Adaptarse al aumento de la gravedad en planetas alienígenas

Esto no solo es relevante para la casualidad, la colonización humana en un futuro distante o la estadía a largo plazo en cuerpos celestes con una gravedad superficial mayor que la de la Tierra, sino también para viajes espaciales con aceleración constante a más de 1 g. Es una pregunta justa y, para ser justos, en lo que respecta a la adaptación a las condiciones de hipergravedad, no tenemos idea de hasta qué punto podría considerarse seguro para los humanos y en qué punto comenzaría a correr riesgos de aumento. tasas de insuficiencia cardíaca, problemas respiratorios, mareos e incapacidad para realizar las funciones básicas, ya que el oído interno falla y nos desorientamos, o incluso experimentamos hipoxia o narcosis por nitrógeno igualmente mortal.

Algunos estudios de adaptación de mamíferos (o no como se ha demostrado) se han realizado con centrífugas. Por ejemplo, NASA Ames et al. realizó un estudio en ratas (PDF) que concluyó:

La exposición de ratas a la hipergravedad a través de la centrifugación crónica resultó en una disminución aguda dependiente de la dosis de gravedad tanto en la temperatura corporal central como en la actividad locomotora general. La fase y la amplitud del ritmo circadiano se vieron alteradas por la exposición a las condiciones hiperdinámicas en la centrífuga.

Pero estos fueron experimentos a corto plazo (días o semanas) en criaturas de cuatro patas con cuerpos pequeños. No son los mejores representantes de los problemas que los humanos enfrentarían en hipergravedad.

Mi opinión es que la adaptación natural de los humanos al entorno de hipergravedad probablemente sea imposible en entornos con una gravedad mucho mayor porque simplemente somos demasiado altos y nuestros sistemas cardiovascular y respiratorio no soportarían largos períodos de estar de pie y hacer las cosas como lo haríamos normalmente. . Sin embargo, he dado una pista sobre cómo resolver esto parcialmente ahora. No te pongas de pie. Si esto pudiera hacerse por largos periodos de tiempo y aun así permitir que los humanos hagan cualquier cosa para que valga la pena, no lo sé, pero es un comienzo.

Otra forma podría ser usar prendas de compresión, no muy diferentes a las que usan los pilotos de combate cuando se espera que realicen maniobras de alta gravedad y compriman la parte inferior del cuerpo para cortar momentáneamente el suministro de sangre a las piernas y aumentar la presión arterial en el resto del cuerpo del piloto de combate. cuerpo, permitiendo que la sangre aún llegue a sus cerebros y no caigan en lo que ahora se conoce como G-LOC (pérdida de conciencia inducida por la fuerza G). El problema es que las prendas de compresión en entornos de hipergravedad constante no podían desinflarse durante el tiempo suficiente para permitir que su ocupante volviera a respirar normalmente y permitir que la sangre fluya por la parte inferior del cuerpo. Por lo tanto, tendrían que ser rediseñados para probablemente inflarse (comprimirse) y desinflarse (descomprimirse) a intervalos siguiendo los latidos del corazón para apoyar la función cardiovascular y respiratoria humana.

Mientras tanto, lo más probable es que también tengamos que usar respiradores para apoyar y controlar nuestras funciones respiratorias, incluso si el planeta de hipergravedad en el que habitamos tiene una atmósfera perfectamente aceptable y respirable. Ya mencioné algunos posibles escenarios desfavorables con respecto a nuestro sistema respiratorio en tales condiciones, pero otro no excluido sería el edema pulmonar que resultaría en asfixia simplemente debido a la presión adicional sobre nuestros pulmones y la dificultad asociada con la respiración. Las personas sanas en sus mejores años probablemente estarían bien en este sentido por un corto tiempo, pero eso no es suficiente para la colonización, simplemente para los puestos de avanzada.

Entonces, para recapitular, no lo sabemos. Ahí lo dije.

Comentario : Quizás más interesante que el hecho de que no tenemos suficientes datos sobre la adversidad de la hipergravedad en los humanos es la pregunta de por qué no los tenemos. Un problema evidente de inmediato es el riesgo que implica hacer tales experimentos y que algunos de los efectos adversos de los mismos pueden tardar años en desarrollarse y sin forma de saber que seríamos capaces de prevenirlos o al menos manejarlos una vez que lo hagan, ya que ni siquiera sabría qué esperar exactamente. Pero también existen limitaciones estrictamente técnicas.

En la Tierra, los sistemas centrífugos en realidad no simulan las condiciones de hipergravedad con la suficiente precisión, ya que siempre hay un componente orientado hacia abajo (la propia gravedad de la Tierra) que se suma a la lista de fuerzas de aceleración. Entonces, el vector de aceleración combinado en tales sistemas horizontales está realmente inclinado hacia el plano de rotación en algún lugar entre 0 y 90 °, pero nunca uno u otro mientras la centrífuga gira. Y si la centrífuga es vertical, las fuerzas de aceleración combinadas oscilan en cada rotación y dan como resultado algo parecido a una secadora.

Que yo sepa, el sistema centrífugo horizontal más grande jamás construido y realmente puesto en uso fue realizado por los soviéticos durante los primeros intentos de vuelos espaciales tripulados y era lo suficientemente grande como para albergar cosmonautas durante días a la vez. Se utilizó un suelo inclinado y una zona de vivienda . Como probablemente puedas imaginar, fue mucho más divertido para quienes realizaron los experimentos que para sus sujetos. El gradiente de aceleración a lo largo del radio y la rotación solo a través del efecto Coriolis produjeron algunos efectos secundarios interesantes pero esperados:

       ^{El entrenamiento de cosmonautas en el sistema centrífugo de Star City demuestra el efecto Coriolis en el vuelo de los dardos a medida que gira la centrífuga.}

Pero quizás lo más importante es que los cosmonautas experimentaron mareos, náuseas, pérdida de habilidades motoras debido a los efectos de la aceleración/gradiente de hipergravedad simulado que afectaba la capacidad del oído interno y del hipocampo para traducir la información sensorial al sentido de la orientación y la memoria espacial afectada, mostrarían regularmente su almuerzo después de que lo consumieron (o intentaron hacerlo), y necesitaron días o semanas para recuperarse.

No era ni mucho menos un sistema que pudiera simular con precisión los efectos de una estancia prolongada en un entorno de hipergravedad. Y construir sistemas horizontales aún más grandes para eliminar un poco el gradiente de aceleración, y uno con acceso directo a través de su punto focal mientras gira, está fuera de discusión debido a limitaciones técnicas y materiales. Lo último que querría en un sistema centrífugo es el efecto Galloping Gertie . A menos que construya una pista circular, está bien si no puede simplemente entrar y salir del sistema centrífugo mientras está en funcionamiento, y puede mantener una velocidad lo suficientemente grande y constante de los carros. ¿Quizás un maglev de pista circular?

Alternativamente, todo esto podría resolverse construyendo tales sistemas centrífugos en órbita, es decir, ruedas espaciales que giren a una aceleración centrífuga equivalente a la gravedad de la superficie de la Tierra, pero hay otro problema: tendrían que ser absolutamente enormes y con un radio lo suficientemente grande como para eliminar también el fuerte gradiente de gravedad a lo largo de un cuerpo humano y niveles de aproximación lo suficientemente pequeños como para afirmar que es en gran medida insignificante y que no afecta en gran medida los resultados de su experimento.

Sin embargo, hacer esto en órbita está muy lejos de nuestras capacidades técnicas actuales, debido a todas las instalaciones de apoyo necesarias para ejecutar tales experimentos en humanos en un entorno controlado. Lograr que los sujetos de prueba estén dispuestos a participar tampoco puede ser fácil, ya que la ley exige que opere bajo la divulgación completa (por fin en EE. UU. y la UE), pero realmente no sabría qué esperar. Así que tendrías que estar preparado para cualquier eventualidad, y eso simplemente significa también tener demasiadas instalaciones en órbita que aún no tenemos. También correría altos riesgos de responsabilidad de tales operaciones.

Todo esto significa que ninguna agencia espacial o institución de investigación se ha acercado siquiera a poner en marcha algo así, y mucho menos ha comenzado a hacer tales experimentos. Es una de las grandes incógnitas con las que probablemente tendremos que lidiar confiando en la exploración robótica hasta que nuestra tecnología pueda abordar las limitaciones de nuestros propios cuerpos. No estamos allí todavía.

Si está interesado, estos temas también se discutieron desde una perspectiva un poco diferente (estudiando los efectos de la reducción de la gravedad y la presencia a largo plazo en Marte en los humanos) durante la reciente edición de The Space Show Classroom por Dan Adamo, el Dr. John Jurist, el Dr. Jim Logan y el anfitrión Dr. David Livingston. En su mayoría estaban comentando sobre el estudio Pathways to Mars de NRC, pero mencionaron la falta de tales estudios y por qué es así. La grabación y más información están disponibles aquí (MP3).

Un taburete.

Existe una tecnología conocida como "sentarse" que se aplica comúnmente en entornos multi-G en y cerca de la Tierra, por ejemplo, durante algunos vuelos. Entonces, la respuesta es que usaríamos nuestros traseros.

Dada la misma densidad, la gravedad de la superficie aumenta solo linealmente con el radio del planeta. Y ya en unas pocas veces el radio de la Tierra, se cree que los planetas acumulan enormes atmósferas de hidrógeno, como nuestros gigantes gaseosos, donde preferimos nadar que sentarnos. Las rocas desnudas con más del doble de la gravedad de la superficie terrestre son probablemente muy raras.