La física de Avatar

Avatar, de James Cameron, es sin duda la superproducción cinematográfica del momento. Sin entrar en debates sobre si es o no una buena película, personalmente y tras verla dos veces creo que sí lo es, vamos a tratar de adentrarnos en el satélite Pandora para estudiar la física que hay en él, así como para ver algunos aspectos del viaje espacial hasta allí. En la película nos dan bastante información y algún que otro dato numérico con los que podremos hacer estimaciones de propiedades interesantes, pero nos apoyaremos también en las características físicas que aparecen en esta estupenda wiki en inglés. Como siempre, una buena película de ciencia ficción nos puede servir para aprender algo de física

Viaje espacial y localización de Pandora

En esta historia, la ficticia luna Pandora está situada en el sistema Alfa Centauri, formado por Alfa Centauri A, Alfa Centauri B y Proxima Centauri. Todavía existe debate sobre si este sistema es doble o triple, pero esto tampoco nos importa demasiado. Nos interesa más saber que está a una distancia de unos 4,36 años luz de distancia, ya que en la película nos dan el dato de la duración del viaje: 5 años 9 meses y 22 días. Esto hace una muy considerable velocidad media de un 75% de la velocidad de la luz. Sin embargo, la nave no va a partir directamente con esa velocidad si no que debe haber un tiempo de aceleración y otro de desaceleración. Por tanto, la velocidad de crucero debará ser aún mayor.

En la wiki nos dan un valor para esta velocidad de crucero del 87% de la velocidad de la luz y nos dicen además que la nave ISV Venture Star nunca supera las 5 g’s al acelerar o frenar. Esta es suficiente información para trastear con los números y el resultado que se obtiene es que la nave utiliza al menos 2 meses para acelerar a 0,87 c y otros dos meses para frenar una vez llegado al destino. El resto del tiempo sería un viaje a una cómoda velocidad de crucero, pero… ¡sorpresa! A esta velocidad la nave no tardaría casi 6 años, si no que ¡el viaje duraría menos de 5! Parece que tenemos una pequeña contradicción, pero se puede arreglar dando una velocidad de crucero algo menor de esos 0,87 c, tomand más tiempo para acelerar o hacerlo a menos g’s. Os dejo a vosotros que os peleéis con las velocidades luz de los cálculos

Hasta ahora, todos los tiempos calculados están tomados para un observador en Tierra, ya que para los colonos que viajan en la nave la travesía tendría una menor duración debido a los efectos de dilatación temporal a causa de la relatividad especial. Para ser exactos, para los colonos el viaje apenas duraría 2 años y 10 meses. Y pese a que van en estado de cryosleep (algo así como durmiendo en criopreservación) esta disminución de tiempo es útil ya que no hace falta cargar la nave con peso extra para alimentos, medicamentos, etc. Se lleva sólo lo necesario, algo imprescindible en los viajes espaciales debido al alto precio que supone poner un kilo de más en órbita.

La vida en Pandora

Sabemos por la wiki que Pandora es un satélite de un planeta gaseoso gigante llamado Polyphemus (Polifemo en castellano) que orbita alrededor de Alfa Centauri A, una estrella muy similar a nuestro Sol. Polifemo es similar en aspecto a Júpiter siendo más pequeño y denso que Saturno; mientras que Pandora es ligeramente más pequeño que la Tierra. Su gravedad es un 80% la terrestre, su densidad atmosférica un 20% mayor, mientras que la presión a nivel del mar es un 10% menor. De estos datos podemos deducir, por ejemplo, que a las aves les costará menos esfuerzo volar que en la Tierra. El motivo es obvio. Una mayor densidad del aire proporciona mayor empuje al ave, al igual que cuando nos sumergimos en el agua, ésta ofrece mayor empuje que el aire y “pesamos” menos. Además, la gravedad y la presión del aire son menores, factores que también ayudan. No se comenta nada sobre la temperatura del satélite, pero parece ser similar a un clima templado terrestre. Sin embargo, llama la atención que no se preste atención a los extraños ciclos de día-noche que deberían tener en Pandora debido a los eclipses de larga duración que provocará Polifemo y a tener dos soles en el cielo (la luz de la pequeña Proxima Centauri sería despreciable).

Fijémonos ahora en algunas de las escenas de la película. Los Na’vi, los humanoides que habitan en Pandora, son significativamente mayores que los humanos: quizá dos veces más altos. Y lo mismo ocurre con el resto de animales y plantas. El motivo ya lo habréis deducido: la menor gravedad del satélite hace que los seres vivos puedan desarrollarse y crecer más. Y por si esto fuera poco, los huesos del esqueletos de los Na’vi están reforzados con fibra de carbono que los hace más resistentes. Si habéis visto la película recordaréis la escena en la que el protagonista, Jake Sully, controlando su avatar se lanza desde lo alto de un árbol y utiliza las ramas de los árboles inferiores para disminuir la velocidad de su caída. Su maestra Neytiri lo hace sin problemas, pero él cae estrepitosamente. Y aún así, ¡no le pasa nada! La explicación no es sólo su mayor resistencia o la menor gravedad, si no que también hay influencia (aunque ínfima en este caso) de la menor velocidad límite que se puede alcanzar en Pandora. Y es que suponiendo la viscosidad de su atmósfera igual a la terrestre, en Pandora la velocidad límite es un 20% menor que en nuestro planeta.

Sobre la gravedad se ven más escenas en la película como cuando el coronel Quaritch se encuentra en su oficina levantando una pesa con multitud de discos que parecen bastante pesados. No dan ningún valor, pero el coronel sí que comenta la necesitad de trabajar duro para no perder fuerza en una gravedad más débil. Y en cuanto al contenido de la atmósfera, éste tampoco no se menciona pero sí que se dice que el ser humano tan sólo puede respirarla durante 20 segundos antes de perder el conocimiento, causando la muerte tras estar expuesto cuatro minutos. Los motivos pueden ser tres: una muy baja concentración de oxígeno, la presencia de gases de absorción más fácil que el oxígeno (como por ejemplo el monóxido de carbono), o ambas dos. Yo no lo tengo muy claro, pero en la película sí que se ven signos de que la concentración de oxígeno es más baja que en la Tierra cuando Jake Sully, en su primera incursión con su avatar, trata de encender una cerilla y le cuesta muchísimo conseguir que el fósforo queme. Ya sabéis, si no hay oxígeno no hay combustión. Aún así, tras varios intentos lo consigue y la antorcha que se fabrica luce con mucha fuerza, cosa que me sorprendió en el cine y me sigue sorprendiendo ahora. ¿Será una licencia de los guionistas o es que Jake no sabía encender una cerilla? A saber.

El aspecto más sorprendente de la vida en Pandora es que todos los seres vivos se encuentran unidos, son como un gran y único ser viviente planetario. Según la doctora Grace, los árboles son la base de todo pues sus raíces son la red de comunicación electroquímica que une toda Pandora. Exactamente dice que cada arbol tiene 10 mil conexiones con los árboles que le rodean y que en Pandora hay nada más y nada menos que un billón (10¹²) de árboles. Este valor puede parecer en principio exagerado pero no es así. Suponiendo que la superficie acuosa en Pandora es idéntica a la terrestre: 71% de la superficie total; y suponiendo que de la superficie sólida la extensión de bosques es del 80%, llegamos al resultado de que podríamos colocar árboles de 6 metros de diámetro distanciados unos 4 metros de sus vecinos. Esto creo que concuerda con lo que se ve en la película, salvando la excepción del gigantesco Árbol Madre, claro está.

La magia de Pandora

Pero los humanos no fuimos a Pandora de turismo si no que lo invadimos buscando un mineral que sólo se encuentra allí: el unobtanium. Se trata de un material superconductor a temperatura ambiente que se vende en la Tierra a la nada despreciable cantidad de 20 millones el kilogramo. Su comercio y las infinitas aplicaciones que se pueden realizar con él están salvado a los habitantes de una maltratada Tierra de mediados del siglo XXII.

Su manifestación más sorprendente en Pandora se da en las conocidas como Montañas Aleluya. Esta formación se encuentra levitando en el cielo del satélite ya que se encuentra en una zona que los humanos denominan “vórtice del flujo”. Este vórtice se trata de los polos magnéticos del satélite, donde las líneas de campo magnético son mayores. En esta zona, las Montañas Aleluya al estar formadas por unobtanium sufren un efecto conocido como Efecto Meissner, por el cual un superconductor por debajo de su temperatura crítica (temperatura por debajo de la cual el material es superconductor) adquiere propiedades diamagnéticas que le hace repeler campos magnéticos. Aplicando esto a Pandora, tenemos el campo magnético del satélite y el unobtanium como superconductor; y según parece, en los polos el flujo del campo es suficientemente intenso como para hacer levitar estas islas voladoras repletas del valioso material. Sin embargo en el resto del planeta también existe el un campo magnético, que aunque menos intenso, debería producir levantamientos de unobtanium por toda la superficie, cosa que en la película no se aprecia.

Supongo que se podría hablar de muchos más aspectos de la película, pero os los dejo para vosotros. Además, si os apetece seguir hablando de Avatar, no sólo desde el punto de vista de la física, si no desde un punto de vista científico más general, os invito a que visitéis este hilo del foro HomoScience creado para ello. Ya hay varios aportes muy interesantes, así que no dudéis en dejar vuestras ideas sobre la vida o evolución en Pandora o sobre cómo pensáis que funcionan las cosas allá.

Saludos

Fuentes:
- Estupenda wiki de Avatar (en inglés)
- Web oficial de Avatar (en inglés)