Respirar en el espacio, ¿con o sin traje?

Escribimos muchas ecuaciones como$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O$para describir la combustión, pero en realidad está mejor escrito$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \leftrightarrow 6CO_2 + 6H_2O$. Todas las reacciones químicas de las que somos conscientes funcionan en ambas direcciones. La "unidireccionalidad" de algunas operaciones es simplemente que la entropía favorece en gran medida una dirección en algunas circunstancias, tanto que es conveniente aproximarlo como un viaje de ida.

Una criatura que pudiera doblar la física podría configurar la situación de tal manera que sea más conveniente que ocurra la ecuación inversa. Al hacerlo, tendría que pagar el gaitero... necesitaría poner suficiente energía en el sistema para que esta reacción sea favorable (que es tanta o más energía de la que obtuvo de la reacción). Un personaje con "energía infinita" no tendría ningún problema con esto... literalmente ninguno (bueno, una pequeña épsilon de problemas). Mientras no pierda ningún asunto, todo lo que está haciendo es reorganizar la estructura.

La parte divertida es la Primera Ley de la Magia de Sanderson

La Primera Ley de la Magia de Sanderson: La habilidad de un autor para resolver conflictos con la magia es DIRECTAMENTE PROPORCIONAL a qué tan bien el lector entiende dicha magia.

La ley de Sanderson encaja muy bien con la ley de Arthur C. Clarke: "Cualquier tecnología suficientemente avanzada es indistinguible de la magia". En su blog, Sanderson explica que la "magia" es en realidad cualquier dispositivo de la trama que no se explica fácilmente.

Tu desafío es hacer que el lector comprenda la magia de los viajes espaciales lo suficientemente bien como para permitirte, como autor, enviar personajes a través del espacio. Cualquier construcción que imagines debe ser lo suficientemente comprensible para el lector como para que puedas salirte con la tuya.

Por ejemplo, si bien puede ser más eficiente permitir que el viajero simplemente desmonte las moléculas a voluntad, tal comportamiento deja al lector perdido. Sin embargo, si el viajero puede, digamos, recrear una realidad en miniatura de un sistema solar que visitó una vez, completo con soles y árboles, y llevarlo consigo, puede confiar en que ese ecosistema hará el trabajo de fotosíntesis por él. Los lectores entienden nuestro ecosistema, por lo que pueden relacionarse.(Tal sistema sería menos eficiente energéticamente que la conversión de moléculas en bruto, pero ese es el precio que paga por la magia que los lectores entienden... y una criatura de energía infinita no tendrá muchos problemas). Simplemente puede verter su "energía" para mantener ardiendo al sol en miniatura, lo cual es mucho más fácil de hacer a los ojos del lector porque el sol está más descontrolado. Generar oxígeno átomo por átomo requeriría una gran cantidad de control y sensibilidad.

Si el viajero tiene un defecto, esto también podría dar lugar a dispositivos de trama. Considere lo que sucedería si perdiera el control de esta realidad en miniatura. ¿Podría el sol convertirse en nova? ¿Podría traer biología de un planeta a otro por accidente? ¿Cómo alteraría el viajero sus planes de viaje para evitar cometer un error? Tal vez despide activamente los árboles y el sol mucho antes de llegar al planeta, básicamente conteniendo la respiración por las leyes de unos pocos millones de millas. Esto podría crear un punto de trama potencial si fuera interceptado después de descartar su fuente de vida.

¿Qué pasaría si fuéramos parte de esa realidad en miniatura, y él estuviera a punto de despedirnos antes de llegar a su destino?

Si tienen energía ilimitada y tecnología avanzada, pueden crear materia. Este es el resultado de la equivalencia masa-energía . Para que puedan producir oxígeno o lo que necesiten.

La tecnología actual no está exactamente ahí todavía, pero está en camino .

Pídales que cambien sus cuerpos, para que en realidad no expulsen desechos. El CO2 ingresa a su cuerpo, donde algunos cloroplastos reciben luz para convertirlo nuevamente en O2.

Con el diseño correcto, ni siquiera necesita los poderes mágicos, solo una buena ingeniería genética. Y, por supuesto, la luz del sol o la entrada de energía.

Según esta respuesta de Chemistry.SE , "se requieren alrededor de 94 k-cal de energía por mol de$CO_2$(alrededor de 44g)" para convertir$6CO_2 + 6H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2$.

Entonces, suponiendo energía ilimitada para impulsar esta reacción y un suministro de agua lo suficientemente grande, sería fácil renovar la burbuja de oxígeno convirtiendo el dióxido de carbono residual en glucosa (o un azúcar relacionado ) y más oxígeno.

¿Qué tan grande es "suficientemente grande"? Necesitamos cantidades iguales de$CO_2$y$H_2O$para esta reacción. Esta respuesta de Biology.SE estima "que en cada respiración tomamos 18 mg$O_2$(1,1 mmol) y liberamos 36 mg de$CO_2$(1,2 mmol) más 20 mg$H_2O$(1,1 mmol)." Así que para evitar un lento$CO_2$acumulación, necesitamos traer 0.1 mmol extra de agua por respiración (además, si usamos toda el agua en esta conversión, el aire se secaría mucho, así que un poco de agua extra es buena). Un mol de agua es ~18 g (o ~18 ml), por lo que 0,1 mmol serían ~1,8 mg (o ~1,8 microlitros). Suponiendo 15 respiraciones por minuto (hacia el extremo superior del rango de descanso promedio), una botella de agua de 1 litro sería suficiente durante bastante tiempo.

$\frac{1.8{\mu}L \text{ water}}{1 \text{ breath}}\times\frac{15\text{ breaths}}{1\text{ minute}}\times\frac{1440\text{ minutes}}{\text{day}}\times\frac{1\text{ bottle}}{1L=1,000,000{\mu}L\text{ water}}=\frac{0.03888\text{ bottles}}{\text{day}}\rightarrow\frac{25.72\text{ days}}{\text{bottle}}$

Por supuesto, esto no supone ningún otro requisito (como comida, agua para beber, etc.) y no aborda la duración del viaje en absoluto. Pero con energía ilimitada, es muy fácil reciclar el aire.

La respuesta termodinámica simple es:

Necesita tanta energía (en la dirección opuesta) para convertir CO2 a O2 como la que obtuvo cuando lo convirtió de O2 a CO2.

Debo admitir que no sé cuál es ese número, ni cuál es realmente el papel biológico de la respiración (¿es para el intercambio de energía? ¿o para catalizar otras reacciones?), pero dado que obtenemos la mayor parte de nuestra energía de los alimentos, creo que es más lo último, así que... podrían comer un poco más y usar algo de esa energía para manejarlo. Considere que sería aproximadamente lo mismo que respirar el doble de lo normal.

Como han dicho otros, dada la energía suficiente, esto es trivial. Simplemente elimine el carbono del CO2 y estarán listos para funcionar.

Sin embargo, hay otro problema: el calor. Dado que tienen energía infinita disponible, no me voy a preocupar de que tengan demasiado frío, pero ¿cómo manejan el problema opuesto? Me cuesta imaginar algo como una eficiencia del 100 % en esta reacción.

Sin traje, la persona está expuesta al vacío del espacio. En ausencia de presión, su sangre hervirá a medida que los gases disueltos en su sangre vuelvan a su estado gaseoso. Se forman coágulos de sangre y la persona muere de una muerte bastante dolorosa en unos pocos minutos.

Si por alguna razón eso no los mata de inmediato, entonces morirán por exposición a la radiación si están cerca de un sol, porque no tendrán la atmósfera terrestre y el campo magnético para desviar o absorber eso. Gran parte de la razón por la cual los trajes de astronauta actuales que se usan fuera de la nave espacial son tan gruesos es la protección contra la radiación.

Su viajero espacial sin traje puede necesitar una fisiología que infunda oxígeno y elimine el CO2 por algún otro medio que no sea la transferencia gaseosa para sobrevivir en el vacío, o tal vez un caparazón exterior duro para que puedan mantener un poco de presión interna para permitir que la sangre entre en su corriente. forma de existir sin hervir.

En cuanto a la radiación... tal vez el caparazón duro también podría funcionar como un escudo contra la radiación, pero ahora tu gente se parece a Ben Grimm de los Cuatro Fantásticos. Un poco crujiente... podría querer evitar tramas secundarias románticas.

Tal vez podrían usar un campo de fuerza personal, como el bláster que desvía los escudos personales usados ​​en la serie de la Fundación de Asimov. Estos eran solo un cinturón que usaba una persona... el escudo real que rodeaba a la persona era invisible. Eso podría desviar la radiación y actuar como un recipiente a presión para que una persona normal no necesite un traje en el espacio.

Hay dos respuestas no mágicas a esto, así que puedes tomarlo por lo que vale y adaptarlo a tus necesidades.

1. Simbiontes planta-humano. La idea es esencialmente crear la ecología de circuito cerrado de la Tierra, pero eliminándola y simplificándola tanto como sea posible. Como mínimo, el ser humano está encerrado en una planta, y la planta se alimenta de los productos de desecho humano (materia fecal, orina y CO2). La planta utiliza la energía disponible del sol para descomponer estos materiales a través de la fotosíntesis y alimenta a la persona con sus "productos de desecho" (O2, azúcares y carbohidratos).

Vivir dentro de un jardín espacial

La planta tendría que estar especialmente adaptada para mantenerse sellada contra el vacío del espacio, mientras permite que la energía solar en el interior funcione con la ecología. En la Tierra, se necesita alrededor de un cuarto de acre de tierra para suministrar suficiente alimento para una persona, por lo que probablemente sea seguro asumir que se necesita una cantidad similar de área de recolección solar para abastecer al simbionte en el interior.

2 Científico loco. Alexander Bolonkin ha publicado un artículo que esencialmente sugiere que un ser humano podría tener implantado el equivalente a una máquina corazón-pulmón. Entonces, el cyborg solo necesitaría tener la piel exterior lo suficientemente endurecida para resistir el vacío y la radiación solar (obtendría una quemadura de sol bastante desagradable en el espacio), y algunas otras modificaciones quirúrgicas o de ingeniería genética para cerrar el cuerpo al vacío (es decir, evitar humedad y gases de salir del cuerpo a través de aberturas naturales.Este es un cyborg bastante extremo, y temas como el almacenamiento de energía y material no se tratan con demasiada profundidad.

Convertir cualquiera de estas ideas en magia requerirá algún tipo de movimiento manual del autor. Tal vez la persona necesite estar en contacto con un cuarto de acre de tierra cultivada a través de un agujero de gusano o algún sistema de transferencia mágica para aprovechar el hecho de ser parte de un ecosistema preexistente. Tal vez hagan lo mismo en un hospital para conectarse a la maquinaria adecuada para sobrevivir en el espacio.

Tienes energía infinita.

Si calienta algo lo suficiente, se separará en sus elementos componentes.

Cuando la concentración de Co2 sea lo suficientemente alta, acelere lo suficientemente rápido para empujar el Co2 hasta el "fondo" de la burbuja.

Separe las secciones de su burbuja para formar dos burbujas, cerrando la mayor parte del Co2.

Usa tu energía infinita para calentar la colección de gases en la burbuja de Co2 a temperaturas increíblemente altas.

Forme la burbuja de Co2 en un disco y gírela muy rápido mientras la calienta. Usa la 'magia' para arrojar el carbón más pesado y déjalo en el espacio.

Esto tiene el beneficio narrativo de no requerir 20 párrafos para explicar las mezclas de gases o la fotosíntesis, y también un disco giratorio de gas sobrecalentado probablemente se vería genial.