Se define la línea de Kármán como el límite entre atmósfera y espacio exterior, a efectos de aviación y astronáutica. Su altura fue estimada en 100 km sobre el nivel del mar por Theodore von Kármán, calculando la altura a la que la densidad de la atmósfera se vuelve tan baja que la velocidad de una aeronave para conseguir sustentación aerodinámica mediante alas y hélices debería ser equiparable a la velocidad orbital para esa misma altura.

Es decir, que es una definición subjetiva y pragmática, pero no real. La atmósfera va mucho más allá. De hecho, llega más allá que la Luna.

Densidad de hidrógeno

Nuestra atmósfera se extiende más allá de la órbita lunar en forma de nube de átomos de hidrógeno (llamada geocorona), hasta alcanzar dos veces la distancia a nuestro satélite natural. No es una nube muy densa, pero existe: solo 70 átomos por centímetro cúbico a 60.000 kilómetros de la superficie terrestre, y unos 0,2 átomos a la distancia de la Luna.

Es decir, que la capa de gas que envuelve la Tierra tiene un radio de 630.000 kilómetros, 50 veces el diámetro de nuestro planeta.

Son los datos que se han obtenido gracias a Observatorio Heliosférico y Solar (SOHO) de la ESA/NASA. Y no constituyen solamente una curiosidad (anda, la Luna orbita atravesando nuestra atmósfera), sino que esto resulta de especial interés cuando buscamos planetas con posibles depósitos de agua más allá de nuestro Sistema Solar.

A pesar de que vivimos en la Tierra, casi no hemos explorado nuestro propio planeta. No solo porque aún queden rincones si pisar, como gran parte del desierto de Australia, ni porque apenas hemos identificado todas las especies animales que nos rodean.

Sobre todo está inexplorada porque conocemos la superficie, pero solo hemos perforado a 11 kilómetros de profundidad. Es como vivir en una manzana y solo haber perforado unos milímetros de la piel de la manzana. Con la atmósfera que nos rodea pasara un poco lo mismo, tal y como escribió Carl Sagan en su artículo para Skeptical Enquirer “Wonder and Skepticism”:

El grosor de la atmósfera de la Tierra, comparado con el tamaño total del planeta, mantiene una proporción prácticamente idéntica a la que existe entre el grosor de la capa de laca que recubre una bola del mundo escolar y el diámetro de esa bola.

Es decir, que la atmósfera parece irrelevante, pero sustenta la vida en la Tierra, y tiene muchas características asombrosas que poca gente conoce. Por ejemplo:

• Sin atmósfera la Tierra no sería azul, sino una deslumbrante bola blanca de hielo cuya superficie estaría a una temperatura media de -18 ºC.

• ¿De qué está compuesta la atmósfera. Lo explica así Marcus Chow en su libro El universo en tu bolsillo:

  La atmósfera actual está formada en una quinta parte por oxígeno y en cuatro quintas partes por nitrógeno, además de la presencia residual de algunos otros gases como argón, vapor de agua y dióxido de carbono (…) Pero la atmósfera es algo más que un manto rico en oxígeno que envuelve al mundo. Es también una capa de aire en incesante movimiento, impulsada por la energía solar. El Sol calienta más las regiones ecuatoriales que los polos, por lo que la temperatura del aire en aquellas es más alta que en estos últimos.

• Debido a la rotación de la Tierra, el aire que hay sobre la superficie de la Tierra se desplaza a más velocidad en el ecuador que en los polos, por eso la NASA hace despegar sus naves desde Florida, para aprovechar la máxima propulsión de la propia rotación de la Tierra:

  Los habitantes de tierras ecuatoriales viajan sin saberlo a casi el doble de velocidad que un Boeing 747: unos 1.670 kilómetros por hora.

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La atmósfera se mueve de forma caótica, por eso es tan difícil de predecir con exactitud el tiempo atmosférico. El meteorólogo y comunicador estadounidense Robert T. Ryan resume así el reto que supone enfrentarse diariamente a la predicción del tiempo:

Imaginémonos una esfera de más de 12.000 kilómetros de diámetro que rota sobre sí misma, que presenta una superficie irregular, que está rodeada de una capa de cuarenta kilómetros de grosor en la que se combinan diferentes gases cuyas concentraciones varían tanto espacial como temporalmente, y que se calienta (como se calientan también los gases que la rodean) gracias a un reactor nuclear situado a unos 150 millones de kilómetros de distancia. Imaginémonos también que esa esfera gira asimismo alrededor del mencionado reactor nuclear y que algunas de sus partes se calientan más en según qué momentos de esa órbita de traslación. E imaginémonos por último que esa mezcla gaseosa recibe continuamente aportaciones desde la superficie sobre la que está situada, generalmente de forma pausada, pero a veces por medio de inyecciones violentas y muy localizadas. Pues, bien, ahora supongamos que, tras observar esa mezcla de gases, se espera de nosotros que seamos capaces de predecir su estado en un punto determinado de la esfera para uno, dos o más días después.

Imágenes | Pixabay

A veces los avances científicos se producen por casualidad, como lo sucedido en la Universidad de Sydney, que ha resuelto el misterio de los ácidos producidos por las plantas en el aire, algo que nadie ha sabido explicar hasta la fecha.

La troposfera contiene 90 megatones de ácidos orgánicos, el doble de lo que los modelos climáticos decían. Ahora habrá que tener en cuenta la nueva visión para actualizar la modelización del clima.

El profesor Kable y su colega el Dr. Meredith Jordan son los principales autores del estudio, publicado en la revista Science.

La neblina que da a las montañas ese aspecto azulado es el resultado de la gran variedad de aceites que liberan las plantas, una vez que la luz solar actúa sobre ella.

Los ácidos orgánicos tiene un impacto sobre la atmósfera: se disuelven en ella, acidificando las gotas y cambiando su valor de pH. El crecimiento de las plantas es muy sensible al pH del agua y del suelo.

Concentramos el compuesto en acetaldehído, algo muy común en la atmósfera. Simplemente estábamos tratando de entender lo que le sucede en presencia del Sol, para lo cual usamos un láser. Sintetizamos una forma especial de acetaldehído, lo que nos permitió seguir la química a un nivel que no se había intentado nunca

Dijo el profesor Kable.

Estos resultados confirman que la transformación química se produce a altos rendimientos, un 25% de moléculas de acetaldehído se habían transformado en alcohol de vinilo, que a su vez forma el ácido orgánico bajo la acción del Sol.

El proceso químico se denomina tautomerización ceto-enólica, donde un átomo de hidrógeno se transfiere a una parte diferente de una molécula para crear alcohol de vinilo.

Comprender los mecanismos de los diferentes ácidos orgánicos es la clave para entender su aparente abundancia en la atmósfera. Este paso es un gran avance en la comprensión de cómo las plantas interactúan con la atmósfera

Concluye Kable.

Vía | Physorg

John Tyndall era un científico victoriano célebre por sus conferencias en la Royal Institution de Londres. También se caracterizaba por diseñar unos experimentos muy hábiles, casi tanto como los que diseñaba su coetáneo Michael Faraday.

En uno de sus nuevos experimentos de 1859, Tyndall contó con una bomba de vacío, un largo tubo de latón taponado con sal en ambos extremos y un termómetro muy sensible. La idea era resolver el enigma, planteado treinta años antes, por Joseph Fourier. Esto es: cuánta energía solar llegaba a la Tierra y cuánta radiaba la Tierra al espacio.

Tal y como señala Tim Harford en su libro Adáptate:

Fourier había calculado que la radiación de la Tierra equilibraría el calor absorbido del Sol a una temperatura de 15 ºC. Pero se quedó pasmado porque, según sus minuciosos cálculos, el equilibrio real de energía suponía que la temperatura media del planeta habría de ser de 15 ºC bajo cero. En resumen, que el planeta debería ser una gigantesca bola de nieve.

Tyndall sospechaba que la razón de este enigma estribaba en que la atmósfera de nuestro planeta debía acumular el calor como un invernadero. Así que se dispuso a medir el efecto en su experimento: extrajo el aire del tubo de latón y le aplicó el termómetro, descubriendo que el vacío no absorbía el calor irradiado. A continuación añadió una mezcla de oxígeno y nitrógeno, los dos gases que, juntos, forman el 99 % de la atmósfera de la Tierra. Pero el resultado fue parecido. ¿Qué estaba fallando?

El problema estaba en la pureza del aire de Tyndall, porque la atmósfera de la Tierra contiene trazas de más gases, además del oxígeno y el nitrógeno. Hay un 0,4 por ciento de vapor de agua y un 0,04 por ciento de dióxido de carbono, además de argón y otros gases residuales. Tyndall, entonces, añadió a su experimento una pequeña cantidad de vapor de agua, metano y dióxido de carbono. Y entonces, finalmente, el calor radiado fue absorbido.

Según escribió:

comparando un solo átomo de oxígeno o nitrógeno con un solo átomo de vapor de agua, podemos inferir que la acción de este último es de 16 000 veces la de los primeros. Fue un resultado asombroso y, por supuesto, suscitó oposición.

La sonda Cassini de la NASA ha captado iones de oxígeno molecular alrededor de Dione, una luna helada de Saturno, lo que confirma la presencia de una atmósfera muy tenue.

Los iones de oxígeno son muy escasos (uno por cada 11 centímetros cúbicos), mostrando que Dione tiene una atmósfera neutra extremadamente delgada.

La detección de esta atmósfera tenue, conocida como exosfera, se describe en un reciente número de la revista Geophysical Research Letters.

Ahora sabemos que Dione, al igual que los anillos de Saturno y su luna Rhea, es una fuente de moléculas de oxígeno

Indicó Robert Tokar, un miembro de la misión Cassini en el Laboratorio Nacional de Los Álamos.

Varios cuerpos sólidos del sistema solar, incluyendo la Tierra, Venus, Marte, Saturno, la luna, etc, tienen atmósferas. Sin embargo, tienden a ser más densas que lo que se ha encontrado alrededor de Dione.

Los científicos de Cassini detectaron una exosfera alrededor de la luna Rhea de Saturno en 2010, muy similar a Dione. La densidad de oxígeno en la superficie de Dione y Rea es de alrededor de 5 billones de veces menos densa que la atmósfera de la Tierra.

Los científicos no creían que Dione, por su pequeño tamaño, pudiera tener una atmósfera. El nuevo descubrimiento convierte este pequeño satélite en un objeto de estudio mucho más que interesante.

La sonda Cassini, lanzada en 1997, es una misión en la que participan la NASA, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Italiana cuyo objetivo es estudiar los cambios climáticos en Saturno y en sus lunas.

Vía | NASA

Nuestros planetas vecinos, Marte y Venus, no poseen océanos, lagos o ríos. Algunos investigadores han especulado que fueron consumidos por el viento solar, y que la Tierra no ha seguido el mismo destino gracias a que su fuerte campo magnético desviaba este viento. Sin embargo, el debate sobre si el campo magnético terrestre actúa como un escudo se ha vuelto a abrir.

La controversia surge a partir de observaciones recientes que muestran que Marte y Venus están perdiendo iones de oxígeno de sus atmósferas hacia el espacio, más o menos, al mismo ritmo que la Tierra. Este resultado ha sido una sorpresa, ya que la Tierra posee un fuerte campo magnético dipolar que puede evitar que las partículas de viento solar choquen directamente contra la atmósfera superior.

Robert Strangeway, investigador del Instituto de Geofísica y Física Planetaría de UCLA afirma:

Mi opinión es que la hipótesis del escudo magnético no está probada. No hay nada en los datos contemporáneos que justifiquen la invocación de los campos magnéticos.

Cada uno de los tres planetas, Marte, Venus y la Tierra, está desprendiendo hacia el espacio alrededor de una tonelada de atmósfera cada hora. Parte de este material se perdió originalmente en forma de agua, por lo que se plantea la siguiente pregunta: ¿cómo pudieron acabar los planetas con cantidades muy diferentes de agua si todos “desprendían” atmósfera hacia el espacio a la misma velocidad?

“El problema radica en analizar las velocidades actuales y tratar de adivinar lo que ocurría hace miles de millones de años“, afirma Janet Luhman, investigadora de la Universidad de California, Berkeley. Ella opina que el campo magnético de la Tierra podría haber marcado la diferencia en el pasado, cuando creemos que el viento solar era más fuerte.

El principal motivo para que los iones de la atmósfera se escapen hacia el espacio es el viento solar, que supone una salida a alta velocidad de protones y electrones procedentes del Sol. Debido a que estas partículas tienen una carga eléctrica, sus trayectorias se ven afectadas en presencia de un campo magnético.

Vía | Astrobio

En la primera entrada de este artículo definimos una serie de conceptos físicos relacionados con la atmosféra. Hoy hablaremos sobre la densidad del aire y definiremos la atmósfera tipo.

Densidad del aire

La densidad de un cuerpo se define como la cantidad de masa por unidad de volumen:

Es decir, si encerramos una cierta cantidad de aire en un volumen concreto, podremos calcular su densidad. De forma intuitiva podemos concebir que la densidad del aire (1.2 kg/m³) será menor que la del agua (1000 kg/m³), ya que en un metro cúbico tenemos una mayor cantidad de masa de agua que de aire.

Ya vimos en el artículo de ¿Cómo vuela un globo? que la diferencia de densidades era la responsable de que un objeto se elevase. Y en la primera entrada analizamos que la presión y la temperatura del aire dependen de la altura. No obstante, ¿se ve afectada también la densidad del aire por algún otro factor o permanece constante?

Según la ley de Bolye, a temperatura constante, los volúmenes ocupados por un gas son inversamente proporcionales a las presiones a las que está sometido.

Y como hemos visto que la densidad relaciona la masa con el volumen, la densidad de un gas aumentará o disminuirá en relación directa con la presión.

Por otro lado, la ley de dilatación de los gases de Gay-Lussac afirma que la dilatación de los gases depende de la temperatura. Si aplicamos calor a un cuerpo, éste se dilatará y ocupará más volúmen. Así, si una misma masa ocupa más volumen, su densidad será menor y podemos concluir que la densidad del aire cambia en proporción inversa a la temperatura: a mayor temperatura, menor densidad.

No obstante nos encontramos con el primer problema. En la primera entrada de este artículo vimos que al aumentar la altura, la presión atmosférica disminuye y por tanto la densidad también. Sin embargo, la temperatura también disminuye con la altura y por tanto la densidad aumenta. ¿Cuál es la variación total? La repuesta es que el cambio de presión influye en mayor medida que el de la temperatura, por lo que concluimos que a mayor altura, menor densidad del aire.

Atmósfera tipo

La atmósfera tipo, definida por la Organización de Aviación Civil International (OACI), es una atmósfera hipotética basada en medidas climatológicas y que sirve como patrón de referencia. Define una serie de valores como por ejemplo, temperatura de 15º C y presión 760 mm al nivel del mar o un gradiente térmico de 1,98º por cada 1000 pies.

En esta serie de artículos se explicará el funcionamiento básico de una avión y los fundamentos por los que es capaz de volar. Empezaremos introduciendo de forma muy simple, una serie de conceptos físicos como la presión atmosférica y la temperatura y densidad del aire, y algunos principios aerodinámicos. Finalmente se detallarán las fuerzas que actúan durante el vuelo y la estructura de un avión. Empecemos.

Presión atmosférica

La presión se define como cantidad de fuerza aplicada sobre unidad de superficie. Es decir, cuánta fuerza estamos ejerciendo sobre una superficie determinada:

De esta forma, si aplicamos la misma fuerza sobre dos superficies diferentes, ejerceremos mayor presión en la superficie más pequeña.

La presión atmosférica es la fuerza que ejerce la atmósfera (envoltura gaseosa que rodea al planeta compuesta por nitrógeno, oxígeno y otros gases), sobre una superficie. ¿Por qué ejerce fuerza la atmósfera? Debido al peso del aire. ¿Sobre qué superficie medimos esta fuerza?. De forma estándar definimos una columna imaginaria de base dicha unidad. Así, la altura de la columna imaginaria y por tanto el peso del aire que contiene, dependerá de la altura a la que nos encontremos. No es lo mismo medir la presión atmosférica a nivel del mar, que en la cima del Everest, ya que la cantidad de aire encerrada en nuestra columna imaginaria es mayor en el primer caso. De esta forma se concluye que a mayor altura, menor presión atmosférica.

Debido a esta propiedad, y a la menor densidad del aire como veremos más adelante, cuando volamos en una avión por encima de una altitud determinada, necesitamos un sistema de presurazación en la cabina de pasajeros.

Las unidades que se utilizan generalmente en el mundo aeronáutico son milibares o pulgadas de mercurio.

Temperatura del aire

Independientemente de la latitud (distancia angular entre el ecuador y un punto determinado del plante) en la que nos encontremos, a mayor altura la temperatura del aire será menor. Esto es debido a que los rayos que atraviesan la atmósfera procedentes del sol, no calientan de forma significativa su temperatura. No obstante, la Tierra absorve absorbe esta energía incidente y aumenta su temperatura, la cual es cedida de forma gradual a las capas de aire de la atmósfera. Así, cuanto más alejada esté la capa de aire de la superficie terrestre, menos calor recibirá.

Relación entre temperatura y presión

Cuando vemos las noticias del tiempo en la televisión, asociamos de forma automática altas presiones con calor y bajas presiones con frío. La ley de compresión de los gases de Gay-Lussac nos confirma que existe una relación directa entre la presión de un gas y su temperatura.Si encerramos una masa de gas en un recipiente y la calentamos, la presión que ejerce esta masa sobre el recipiente aumentará. De forma análoga, al comprimir un gas aumentamos su temperatura y al descomprimirlo lo enfriamos.

Hasta aquí la primera entrega de esta serie de artículos. En la próxima entrada analizaremos la densidad del aire y relacionaremos todos estos conceptos.

Ante la pregunta de dónde empieza exactamente el espacio, lo cierto es que sólo hay un país en el mundo que lo haya declarado. Ocurrió en 2002. Fue entonces cuando Australia adoptó los 100 km de altitud como referencia del punto de inicio del espacio.

Y es que más de 40 años después de que empezaran a explorar el espacio los primeros astronautas, sigue sin existir una definición reconocida internacionalmente de dónde estuvieron. Se suele considerar espacio exterior al territorio que queda fuera de la atmósfera terrestre, pero el límite superior de la atmósfera es tan difuso que se han tenido que definir límites de manera más o menos arbitraria.

La NASA hace tiempo que tiene la tradición de conceder las alas de astronauta a aquellos individuos que consiguen llegar a una altura de 50 millas de altura (80,47 km), que certifican que han estado en el espacio.

Durante los años 1970, ocho pilotos de prueba de aviones cohete X-15 se unieron a los astronautas de los programas Mercurio, Géminis y Apolo que habían obtenido este galardón; el piloto Joe Walker alcanzó una altura de más de 100 km en dos vuelos que realizó en 1963.

La mayoría de los expertos concuerdan que un vuelo a semejante altitud ya puede considerarse un viaje espacial en toda regla. La línea de Kármán, nombrada así en honor a Theodore von Kármán, se sitúa a 100 kilómetros sobre nuestras cabezas (bueno, sobre el nivel del mar), y es la altura aceptada por la Federación Aeronáutica Internacional (FAI) para definir el límite del espacio.

A los 100 kilómetros se sitúa el límite en el que la atmósfera se convierte lo suficientemente fina como para no poder proporcionar una fuerza sustentadora que lo mantenga. La distancia calculada no fueron exactamente 100 kilómetros, pero como estaba muy próximo, von Kármán propuso aceptar esta cifra como límite.

Sin embargo, recientemente quizá se haya conseguido trazar una frontera aún más concreta gracias al instrumento denominado Supra-Ion de imágenes térmicas, que fue llevado por el cohete JOULE II el 19 de enero del 2007. Viajó a una altitud de unos 200 kilómetros sobre el nivel del mar y la recolectó datos durante los cinco minutos que se desplazó a través del “borde del espacio”.

La información recibida del instrumento diseñado en la Universidad de Calgary constató la frontera entre la atmósfera de la Tierra y el espacio ultraterrestre: empieza 118 km por encima de la superficie de la Tierra.

Vía | Los archivos de la Tierra / 100cia para todos

Aunque lo neguemos, la comida entra por los ojos. Antes cogeremos un tomate que sea rojo y brillante (aunque menos sabroso) que un tomate picado o de color menos lustroso (aunque sea más sabroso). Esto lo saben muy bien los gerentes de supermercado y los expertos en marketing.

Como lo de usar conservantes ya no está tan bien visto, ahora se ha optado por generarles una propia atmósfera a los alimentos. Pero ¿qué es exactamente lo que contiene esta atmósfera protectora en la que se envasa la comida?

Durante el MAP, o sea, el envasado en atmósfera modificada, el producto se sella con una mezcla de gases que ralentizan las reacciones bioquímicas culpables de que la comida se ponga mala o simplemente fea.

Por ejemplo, el etileno que se libera durante la maduración es la causa de la decoloración de vegetales como el brócoli, o el que otros adquieran un color marrón responde a la acción de determinadas enzimas. Si la carne pierde su color rojo y se hace amarronada es porque la exposición al aire ambiental provoca que la oximioglobina (lo que le da el color rojo) se convierta en metamioglobina.

Las atmósferas selladas retrasarían estos efectos. Un empaquetado rico en dióxido de carbono reduce el daño bacteriológico, llega a quintuplicar la fecha de caducidad de los vegetales y permite que la carne mantenga su buen aspecto al menos durante 48 horas.

Los envasados a base de nitrógeno reducen en ennegrecimiento de los vegetales.

Para conservar pescado graso, como el arenque y la caballa, se usa una mezcla de dióxido de carbono y nitrógeno a razón de 60/40.

La película transparente en la que se envuelve el producto también está alterada para evitar que la comida se estropee. Las películas depuradoras de etileno eliminan el gas que provoca la decoloración de los vegetales verdes.

Vía | ¿Por qué la araña no se queda pegada a la tela? de Robert Matthews