1-W4CsSbiu4aQhOgWvmZA00g

Cómo se comporta en condiciones de gravedad cero y presión cero del espacio exterior una de las moléculas más interesantes de la Tierra.
 

“Día tras día, día tras día,

permanecíamos fijos, sin aliento,

ociosos como una nave pintada

a flote en un pintado mar.

 

Agua, por todas partes agua,

y un rechinar de cundernas;

agua, por todas partes agua,

y ni una gota que beber.”

La Balada del Viejo Marinero. Samuel Taylor Coleridge.

La Tierra es uno de esos lugares extremadamente escasos y especiales en el Universo donde el agua puede existir, de forma estable, en forma de líquido. Nuestra canica azul nos resulta tan familiar que olvidamos lo escasa que es el agua líquida en el Universo.
 

earth

Image credit: NASA Goddard Space Flight Center Image by Reto Stöckli, Terra Satellite / MODIS instrument.

 

Hay tanta agua en la Tierra que si juntáramos todos los océanos del planeta, pesarían más de 10^18 toneladas, más que el mayor de los asteroides descubiertos y aproximadamente lo mismo que Caronte, la luna gigante de Plutón. En resumidas cuentas, un montón de agua,  ¡la suficiente como para llenar una esfera de 1.385 km de diámetro!

 

1-1varVmH68txR3RcGheDQFA

Image credit: Jack Cook / WHOI / USGS.

 

Sin embargo, el agua sólo dispone de un pequeño margen en el que puede existir físicamente como líquido, incluso en la Tierra. Por ejemplo, si lleváramos agua caliente a un lugar muy elevado, comenzaría a hervir y se convertiría en gas. Cuanto más alto la llevásemos, más descendería su punto de ebullición.

 

1-mpIhDtNJ8wCRzIY6OHBMLA

Image credit: Thomson Higher Education.

 

¿Y esto por qué es así? Porque a mayor altitud, hay un menor porcentaje de atmósfera presionando sobre el agua, es decir, la presión es menor. A las temperaturas atmosféricas que son normales en la Tierra, las moléculas de agua tienen una determinada cantidad de energía cinética y tienden a moverse a una determinada velocidad media. Algunas de esas moléculas tienen la suficiente energía como para escapar en un momento dado de la fase líquida y convertirse en gas. La mayor fuerza que contrarresta esto es la presión atmosférica. Si se incrementa la presión se vuelve más difícil para el agua escapar y pasar a gas; si se disminuye la presión, se vuelve más fácil. Esta es la razón de que la temperatura de ebullición del agua sea mayor dentro de una olla a presión, pero menor en grandes altitudes, donde la presión atmosférica es más baja.

 

Por otra parte, el agua tampoco puede ser líquida a bajas temperaturas. Puedes comprobar (en el diagrama de debajo) que si empiezas con agua líquida, puedes convertirla en gas bajando la presión, pero también puedes convertirla en un sólido bajando la temperatura.

 

1-nxYKUpIhe_JtsjYQ_TcnLw

Image credit: Wikimedia commons user Cmglee.

 

Así pues, mi pregunta es la siguiente:

Si llevaras un vaso de agua al espacio exterior, ¿el agua se congelaría o herviría?

Esta pregunta parece terriblemente difícil, porque además de saberlo todo sobre el agua…
 

1-kneZuyCYumi_mhy5lbge0A

Image credit: stocknadia (Shutterstock).

 

… también necesitamos conocer el espacio exterior. El espacio es un montón de cosas: las palabras frío, oscuro y vacío nos vienen enseguida a la cabeza. Y estas cosas se vuelven bastante obvias tan pronto como sales de la Tierra.
 

1-UHMEGxV3XbLVRoZmG2-OnA

Image credit: NASA (1984), Space Shuttle Challenger, of Bruce McCandless using the Manned Manuevering Unit or MMU.

 

Pues bien, la temperatura del espacio es, en su punto más frío, apenas la temperatura del resplandor remanente del Big Bang. Esta radiación, conocida como radiación cósmica de fondo de microondas, impregna todo el Universo a una temperatura de tan solo 2.7 Kelvin. Si puedes aislarte adecuadamente del Sol, la Tierra y todas las demás fuentes de calor en nuestro vecindario local, ¡el espacio es así de frío!

 

Esta temperatura está a menos de 3 grados por encima del cero absoluto, o -270 ºC, así que es vital que cuando enviamos humanos al espacio, los mantengamos tanto a las temperaturas como a las presiones adecuadas para su supervivencia. En un entorno sellado, como el interior de la ISS, el agua se comporta de forma bastante parecida a como lo hace en la Tierra, con la notable excepción de la gravedad.

 


 

Pero si sacaras algo de agua líquida al espacio profundo, con sus temperaturas gélidas, ¿se congelaría? Recuerda que también está, literalmente, a presión cero en el espacio. Así pues, ¿qué pasa? ¿Quién gana? ¿El agua se congela debido a las bajas temperaturas o hierve debido a la falta de presión?

 

Por extraño que parezca, la respuesta es que primero hace una cosa y después la otra. ¿Recuerdas el diagrama de fase del agua?

 

1-Y_mmZtIWhaDQSzYIQDVXKw

Image credit: Henry Greenside of Duke, via http://www.phy.duke.edu/~hsg/363/table-images/water-phase-diagram.html.

 

Resulta que tener un vacío de presión da lugar a una transición increíblemente rápida, haciendo que el agua hierva casi instantáneamente. La (anteriormente) agua líquida no tiene más remedio que entrar en la fase gaseosa, mientras que a su temperatura le llevará algo de tiempo bajar lo suficiente como para hacer la transición a la fase sólida. En otras palabras, el efecto de hervir es mucho, mucho más rápido que el efecto de congelarse en esas condiciones.

 

Pero la historia no acaba aquí. Una vez que el agua ha hervido, tenemos algunas moléculas de agua aisladas en estado gaseoso, pero en un entorno muy muy frío. Estas diminutas gotas de vapor de agua ahora se congelan inmediatamente (o técnicamente, se “depositan”) y se convierten en cristales de hielo.

 

1-9Qgor1m3XDMwl92iAbXrjw

Image credit: deviantART user Typen, via http://typen.deviantart.com/gallery/.

 

De hecho, ya hemos observado esto. Según algunas observaciones de los astronautas, en las que vieron su orina saliendo despedida de la nave espacial:

 

Cuando los astronautas echan una meadita en una misión y expulsan el resultado al espacio, hierve violentamente. El vapor pasa entonces inmediatamente a estado sólido (un proceso conocido como deposición) y terminas con una nube de finísimos cristales de orina congelada.

 

Parece una cosa fantástica que contemplar, ¿verdad? Bien, muchos de vosotros (¡hace poco!) habéis hecho casi lo mismo en la Tierra. (Aunque algunos no tuvisteis tanto éxito). ¿Qué pasa si coges agua hirviendo y en un día muy muy frío la arrojas al aire?

 


 
El área superficial del agua aumenta drásticamente, y ahí es donde rompe a hervir casi inmediatamente gracias a las altas velocidades de las moléculas y se convierte en gas. Casi inmediatamente después el gas se congela (o se deposita)¡ y el resultado son cristales de hielo, también conocidos como nieve!
 

1-R92_SQOOG3aEgKiJBpu_Kw

Image credit: Mark Whetu, in Siberia.

 

Y esto es lo que le pasa al agua en el espacio.

 
Imagen: NASA / ESA, of Pedro Duque aboard the International Space Station.
Artículo original publicado por Ethan Siegel en Starts With A Bang!

Traductor

Me hicieron creer que soy "de letras" hasta que un día me di cuenta de que la dicotomía "ciencias/letras" es una estupidez. Estudiante autodidacta de cursos en inglés relacionados con la ciencia, sobre todo matemáticas y física. Apasionada de la astronomía.

Divúlgame.NET


Warning: array_slice() expects parameter 1 to be array, null given in /srv/users/serverpilot/apps/wpsite/public/wp-content/themes/journal/singleDefault.php on line 241