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Entonces, ¿dónde comienza el Espacio?

En esta semana, la nave Virgin Galactic realizó un vuelo sub-orbital con un apogeo de 82.7 kilómetros de altura, después de haber sido lanzada desde un avión nodriza a una altura de 15 mil 240 metros, o 15.2 kilómetros. Entre otros pasajeros, se encontraban el dueño de Virgin Galactic y multimillonario británico Richard Branson, este último deseoso de sentar un récord como dueño de una nave en la que viajaría como pasajero-turista al espacio.

Aquí es donde sus deseos se trastocaron en cierta decepción. La Fuerza Aérea de los Estados Unidos (EE.UU.) reconoce que el espacio comienza a los 80 kilómetros de altura sobre el nivel medio del mar. El vuelo realizado por Branson y sus acompañantes llegó hasta una altura de 82.7 kilómetros, lo que les otorgaría el derecho que da la Fuerza Aérea a usar alas de astronauta a toda persona que alcance esa altura. Sin embargo, la definición real que se tiene a nivel internacional de dónde comienza el espacio, y la que tiene la NASA de los EE.UU., junto a las demás agencias espaciales del mundo, es diferente, a pesar de lo cual ese país trata de no tener una posición oficial.

Creo que es esta una buena ocasión para analizar de forma rápida cómo es la estructura vertical de la atmósfera de La Tierra, para comprender mejor esa disputa.

La Atmósfera de La Tierra

Nuestro planeta está rodeado de su atmósfera, parte gaseosa integrante de él y que se concentra fundamentalmente en los primeros 11 kilómetros de altura, porción más densa, pero se extiende mucho más allá, hasta el Espacio, según veremos después.

La atmósfera de La Tierra está compuesta por varios gases que se encuentran mezclados en lo que llamamos comúnmente “aire”. Ellos son, en primer lugar, el Nitrógeno (N2) (78%), un gas neutro; y el Oxígeno (O2) (21%), que es vital, por ser el gas que respiramos. Sin embargo, hay también otros gases, aunque en pequeña proporción: el Argón (Ar), el Dióxido de Carbono (CO2) (gas de composición variable, pero de gran importancia) y el Vapor de Agua (otro gas que se encuentra en composición variable, pero que es de suma importancia), y en una proporción aún inferior, encontramos otros como el Helio, el Metano, el Kriptón, el Hidrógeno.

Mucho podría decirse de las características de nuestra atmósfera, no obstante, la que hoy nos ocupa y, por tanto, la más importante para nuestra explicación es la forma en que está compuesta y distribuida la atmósfera.

Capas de la Atmósfera

Para su estudio, la atmósfera se divide en capas, y como la temperatura varía de forma sensible con la altura, tomamos este comportamiento como elemento distintivo para su clasificación.

TROPOSFERA: nombre que recibe la primera capa, en la que se produce el tiempo atmosférico o meteorológico, es decir, el estado del tiempo que bien conocemos que afecta a las personas de diferentes maneras y que cada día se pronostica. Es en la troposfera donde ocurren los frentes fríos, las tormentas tropicales y huracanes, la lluvia, las nubes, etc. En la troposfera, la temperatura disminuye con la altura a una razón de 0.6 grados Celsius por cada 100 metros de altura.

Y aquí viene algo muy interesante. Como La Tierra gira, se produce un achatamiento en los Polos, característica mucho más marcada en la atmósfera, por ser la parte gaseosa, y por ello, la troposfera tiene sólo unos 8 kilómetros de altura sobre las zonas polares; mientras que, en el Ecuador, donde ocurre un abultamiento, llega hasta 18 o 20 kilómetros de altura. Esa es la altura a la que pueden llegar las grandes nubes de tormentas eléctricas o Cumulo-nimbos, cuando se hacen intensas. Al final de la troposfera, la temperatura del aire habrá alcanzado alrededor de -50 grados Celsius.

Le sigue la ESTRATOSFERA, cuyo nombre responde a que está conformada por capas más o menos horizontales. Se extiende desde los 9 kilómetros de altura (zonas polares) y los 18 kilómetros de altura (zonas ecuatoriales) hasta una altura de 50 kilómetros sobre el nivel medio del mar.

Al principio la temperatura no varía mucho, pero cuando se sube, comienza a elevarse. La causa es que la radiación ultravioleta del Sol convierte el oxígeno, aunque en una tenue capa enrarecida, en ozono, liberando calor. Esa abundancia de ozono en la zona más alta de la estratosfera, lleva a lo que sería una sub-capa de la estratosfera, y muy importante para la vida en el planeta: la Ozonosfera.

Diferentes Capas de la Atmósfera Terrestre
Diferentes Capas de la Atmósfera Terrestre

 

La Ozonosfera es la zona alta de la ESTRATOSFERA terrestre que contiene una concentración relativamente alta de ozono. Esta capa, que se extiende aproximadamente de los 15 km a los 40 km de altitud, reúne el 90 % del ozono presente en la atmósfera y absorbe del 97 % al 99 % de la dañina radiación ultravioleta de alta frecuencia. Es la capa que protege nuestra vida de los dañinos rayos ultravioletas que, aunque como ya vimos, son capturados en gran proporción, una parte pequeña se escapa y llega a la superficie de La Tierra, un tema interesante para todo un artículo.

Llegamos ahora a la tercera capa de la atmósfera de La tierra, la MESOSFERA, que se extiende entre los 50 y los 80 kilómetros de altura, pero que sólo contiene el 0.1 % de la masa total de aire del planeta. Es la zona más fría de la atmósfera y su temperatura llega hasta los -80 ºC. Es una capa importante por la ionización y las reacciones químicas que en ella ocurren.

La cuarta capa es la TERMOSFERA, llamada también IONOSFERA, que va desde los 69 a 90 kilómetros, hasta los 600 a 800 kilómetros de altura. A esta altura, el aire es muy tenue y la temperatura cambia, con la mayor o menor radiación solar, tanto a lo largo del día como durante el año. Si el sol está activo, se alcanzan las temperaturas más elevadas que pueden ocurrir en nuestra atmósfera, pues pueden llegar hasta los 1500 °C e incluso ser superiores. Es en esta capa donde se encuentra la Línea de Kármán, de la que les hablaré dentro de poco.

Por último, continuando con nuestro ascenso virtual, llegamos a la quinta y última capa de la atmósfera terrestre, la EXOSFERA, que, como lo indica su nombre, es la capa exterior de nuestro planeta y que llega, según algunos autores, hasta los 10 mil kilómetros de altura sobre la superficie, aunque otros, más realistas quizás, la sitúan hasta los mil kilómetros de altura. La dificultad es que en esta capa los gases están extremadamente enrarecidos, esos gases se encuentran formando átomos, es decir, no existen elementos moleculares, y además, hay que decir que en esta zona exterior de nuestra atmósfera, los pocos átomos que allí llegan, se van escapando poco a poco hacia el espacio. Por ello, hay que ver realmente a la EXOSFERA como una tenue capa bastante indefinida, que puede considerarse nada más que como una zona gradual de tránsito entre la atmósfera terrestre y el espacio interplanetario.

Entonces, ¿dónde comienza el Espacio?

Para responder a esta interrogante, o lo que es igual, dónde la atmósfera deja de serlo, tenemos que recordar lo ya dicho acerca de las capas más altas: la TERMOSFERA y su continuación en la EXOSFERA.

El carácter tremendamente tenue de la atmósfera en esas zonas y que tiende al vacío espacial, podría convenirse que el final de la atmósfera y el inicio del espacio estuviese en un punto situado desde las capas finales de la TERMOSFERA y el final de la EXOSFERA. Sin embargo, es tan tenue la atmósfera en esos lugares, casi vacía, podría decirse, que no es posible decidirse por un lugar o el otro, es simplemente un ente que se va acabando lentamente hasta desaparecer. Por ello, no hay otra opción que acordarlo mediante una definición.

Ahora es que me permito regresar a la ya mencionada Línea de Kármán.

Detalles Asociados a la Estructura de la Atmósfera Terrestre
Diferentes Detalles Asociados a la Estructura de la Atmósfera Terrestre

 

La línea de Kármán, o Línea de von Kármán, es una manera de definir la frontera entre la parte exterior de la atmósfera terrestre y el espacio exterior. Conceptualmente sitúa la altura a la cual la atmósfera es tan fina que un avión ya no puede usar la fuerza de levantamiento aerodinámico para poder volar; u, otra manera de verlo, cualquier vehículo que se mueva a una velocidad sub-orbital, o sea, inferior a la velocidad de entrada en órbita de La Tierra, no puede volar. Para entenderlo mejor y en palabras más sencillas, a la altura de la Línea de Kálmán un avión común no puede volar, pues no tendría sustentación, tendría que ser un vehículo espacial.

La primera definición sobre el inicio del espacio surgió del Comité Asesor Nacional de Aeronáutica, lo que más tarde se convirtió en la NASA. Pero al principio, lo definieron como la altura donde la presión atmosférica era menos de una libra por metro cuadrado (o igual a 68.9476 hectoPascal).

Esa zona correspondía a unos 80 kilómetros por encima de la superficie terrestre. Estimaban que ese sería el lugar donde un avión no podría volar por las fuerzas de sustentación aerodinámica. La Fuerza Aérea de los EE.UU. lo consideró como límite del espacio, y así lo mantiene hasta hoy. Por ello, si un piloto pasa de esa línea, se considera un astronauta. Sin embargo, esa no es la distancia vertical sobre La Tierra que definen en la actualidad las diferentes agencias espaciales como el inicio del espacio, sino, la llamada Línea de Kármán.

Theodore von Kármán (1881–1963)
Theodore von Kármán (1881–1963)

Fue el ingeniero aeroespacial húngaro-estadounidense, Theodore von Kármán (1881–1963), quien calculó la altura del inicio del espacio extraterrestre. Al final de sus estudios, definió que el inicio del espacio sería la altura de 100 kilómetros sobre la superficie de La Tierra a nivel del mar.

Lo hizo considerando que a esa altura la atmósfera terrestre es tan delgada que para que un avión pudiera volar tendría que estar viajando más rápido que la velocidad orbital, la que mantendría un objeto en órbita de La Tierra, despreciando la sustentación aerodinámica, que no existiría. Por lo tanto, no podría ser ya un avión, sino una nave-satélite de La Tierra. Esta definición es, pues, un límite físico, donde las leyes de la aerodinámica terminan de ser válidas y comienzan a serlo las leyes de la astronáutica.

Esta línea o altura de 100 kilómetros sobre el nivel medio del mar fue adoptada por la Federación Aeronáutica Internacional (FAI), la organización mundial que lleva los récords aeronáuticos, y se le dio el nombre de Línea de Kármán. La NASA y las demás agencias espaciales del Mundo, siguen esta definición.

Tengo que destacar dos cosas. Primero, que ese nivel de 100 kilómetros de altura sobre el nivel medio del mar no es donde realmente termina la atmósfera. Ustedes deben haberlo observado de la clasificación de las capas de la atmósfera que expuse más arriba. La EXOSFERA puede llegar, aunque muy tenuemente, hasta los 10 mil kilómetros de distancia. Pero es una atmósfera excesivamente tenue, y aunque es así, tiene sus consecuencias: las naves espaciales y los satélites artificiales de La Tierra tienen que reajustar su órbita debido a la fricción que encuentran con los átomos y moléculas de gas que quedan esparcidos en estos extremos exteriores de la atmósfera terrestre. Un satélite sin controles para mantener la altura, llegaría a caer tiempo después por esta fricción, muy pequeña, pero ejercida por un tiempo grande, daría ese resultado. Es lo que ocurría con los primeros satélites artificiales de La Tierra.

Lo segundo que voy a destacar es de una gran importancia, y en este caso de orden legal. La Línea de Kármán es también un límite jurisdiccional: define la altura del espacio aéreo legal de cualquier País de nuestro planeta. De modo que, si un objeto, nave, avión, etc. sobrevuela un País por debajo de la línea de Kármán, tiene que tener autorización legal de dicho País para hacerlo, o está violando el espacio aéreo del mismo, y ese País puede entonces actuar conforme al derecho que le asiste.

Entonces, si el sobrevuelo se produce por encima de la Línea de Kármán, a 100 kilómetros o más de altura, entonces el vehículo se está trasladando por el espacio exterior a nuestro planeta y está fuera de la jurisdicción de cualquier País que sea. Así que también ha sido llamada la Línea Jurisdiccional de Kármán. Debajo de esa línea, el espacio aéreo pertenece a cada País. Por encima de dicho nivel, el espacio extraterrestre es completamente libre.

Como final de la historia comenzada al principio de este artículo, Richard Branson obtuvo de la Fuerza Aérea de los EE.UU. las alas de astronauta. Fue un vuelo sub-orbital, de trayectoria parabólica que, como recordamos, llegó hasta los 82.7 kilómetros de altura, y por ello no cuenta en los registros mundiales como un vuelo en el cual llegaron al espacio, pues no lo hicieron al quedarse bien por debajo de la altura de la línea de Kármán. Fue un vuelo que, en la sección de caída a tierra, hizo sentir la ingravidez por sólo unos pocos minutos a sus pasajeros.

No obstante, a pesar del entusiasmo y el dinero que le costó al turista espacial y multimillonario, así como a sus dos acompañantes, éste fue realmente un vuelo ya diluido, además, por una hazaña realizada hace más de 60 años, con la tecnología de la época, por la nave Vostok-I, en la cual Yuri Gagarin, el hijo de un carpintero, realizó una proeza mucho mayor al poner la nave en la órbita de La Tierra con un apogeo a 327 kilómetros de altura sobre el planeta, y circundarlo en 108 minutos, abriendo el camino y visitando por primera vez para un ser humano, el espacio cósmico, antes de su feliz regreso a nuestro Planeta.

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