? Pues escucha, que te explicamos mejor que son las velas solares.

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Introducción

-Otra aquí… y ahora otra aquí… una más por allí…

+Jairo, ¿se puede saber qué haces? Está el suelo cubierto de velas de plástico.

-Es que hoy hablamos de las velas solares y sus aplicaciones. Y me ha dicho guión que me documentase, así que he comprado unas cuantas de estas con paneles solares y LEDs.

+¿Y a santo de qué las tienes puestas en forma de anillo?

-Estoy haciendo un círculo ritual de invocación ecológico. Será el último grito en ECOartes oscuras, ya verás.

+Pues mira, a ver si invocas un poco de sentido común, porque yo me voy a poner el episodio.

Cabecera

Nos pasamos la vida mirando al cielo: estrellas, planetas, constelaciones y demás movidas del inmenso, insondable, oscuro, aterrador,  insultantemente largo a lo ancho y ancho a lo largo, caótico por naturaleza  y para nada acogedor espacio. Pero… ¿Te has preguntado alguna vez el origen de sus historias?  Empieza Astro

Historia

Hoy, queridos oyentes, vamos a sumergirnos en el fascinante mundo de las velas solares. Y no, no hablamos de velas con paneles solares ni de las tradicionales de cera. Hoy venimos a hablar de velas como las de los barcos, sólo que en el espacio, y en lugar de impulsarse con aire, lo hacen con las emisiones del sol. ¿Os parece una idea descabellada? Pues hoy descubriremos de dónde viene esta genialidad.

Retrocedamos al siglo 17, nuestro incombustible amigo Johannes Kepler se dio cuenta de un hecho curioso: las colas de los cometas siempre apuntan en dirección contraria al sol. Incluso cuando el cometa se aleja del sol, el cometa escondía la cola en su propia sombra. Esta observación llevó a Kepler a deducir que el sol debía ejercer algún tipo de fuerza que empujaba la materia, obligando a la cola del cometa a quedarse rezagada.

Habría que esperar cerca de un siglo para que llegase Maxwell. Oh Maxwell, padre del electromagnetismo. Que tú con tus avances nos has hecho mejores como sociedad y… ya está el de guión entusiasmado. Es hablar de Maxwell y del electromagnetismo, y se le va, se le va. El caso, Maxwell teorizó que el sol ejerce una pequeña fuerza sobre las superficies que impacta. El efecto sería confirmado en 1899 por el físico ruso Piotr Lébedev, experimentalmente, claro.

Medio siglo después, la idea se publicó por primera vez en una revista científica bajo el nombre de “veleros del espacio”. La idea, aunque revolucionaria, era relativamente simple: desplegar metros y metros cuadrados de un material que reflejase una gran cantidad de radiación del sol, y… dejarse llevar.

La teoría gustó y pronto pasó a la práctica. En 1960 se llevaron a cabo las primeras pruebas espaciales con un globo de tela con un peso muy ligero. La prueba era bastante simple: elevar el globo y observar qué pasaba. Y, para asombro de los científicos, lo que hizo el sol fue empujarlo tanto que terminó desgarrando la tela. En palabras de los tres cerditos: Sopló, sopló, y el globo derribó.

Este experimento confirmó que era posible utilizar la presión solar para mover objetos por el espacio. De hecho, esta técnica ha salvado más de una misión espacial del desastre total. En 1974, se usó con éxito para salvar la misión Mariner 10, que, en resumen, se había quedado sin combustible y a la deriva espacial. De hecho, el telescopio Kepler fue salvado precisamente gracias a esta técnica. Esto ya os lo contamos en uno de nuestros anteriores episodios, por si queréis saber más.

Desde entonces, la NASA ha lanzado varias misiones utilizando velas solares para propulsar satélites una vez fuera de la órbita terrestre. Sin embargo, tenemos que admitir que los japoneses han sido los verdaderos maestros en hacer que esta tecnología funcione. Fue la agencia espacial japonesa quien, en 2010, lanzó la sonda IKAROS. Es el único ejemplo exitoso de una misión parcialmente impulsada por una vela de 20 metros de lado. Y aunque la NASA ha hecho intentos similares, parece que siempre surge algún contratiempo técnico que complica las cosas. Ya sabéis, a veces la NASA tiene un poco de mala suerte con los detalles.

Ciencia

Muchos de vosotros estaréis pensando: ¿pero cómo va a volar una nave con una vela impulsada por el sol? ¿Qué clase de desfachatez es esta? Bueno, vamos a desmontar esa incredulidad empezando desde el principio: hablemos de física cuántica.

Una de los conceptos claves de la física cuántica es la dualidad onda-partícula de la luz. Y una de las pruebas más contundentes de este fenómeno fue el famoso experimento del efecto fotoeléctrico. Podríamos hablar también del experimento de la doble rendija, pero ese no nos importa ahora mucho…

El experimento del efecto fotoeléctrico es sencillo de entender: imagina que tienes una plancha de metal gigante y un láser con varios niveles de intensidad. Apuntas el láser al metal y lo enciendes en el nivel de intensidad que más te guste. Hasta aquí todo claro. Ahora, si acercas un contador de electrones al punto donde el láser incide sobre el metal, verás que empieza a contar electrones… ¡y muchos! Si aumentas la intensidad del láser, el contador registrará aún más electrones. Sin embargo, si alejas el contador de ese punto, el número de electrones disminuye.

Pero ¿Cómo es posible? ¿Es que acaso la luz está echando a los electrones del metal? Pues sí, en cierto modo. Lo que ocurre es que la luz transfiere energía a los electrones, la suficiente como para que escapen del metal. De hecho, es así cómo funcionan las placas solares.

Sin embargo, hay un detalle fascinante: la cantidad de energía que puede absorber un electrón es siempre un múltiplo enteros de una constante fundamental. O, como dicen los físicos, es una cantidad cuantificada. No puede ser 1,3 veces el valor de la constante, es o 1, o 2, o 3, o 4… y así sucesivamente. Este es el origen del término "energía cuántica", porque se cuantifica… Pero no nos desviemos.

Al igual que sabemos que los electrones necesitan una cantidad de energía específica para liberarse, los científicos intentaron experimentar con la menor cantidad de luz posible para provocar este efecto. Y en este estudio, se descubrió un efecto de lo más curioso: la luz también está cuantificada. Esto significa que la energía de la luz siempre se presenta en múltiplos enteros de una constante, la famosa constante de Planck. Nunca podrás tener un nivel 1.5 de energía, siempre será un múltiplo entero. Y si la cantidad mínima de energía eléctrica se llama electrón, se decidió llamar a la cantidad mínima de luz fotón. Estudios posteriores han demostrado que el fotón y el electrón comparten características muy similares.

Ahora, seguro que os estáis preguntando ¿A santo de qué ha venido tanta cuántica y qué puñetas tiene esto que ver con las velas solares? Bueno, es que no podemos explicar la vela solar sin tener en cuenta a los fotones. Una vela de barco tradicional se mueve gracias a las corrientes de aire: cuando el viento sopla, las partículas de aire (oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono, vapor de agua) chocan contra la vela, y ese impacto genera un empuje que mueve el barco. Como cuando tratas de tender las sábanas y hace mucho aire.

Las velas solares aplican exactamente el mismo principio, pero con los fotones en lugar de moléculas que están en el aire. Una vez en el espacio, la nave despliega una gran membrana que actúa como un espejo, reflejando los fotones que provienen del Sol. Y, al igual que la vela de un barco, la vela solar genera un pequeño impulso en la dirección contraria al sol. Además, al igual que con las velas de un barco, se puede ajustar la orientación de la vela solar para controlar la dirección de la nave.

Ahora bien, es cierto que los fotones no son la mejor opción para un crucero de alta velocidad impulsado por una especie de sábana reflectora. Incluso en el vacío del espacio, donde no hay rozamiento con el agua ni con el aire, los fotones generan tan poco empuje que se requieren velas de más de 80 metros para que sean efectivas como único medio de propulsión. Y olvídate de usar una vela solar para salir de la tierra, es imposible. La aceleración de una vela solar es de 100km/h al día, y eso si no está nublado.

Pero la gran ventaja de la vela solar es que, en el espacio, no hay que preocuparse por las  nubes. Aunque su aceleración es lenta, la vela sigue funcionando indefinidamente, o al menos hasta que se rompa. Que lo de romperse es otro tema. Y aquí entra otro reto: al igual que las velas de barco pueden desgarrarse, los materiales ultrafinos que se usan en las velas solares son bastante frágiles. El principal material que se utiliza para la estructura es el kapton, un material flexible de 2 micras de grosor recubierto de una fina capa de aluminio. El resultado es algo así como el paraguas recubierto de papel de aluminio más caro del mundo, pero también el más ligero.

Así que, aunque no nos dé grandes velocidades desde el primer momento, las velas solares pueden ser un elemento clave en nuestra carrera hacia las estrellas. Algunos científicos afirman que las velas solares son nuestro mejor billete hacia otras galaxias, pues permiten seguir gozando de maniobrabilidad sin depender de un depósito de combustible que podría agotarse.

Mitología

Después de tanto hablar de velas solares, y de viajar impulsados con el sol… Uno podría pensar que no hay una referencia directa en la mitología. ¿O quizás sí?

Para los antiguos egipcios, el sol era el dios Ra. Cada día, Ra se daba un paseo en su barca celestial de millones de años, o Mandjet como la conocían los egipcios. Esta barca navegaba desde el este, donde nacía, hasta el oeste, donde se sumergía en el reino de los muertos. Ahora ya sabéis porque todas las tumbas de los faraones están al oeste del río Nilo.

Y si la noche es oscura y alberga horrores es porque Ra debía enfrentarse a las fuerzas del caos y la oscuridad en el reino de los muertos. Todas las noches, libraba una batalla eterna contra la serpiente Apofis, la maldad personificada… o serpentidizada… Apofis era el jefe de los "malos" y luchaba cada noche para destruir el orden y traer el caos. El apocalipsis llegaría el día que Ra perdiera esta batalla, motivo por el que cada una de las 24 horas del día se consagraba a la deidad que estaba vigilando el viaje de Ra en ese momento. El dios del caos Seth también estaba por allí para ayudar, por si había que meterse en peleas más gordas.

Los antiguos egipcios creían que sus almas podrían vivir eternamente si seguían el ejemplo del dios solar. Por eso, no solo construían sus tumbas al oeste del Nilo, sino que también era común llevar a los difuntos a través del río en barcas similares a la de Ra, simbolizando su viaje al más allá.

Y, aunque no sea exactamente mitología, las velas solares han aparecido en muchas obras de ciencia ficción. Las encontramos en varias novelas de Arthur C. Clarke, en "El planeta de los simios", e incluso en el episodio 2 de Star Wars (sí, "El ataque de los clones", no la segunda de las originales). Pero la referencia favorita del equipo de guion es la película de Disney "El planeta del tesoro". Recomendación personal.

Cierre

Con esto y un bizcocho, llegamos al final de este capítulo. Muchísimas gracias a todos los que seguís ahí al pie del cañón, y un saludo especial a los que os habéis unido a la tripulación recientemente. También, un agradecimiento enorme a Wikipedia, sin la cual estos guiones no serían posibles. Cuidad bien de Wikipedia, que es un recurso inestimable y merece todo nuestro apoyo.

¡Nos vemos en el siguiente episodio con más historietas del espacio!

¡Astro la vista!