EL ESPACIO EXTERIOR

EL ESPACIO EXTERIOR
El espacio exterior, espacio vacío, espacio sidéreo, espacio sideral o simplemente espacio, se refiere a las
regiones relativamente vacías del universo fuera de las atmósferas de los cuerpos celestes. Se usa
«espacio exterior» para distinguirlo del espacio aéreo y las zonas terrestres. El espacio exterior no está
completamente vacío de materia (es decir, no es un vacío perfecto) sino que contiene una baja densidad
de partículas, predominantemente gas hidrógeno, así como radiación electromagnética. Aunque se
supone que el espacio exterior ocupa prácticamente todo el volumen del universo y durante mucho
tiempo se consideró prácticamente vacío, o repleto de una sustancia denominada «éter», ahora se sabe
que contiene la mayor parte de la materia del universo. Esta materia está formada por radiación
electromagnética, partículas cósmicas, neutrinos (cuya masa es tan pequeña que viajan a velocidades
cercanas a la de la luz), materia oscura (materia que compone casi el 90% de las galaxias pero que no
interactúa con la luz y nunca ha sido observada)1 y la energía oscura. De hecho en el universo cada uno
de estos componentes contribuye al total de la materia, según estimaciones, en las siguientes
proporciones aproximadas: elementos pesados %), materia estelar (0,5 %), neutrinos (0,3 %), estrellas
(aprox. 25 %) y energía oscura (aprox. 70 %); total 100,33 %, por lo que sobra un 0,33 % sin estimar. La
naturaleza física de estas últimas es aún apenas conocida. Solo se conocen algunas de sus propiedades
por los efectos gravitatorios que imprimen en el período de revolución de las galaxias, por un lado, y en
la expansión acelerada del Universo o inflación cósmica.
PRIMERAS OBSERVACIONES
Los antiguos filósofos griegos debatieron la existencia del vacío, o de la nada. La teoría atomista, (en la
que destacaban Leucipo y Demócrito) sostuvo la idea de una infinidad de átomos moviéndose en un vacío
infinito. Por su parte, Platón era escéptico sobre la existencia del vacío. En su diálogo Timeo (58d),
menciona que «existe un tipo más translúcido [que el aire] al que se le llama éter (αίθηρ)». Aristóteles,
que había sido alumno de Platón, estuvo de acuerdo en este punto con su mentor. En su libro Sobre el
cielo introdujo un nuevo elemento en el sistema de los 4 elementos clásicos. Este elemento estaba
localizado en las regiones celestiales y en los cuerpos celestes y no tenía ninguna de las cualidades que
tenían los elementos clásicos terrestres. No era ni caliente ni frío, ni húmedo ni seco.2 Con esta adición el
sistema de elementos se extendió a cinco y más tarde los comentaristas comenzaron a referirse a él como
la quinta esencia.
Los filósofos escolásticos medievales concedieron cambios de densidad del éter, en los que los cuerpos
de los planetas eran considerados más densos que el medio que llenaba el resto del universo. En la China
del siglo ii el astrónomo Zhang Heng aseguró que el espacio es infinito y se extiende más allá del Sol y las
estrellas.3
Ya en el siglo xvii, el filósofo francés René Descartes argumentó que el espacio exterior debía estar
ocupado completamente de materia. En el siglo xv el teólogo alemán Nicolás de Cusa especuló que el
universo no tenía centro ni circunferencia;4 El filósofo y teólogo italiano Giordano Bruno defendió el
modelo heliocéntrico de Copérnico y afirmó que el universo era homogéneo, compuesto por los cuatro
elementos. Además adhería a la teoría atomista.5 Galileo Galilei sabía que el aire tiene masa, por lo tanto
está sujeto a la gravedad. En el año 1640 demostró que una fuerza establecida se resiste a la formación
un espacio vacío. Para 1643 Torricelli creó un aparato para producir un vacío parcial, el descubrimiento
dio lugar al primer barómetro de mercurio y en la época fue una sensación científica entre los europeos.
El matemático Blaise Pascal estudió el barómetro y calculó detalles para conocer la presión del aire.6 En
el año 1650 el científico alemán Otto von Guericke construyó la primera bomba de vacío, con el cual
concluyó que la atmósfera rodea al planeta Tierra, donde la densidad gradualmente baja cuanto más
altitud existe.7
El concepto de que el espacio del universo es ocupado por el éter continuó hasta el siglo xx, la sustancia
fue vista por mucho como el medio por el cual la luz se transporta en el espacio. Tras varias pruebas e
investigaciones, la teoría de la relatividad especial de Albert Einstein reemplazó las ideas anteriores, en la
teoría se expone que la velocidad de la luz en el vacío es constante y no cambia según la ubicación del
observador.8
El astrónomo inglés Thomas Digges respaldó la teoría del universo infinito, a pesar de que por los años
1938 no existía una medida definida de su tamaño. Fue el astrónomo alemán Friedrich Bessel quien
encontró que la estrella 61 Cygni se encontraba a 10 años luz de distancia de la Tierra. En 1923 Edwin
Hubble calculó la distancia de la galaxia Andrómeda.9 El científico suizo Charles É. Guillaume hizo una
medición estimada de la temperatura del universo, la situó entre 5 y 6 K. Más adelante se hicieron cálculos
similares que arrojan 3.18 K. y en el año 1933 el alemán Erich Regener definió una temperatura de 2.8 K.
basado en la energía de los rayos cósmicos. El concepto moderno de espacio exterior se originó en la
teoría del Big Bang, que propone que el universo fue creado a partir de una forma compacta muy densa,
la energía inicial ha ido decreciendo con el tiempo y perdiendo densidad.10
FORMACIÓN Y ESTADO
De acuerdo con la teoría del Big Bang, hace aproximadamente 13.8 mil millones de años el universo recién
creado era de un estado de extremo calor y densidad, en muy poco tiempo se expandió rápidamente.
Pasados 380 mil años el universo se volvió lo suficientemente frío para permitir a los protones y electrones
combinarse, fase conocida como época de recombinación. La materia y la energía se separaron,
permitiendo a los fotones viajar libremente por el universo en expansión. La materia que quedó después
de la expansión inicial sufrió un colapso gravitacional para crear estrellas, galaxias y objetos astronómicos,
dejando un vacío conocido como espacio exterior.11
La forma actual del universo se ha determinado a partir de mediciones de la radiación de fondo de
microondas utilizando satélites como la sonda WMAP. Estas observaciones indican que la geometría
espacial del universo observable es «plana», lo que significa que los fotones en trayectos paralelos en un
punto permanecen paralelos mientras viajan a través del espacio hasta el límite del universo observable,
a excepción de la gravedad local.12 El Universo plano, combinado con la densidad de masa medida del
Universo y la expansión acelerada del Universo, indica que el espacio tiene una energía de vacío distinta
de cero, que se llama energía oscura.13
Las estimaciones de la densidad de energía promedio del universo actual son de 5,9 protones por metro
cúbico, se incluye la energía oscura, la materia oscura y la materia bariónica. Los átomos representan solo
el 4,6 % de la densidad total de energía.14 Sin embargo, la densidad del universo no es uniforme, se
pueden encontrar zonas de alta densidad en galaxias, planetas y agujeros negros, en contraste con una
baja densidad en zonas con grandes vacíos.15
ENTORNO
En el espacio exterior las estrellas, planetas y otros cuerpos celestes no se someten a ninguna fricción, por
lo que pueden moverse libremente en sus órbitas. Sin embargo, el supuesto vacío del espacio no lo es del
todo, contiene algunos átomos de hidrógeno por metro cúbico.16 La baja densidad de materia en el
espacio sideral significa que la radiación electromagnética puede viajar grandes distancias sin dispersarse:
la trayectoria libre media de un fotón en el espacio es de aproximadamente 10^23 km, o 10 billones de
años luz.17
Las estrellas, planetas y otros objetos celestes retienen sus atmósferas por atracción gravitacional. Estas
no tienen un límite superior definido: la densidad del gas atmosférico disminuye de forma gradual con la
distancia hasta que se vuelve indistinguible del espacio exterior.18 La presión atmosférica de la Tierra cae
a aproximadamente 0,032 Pa a 100 kilómetros de altitud.19
La temperatura del espacio sidéreo se mide en términos de la actividad cinética del gas, como lo es en la
Tierra. Sin embargo, la radiación del espacio exterior tiene una temperatura diferente a la temperatura
cinética del gas, lo que significa que el gas y la radiación no están en equilibrio termodinámico.20 La
temperatura del gas en el espacio exterior siempre es al menos la temperatura de la radiación de fondo
de microondas, pero pueden ser mucho más altas. Por ejemplo, la corona del Sol alcanza temperaturas
por encima de entre 1.2 y 2.6 millones de K.21
A pesar del entorno hostil, existen varias formas de vida que pueden soportar condiciones espaciales
extremas durante largos períodos. Las especies de líquenes usadas en la instalación BIOPAN de la ESA
sobrevivieron a la exposición durante diez días en el año 2007.22 Las semillas de Arabidopsis thaliana y
Nicotiana tabacum germinaron tras estar expuestas al espacio durante 1,5 años. Una cepa de Bacillus
subtilis sobrevivió 559 días expuesta a una órbita terrestre baja o a un ambiente marciano simulado.23