Lo que estamos buscando es una criatura de sangre fría que usa un material de cambio de fase (PCM) para revestir la garganta y los pulmones que absorbe calor con el paso del aire.

Un ejemplo de un material de cambio de fase es el hielo. El hielo conserva su temperatura hasta que se haya derretido por completo. Recoge un trozo de hielo parcialmente derretido y tiene la misma temperatura. Mejor aún, pasa aire tibio por encima y recibes aire frío por el otro lado hasta que el hielo se derrita por completo.

Ahora, aquí es donde voy a emplear algunas manos, porque no soy un estudiante de química orgánica. Lo que estamos buscando es el equivalente en la piel del hielo. En lugar de derretirse, el equivalente de la piel pasa la energía térmica al torrente sanguíneo. Recuerda, la criatura es de sangre fría, y este proceso altamente evolucionado le permitiría soportar temperaturas más frías que una criatura normal de sangre fría. Recuerde, esta piel de PCM revestiría la garganta y los pulmones.

Y tendría el efecto secundario de exhalar aire más frío que el que inhaló. ¿Cuánto más fresco? Esa es una función de la eficiencia del sistema. Pero, tenga en cuenta lo siguiente:

• Cuanto más fría sea la temperatura exterior, menos eficiente será la conversión. Nuestra nueva criatura puede ser capaz de sobrevivir a temperaturas bajo cero, pero sus movimientos serían mucho más lentos y su exhalación sería solo uno o dos grados más fría que el aire ambiente. Simplemente hay menos energía para extraer del aire a medida que se enfría.

• De manera similar, en temperaturas muy altas, la criatura probablemente obtendría un calor satisfactorio a través de la absorción del cuerpo, lo que conduciría a una menor eficiencia. Dado que no requiere extraer tanto calor del aire ambiental a través de la garganta y los pulmones (la sangre ya está calentada), el aliento exhalado sería solo unos pocos grados más frío que el aire ambiental.

• Pero, en su forma más eficiente, que arbitrariamente considero que a modo de ejemplo es de 70 ℉, entonces la eficiencia es bastante grande y el aire exhalado podría estar cerca o justo por debajo del punto de congelación.

¿Cuánto afectaría esto realmente al entorno? No tanto a menos que la criatura fuera gigantesca. Piensa en cuánto afecta tu propia respiración a tu entorno. Incluso con el peor aliento del mundo, su impacto es de menos de un radio de 10' y eso es solo un olor. Su aliento caliente en climas fríos no puede ser sentido (o, si realmente exhala, apenas puede ser sentido) por alguien que esté frente a usted, y mucho menos por alguien que esté detrás de usted. Nuestra criatura tendría un efecto muy similar. Podría, tal vez, enfriar la bebida de alguien o, en un combate cuerpo a cuerpo, causar una congelación leve, pero ese es probablemente el alcance del efecto. Simplemente no hay suficiente respiración involucrada.

PD, también hay una forma no orgánica de hacer esto

El enfriamiento termoeléctrico utiliza materiales de estado sólido para generar electricidad a partir de la temperatura ambiente. Básicamente, es una bomba de calor termoeléctrica. Esta es una tecnología genial, pero debido a que no es orgánica, los materiales involucrados no se pueden usar directamente.

Sin embargo, se hace en la naturaleza con hielo y sintéticamente con enfriadores termoeléctricos. Realmente, eso significa que solo necesita un nombre genial para describir un PCM biológico y tiene algo que cumple con los estándares de suspensión de la incredulidad. Salud.

En sus comentarios, David Culp es esencialmente correcto. El frío es la ausencia de calor, por lo tanto, sus alienígenas podrían usar la capacidad de generar reacciones extremadamente endotérmicas como arma.

La reacción endotérmica más común en la naturaleza es la fotosíntesis. Utiliza la luz solar para convertir agua y CO2 en O2 y carbohidratos. El agua y el CO2 son las configuraciones químicas de menor energía, por lo que para usar O2 y carbohidratos para liberar energía, tanto las plantas como los animales dependen de algo que almacene energía en esa forma, y ​​eso es lo que realmente es la fotosíntesis; almacenar la energía capturada de la luz solar en forma química.

Asi que; sus extraterrestres tienen una forma extrema de ese proceso que les permite capturar cantidades masivas de energía térmica de sus entornos y convertir una gran cantidad de CO2 y agua (u otros productos químicos de baja energía) en O2 y carbohidratos más útiles (u otros productos químicos de alta energía). ).

Las limitaciones de esto son que necesitarías almacenar agua dentro de ti para este proceso, sin mencionar encontrar alguna forma de almacenar CO2 que no pueda ser reabsorbido en tu 'torrente sanguíneo'. Probablemente solo podría usarse una vez cada período determinado (necesitaría reponer los niveles de agua y CO2) y también significa que sus alienígenas probablemente solo coman para nutrirse, no para obtener energía. Eso significa, en efecto, que pueden absorber proteínas y trazas de minerales del suelo, las plantas o los animales para mantener su salud, y utilizar esta capacidad de congelación para 'alimentarse'.

Si sus extraterrestres provienen de un planeta muy caliente (digamos, 70 grados C), entonces esta podría ser una respuesta de supervivencia, que también describiría cómo evoluciona.

Eso no los haría menos peligrosos para los humanos. Por el contrario, podrían usar el proceso de congelación (en realidad absorción de calor) para aturdir o inmovilizar a sus presas animales y luego absorber sus nutrientes a su antojo.

No hay manera de hacer esto, a menos que:

• La criatura ha sido diseñada por medios mágicos;
• La criatura ha sido desarrollada por una civilización con una tecnología tan avanzada que prácticamente nos resulta mágica;
• Superpoderes al estilo DC/Marvel.

La presencia de verificación de la realidad y etiquetas basadas en la ciencia hace que esta criatura sea algo difícil de diseñar.

No hay criatura viviente que enfríe el aire (o el agua) a su alrededor. Ni siquiera las plantas, que dependen de la fotosíntesis, ¡un proceso endotérmico!

Tu criatura tal vez podría tener cloruro de amonio almacenado en una glándula, en forma de microcristales y protegido por grasa. Podría secretar esta sustancia junto con el sudor, y la disolución de los cristales en agua sería endotérmica, es decir, sentiría frío. El problema con este enfoque es que se necesitaría demasiada masa para que esta criatura pudiera funcionar incluso como un acondicionador de aire medio roto para una habitación muy pequeña. Simplemente no es factible.

Pero como también pusiste una etiqueta de ciencia ficción... Si la criatura tiene algunos procesos metabólicos endotérmicos, y de alguna manera puede tomar energía de nuestras tres dimensiones percibidas para usar esa energía en partes del cuerpo que existen en cuatro o más dimensiones, entonces podría hacer lo que usted quiere que haga. En la trilogía Marsbound de Joe Haldeman, hay una criatura que se alimenta de la "energía" de su entorno. El ser, llamado Spy, describe así su metabolismo:

“Sé que se necesita mucha energía, o algo así como energía, para ponerme aquí y mantenerme aquí. 'Absorbo' la energía cinética de las balas, la energía química de los alimentos y la energía radiante de la luz solar, y todo eso me ayuda a mantenerme aquí”.

Y luego, más tarde, cuando se le preguntó acerca de los efectos que un tipo especial de bomba nuclear tendría sobre él:

“¿Una explosión constante de radiación? ¡Me encantaría! Un banquete. Miró hacia el cielo. "Puedo sentir un poco de calor secundario reflejado en la atmósfera, del que sobrevolaste ayer".

El libro no da más detalles sobre esto, pero tal ser "devorador de energía" probablemente podría bajar la temperatura de su entorno simplemente alimentándose.

Finalmente, en el videojuego independiente FTL, hay especies inteligentes que absorben rápidamente el oxígeno de cualquier habitación en la que se encuentren, creando vacíos. En una habitación pequeña y sellada, esto reduciría la presión del aire, lo que también reduce la temperatura.

¿Sería útil si el poder de congelación no fuera constante sino bajo demanda? Podría tener un órgano, que básicamente funciona como un congelador: almacena gas súper denso y lo libera rápidamente en un apéndice, que luego se enfría. Aunque entonces este poder de congelación solo funcionaría con el tacto y no en un tipo de cosa de "rayo congelado".

El "poder de congelación" funcionaría como el veneno de una serpiente: tendría una carga limitada y el alienígena necesitaría tiempo para reconstruirlo. Reconstruirlo posiblemente tomaría mucho tiempo o mucha energía. Necesitaría tejidos capaces de contener gas a muy alta presión, y necesitaría tejidos resistentes a la congelación repentina y luego a la descongelación.

Utilice la expansión de Joule-Thomson

Un gas real que se expande desde una presión más alta a una más baja se enfriará si ese gas está por debajo de su temperatura de inversión. Las temperaturas de inversión para N$_2$y O$_2$están por encima de 600 K, por lo que cuando expande el aire regular de un bolsillo comprimido, se enfría.

Para la expansión de Joule-Thomson, la tasa de cambio de temperatura con el cambio de presión es igual al coeficiente de Joule-Thomson. Se puede generar un gráfico de temperatura contra presión, llamado curva de inversión, a partir de datos experimentales. Puede encontrar un ejemplo para muchos gases en una nota técnica de la NASA aquí . En la Figura 6a, siguiendo la línea isentálpica a una entalpía de 400 J/g, podemos ver que el gas nitrógeno que comienza a 40 MPa y 280 K expandido a la presión atmosférica (alrededor de 0,1 MPa) bajará de temperatura a unos 240 K, muy por debajo del punto de congelación. Ajustemos ligeramente, de modo que comenzando a la temperatura corporal le permita expulsar un gas a 260 K; o alrededor de 8 F.

Digamos que quieres soplar una habitación entera llena de aire frío. Una habitación de 4m x 4m x 3m tiene un volumen de 48m$^3$(digamos 50). A una presión de 40 MPa, su habitación llena de aire ocupará 0,125 m$^2$. Eso sigue siendo mucho espacio para que un extraterrestre almacene internamente, ya que es aproximadamente el volumen de un humano. Pero si fueras capaz de almacenar tanto gas a esa presión en algún órgano interno, podrías llenar una habitación con aire muy por debajo del punto de congelación.

Algunas cosas a tener en cuenta. Una presión más alta no le beneficiará, ya que 40 MPa es la presión de inversión máxima para el nitrógeno. Por encima de esta presión, la expansión de un gas provocará calentamiento, no enfriamiento. Además, si puede hacer que el gas esté más frío en primer lugar, esto lo ayudará mucho porque para el nitrógeno, el efecto de enfriamiento es más pronunciado a temperaturas más bajas. Mientras que a partir de 300K podría obtener 40K de refrigeración; si comenzaste a 250K, verías más como 60K de enfriamiento.

Es decir, si usa un proceso endotérmico de una de las otras respuestas para bajar la temperatura de su órgano de aire comprimido a 250 K antes de expulsarlo, podría expulsar una habitación llena de aire a aproximadamente 190 K; más frío que las temperaturas más frías de la Tierra, lo suficientemente frío como para congelar el dióxido de carbono. Esto sería lo suficientemente frío como para causar congelación en los dedos y oídos expuestos en un minuto o menos.

Revisemos algunos métodos.

Tenemos mucho con lo que trabajar cuando se trata de cosas súper frías que puedes rociar a las personas. Mencionaste un gas. El aire frío puede ser dañino, pero cuando se trata de materiales, generalmente no se ven afectados de manera demasiado drástica. En el otro extremo del espectro, los sólidos son difíciles de rociar a las personas y son un tanto inviables para una criatura viva. Los líquidos son nuestro "proyectil" óptimo, por así decirlo.

MÉTODO UNO: Descompresión (no muy factible pero hace mucho frío)

Para familiarizarse con la refrigeración, veamos… bueno… ¡un refrigerador! ¿Como funciona? En términos sencillos, comprime un gas y luego lo descomprime. Esta descompresión hace que la temperatura del gas baje rápidamente. La razón por la que esto sucede es que el gas se expande rápidamente; esta expansión es lo suficientemente rápida como para que la energía en el gas permanezca igual, pero el volumen aumenta, lo que significa que la energía por unidad fija de volumen disminuye en general. Vea esta respuesta física de StackExchange sobre la mecánica exacta detrás de este enfriamiento.

Con este conocimiento podríamos empezar a construir una criatura. Necesitaría una estructura similar a una tubería para transportar gas/líquido, que sea resistente al frío y pueda soportar una presión razonablemente alta. Podría almacenar gas prelicuado en una especie de "dewar" biológico; desafortunadamente, no estoy muy seguro de cómo puede funcionar esto), y cuando llega el momento, puede arrojar líquido criogénico a través de un orificio revestido con material para proteger al resto del organismo del material criogénico que emerge de sí mismo.

Los problemas con este método son que generalmente es bastante difícil para un organismo almacenar materiales tan fríos o materiales a una presión tan alta. Podríamos intentar usar un gas de alto punto de fusión, pero un dragón que dispara freón no tiene el mismo toque.

MÉTODO DOS: Reacciones endotérmicas (más factibles, no tan frías como rápidas)

Para entender cómo funciona este método tendremos que profundizar más en la frialdad. Si algo está frío, entonces su energía es baja. Las reacciones endotérmicas son reacciones que absorben energía del exterior. Por lo tanto, podemos tomar un material y usar una reacción endotérmica para absorber la energía térmica en él, haciendo que ese material se "enfríe". Así es como funcionan las bolsas de hielo.

La criatura podría secretar sustancias químicas que almacena en cámaras separadas, que luego combina durante un momento de necesidad para crear un granizado frío. Luego expulsa esta mezcla hacia su objetivo. Esto recuerda un poco a un escarabajo bombardero inverso (que rocía una mezcla caliente en lugar de una fría).

Los problemas con este método son que no se enfría tanto como el método anterior.

Tal vez un órgano en la cabeza, como una serpiente tiene un saco de veneno, que procesa el nitrógeno o algún otro elemento natural en un líquido sobreenfriado. Luego podría escupir el líquido sobre los objetos que quería congelar.