domingo, 25 de noviembre de 2007

Anillos de Niven y esferas de Dyson. Parte I

En 1970 Larry Niven publica "Mundo anillo", una obra de ciencia ficción, ya convertida en clásico, que ha cautivado como pocas otras la imaginación de varias generaciones de lectores. En su libro Niven describe una estructura artificial de proporciones colosales, casi inimaginables, conocida ahora como "anillo de Niven".

Un anillo de Niven es el resultado de la desesperación de una raza extraterrestre con un enorme desarrollo tecnológico por aumentar su espacio vital, como consecuencia de la superpoblación que existía en su planeta natal. La idea es construir una estructura que abarque toda la órbita del planeta alrededor de su estrella. Un anillo con una cara plana, habitable, mirando hacia dentro y cuyo radio sería el idóneo para recibir la cantidad justa de energía de la estrella. La aceleración centrípeta producida por la rotación del anillo sustituiría a la aceleración gravitatoria.


Niven describe el anillo de su novela como un paraíso desde el punto de vista humano. Así, la estrella central es de tipo espectral G3 (el Sol es de tipo G2, muy parecido), el radio del anillo es de aproximadamente una unidad astronómica y la "fuerza de la gravedad" es 0.992 veces la terrestre. Unas enormes cordilleras de 1600 kilómetros de altura en los bordes del anillo retienen los gases de la atmósfera, evitando que se dispersen hacia el vacío del espacio. Además, los períodos de luz y oscuridad son producidos por otro anillo interior formado por placas separadas entre sí que proyectan su sombra en el anillo principal. La rotación diferencial de los dos anillos produce una secuencia periódica de intervalos de sombra y luz que actuaría como los días y las noches terrestres.

No es fácil hacerse una idea de las dimensiones de una estructura así. Está alejada en muchos órdenes de magnitud de las escalas a la que nos movemos las personas. Haciendo cálculos resulta que la circunferencia total sería de unos 970 millones de kilómetros. Eso son unos 54 minutos-luz. Las comunicaciones entre dos puntos opuestos del anillo serían realmente lentas. La superficie habitable del anillo, teniendo en cuenta la anchura de 1600000 Km descrita por Niven, sería de unos 3 millones de veces la de la Tierra. Suficiente para vivir cómodamente y sin apreturas, diría yo.

Pero aparte de las dificultades obvias de carácter práctico que acarrearía su construcción, resulta que un anillo de Niven no es una estructura físicamente posible, al menos según los conocimientos actuales. Para empezar, la tensión que debería soportar el material del que está construido el anillo sería del orden de la interacción nuclear fuerte, que es la que mantiene unidos los neutrones y protones dentro del núcleo de los átomos. No se conoce ningún material ni remotamente parecido, y no hay muchas posibilidades de que algún día se pueda conseguir. Por otro lado está el problema de la inestabilidad gravitatoria. El anillo, como hicieron saber algunos físicos del MIT (aunque no hace falta ser físico para calcularlo), no se mantendría en su posición por sí solo, ya que la tracción gravitatoria de la estrella central tiraría de él con la misma intensidad en cualquier dirección.

Es una lástima que una estructura así no pueda existir, pero eso no quiere decir que no podamos disfrutar imaginándola. Para eso están las novelas de ciencia-ficción. Además, nunca se sabe cuántas cosas nos quedan por descubrir. Como dice la tercera ley de Clarke: "cualquier tecnología suficientemente avanzada es indistinguible de la magia".

Y ya puestos a no reparar en las limitaciones de la tecnología actual, vamos a dar una vuelta de tuerca más. El anillo de Niven es una obra de ingeniería imponente, pero tiene un hermano mayor: la esfera de Dyson. Hablaré de ella en la siguiente entrada.

4 comentarios:

Anónimo dijo...

¿Por qué las tensiones que tiene que soportar serían del orden de la fuerza nuclear fuerte?
La fuerza centrífuga es del orden de la gravedad...
¿Dónde puedo ver una justificación de eso de que la estructura del anillo es inestable?

juanmb dijo...

La aceleración centrípeta a que está sometido el anillo es del orden de g, la aceleración gravitatoria en la superficie de la Tierra. Si tomamos un trozo pequeño del anillo (un diferencial) vemos que fuerza necesaria para mantenerlo en su sitio y que no salga lanzado al vacío es m*g, siendo m la masa del trozo de anillo. Las únicas fuerzas que "sujetan" el trozo son las tensiones que tiran de ambos lados. Pero el ángulo que forman esas tensiones no lleva la misma dirección que la aceleración normal, por lo que la tensión debe ser mucho mayor que la fuerza centrípeta. Haciendo los cálculos verás que el esfuerzo por unidad de superficie (que en resistencia de materiales se denomina con la letra griega sigma y se mide en pascales) sería:
sigma = d*r²*w²
Siendo d la densidad del anillo, r el radio y w la velocidad angular, que se obtiene a partir del radio.
Si suponemos una densidad como la del acero (unos 7800 Kg/m³), la tensión unitaria resulta del orden de 11400 millones de MPa, que es casi 200000 veces más que la carga máxima que soporta el material más resistente que se conoce, que son los nanotubos de carbono. Claro que no sé cual es la densidad que Niven supuso para el "scrith", que es el nombre del material ficticio del que se supone estaba hecho el anillo. En cualquier caso, las fuerzas son enormes. Fue el propio Niven el que comparó la tensión que soportaba el scrith con la fuerza nuclear fuerte. Por eso el scrith es un tipo de Unobtainium.

Si quieres saber más sobre la física del anillo, incluyendo su inestabilidad, mira aquí.

Fredi dijo...

Apasonante, ¿tienes el libro Juan?

En la biblio de Valencia nunca lo encontré, y es uno de las pocas novelas con la tripe corona de premios (Hugo, Nébula y Locus) que me faltan.

juanmb dijo...

Lo tengo, sí. Te lo dejo cuando quieras. Los que no tengo son las secuelas, Ingenieros de Mundo Anillo, que deben estar también muy bien.
Un saludo