Cómo los científicos utilizan los hábitats de la Tierra para estudiar otros planetas

Una simulación de Marte en una mina activa está ayudando en la búsqueda de descubrir vida en el cosmos distante.

Tres mil seiscientos pies bajo la pintoresca costa de North Yorkshire, o aproximadamente la profundidad de tres edificios Empire State apilados, se encuentra el Laboratorio Subterráneo Boulby, donde un grupo de máquinas inusuales observan profundamente las sombras invisibles que nos rodean. El laboratorio está protegido de la radiación disruptiva a nivel de la superficie por gruesas capas de esquisto, marga y arenisca, lo que lo convierte en un sitio ideal para buscar partículas ilusorias de materia oscura. Pero este no es el único misterio científico que se investiga en sus oscuras y saladas profundidades.

Al igual que el lago Pitch en Trinidad y Tobago, un sustituto de los depósitos de metano líquido en Titán, la luna de Saturno, o el lago subglacial Vostok de la Antártida, un sustituto de los océanos que se cree que existen debajo de las cortezas heladas de Europa y Encelado, los túneles en Boulby brindan acceso al subsuelo de Marte. Es lo que los científicos espaciales llaman un “campo planetario análogo”, un portal que les permite estudiar cometas, lunas y planetas distantes que ellos mismos no pueden visitar.

Boulby es una mina activa de sal y fertilizantes. Los minerales exhumados aquí se formaron por la evaporación del mar de Zechstein, una antigua masa de agua interior dentro del supercontinente Pangea, que se extendía desde la actual Gran Bretaña hasta el norte de Polonia a finales del Pérmico, hace más de 250 millones de años. Si bien la superficie marciana ha quedado desfigurada por el impacto (con poca atmósfera para quemar las rocas entrantes), las prístinas evaporitas subterráneas pronto podrían proporcionarnos un registro del pasado acuoso del planeta junto con cualquier señal de que alguna vez tuvo vida.

Cuando yo era niño y crecía a unos pocos kilómetros al norte de Boulby, los vagones de tren llenos de potasa pasaban ruidosamente de camino a Teesport, desde donde se enviaban los minerales ricos en potasio para fertilizar las tierras de cultivo de todo el mundo. Siempre quise saber qué más se estaba desenterrando en Boulby, así que antes de mi próxima visita a casa, le escribí a uno de los técnicos científicos superiores del laboratorio. Me dijo que se estaba planeando una nueva serie de experimentos, y así fue como me encontré en la entrada del sitio temprano en una mañana fría pero clara del otoño pasado. Después de ponerme el EPP, me llevaron a una sala lateral para recibir instrucciones de seguridad. A las nueve en punto estaba previsto que el ascensor descendiera a otro mundo.

La imagen que la humanidad tiene del paisaje marciano ha cambiado con el tiempo. Para el astrónomo británico-alemán William Herschel, en una conferencia ante la Royal Society en 1784, Marte era una segunda Tierra, un lugar con “nubes y vapores flotando en la atmósfera” y “una situación similar en muchos aspectos a la nuestra”. Otros, como el estadounidense William Henry Pickering, que observaba atentamente Marte desde su observatorio privado en Jamaica, vieron a Marte como un desierto aislado, un terreno tormentoso pero magnífico comparable a la tundra siberiana.

Para mí, la visión más memorable de Marte fue la de Percival Lowell, un entusiasta y autofinanciado observador de estrellas que creyó ver señales de una civilización industrial lidiando con la pérdida de sus mares al redirigir el agua de deshielo de los polos para cultivar alimentos. “Allí se dan condiciones que requerirían un estado de cosas mucho más artificial”, escribió Lowell en 1895. “Si existe cultivo, debe ser un cultivo que dependa en gran medida de un sistema de riego y, por lo tanto, mucho más sistemático que cualquiera que tengamos hasta ahora. sido obligado a adoptar”.

El Marte de Lowell era un jardín automatizado, concebido en una época de grandes proyectos de ingeniería como el Puente de Brooklyn y el Canal de Suez. Sin embargo, toda esperanza de un Marte botánico, artificial o no, llegó a un abrupto final cuando la nave espacial Mariner 4 envió las primeras imágenes de cerca de la superficie estéril y helada del planeta en 1954. De repente, la única comparación razonable que podía hacerse era con nuestro Luna, o con un puñado de lugares muertos y sin vida en la Tierra.

La ciencia llevada a cabo en Boulby se lleva a cabo por invitación de una empresa minera israelí, ICL Group, que excava potasa, sal gema y polihalita, un mineral de sulfato que no se extrae de ningún otro lugar y que se vende directamente a los agricultores como fertilizante orgánico multinutriente.

“Existe una sinergia entre la minería y la investigación planetaria”, afirma Charles Cockell, profesor de astrobiología de la Universidad de Edimburgo que dirige el programa MINAR, o “Mine Analog Research”, en Boulby desde 2013. “Los mineros necesitan instrumentos de detección de minerales que Son pequeños, livianos, resistentes y de baja energía, que son exactamente las mismas cualidades que desearía para la instrumentación de una nave espacial”.

Después de que me entregaron algo llamado “autorrescatador”, una caja de metal del tamaño de un puño por la que me dijeron que podía respirar “hasta dos horas” en caso de una fuga de monóxido de carbono, me uní a un grupo de estudiantes visitantes. científicos, técnicos y mineros se dirigieran al ascensor. Todos vestían el mismo traje: ropa de trabajo color calabaza, cascos, protectores para los oídos, botas con punta de acero y espinilleras conocidas como “polainas”. Además, los mineros portaban cantimploras rojas de 130 onzas de agua. Al resto de nosotros nos dieron el almuerzo en bolsas de papel marrón.

Hacía frío y mucho ruido cuando atravesamos una serie de esclusas de aire. La charla fue silenciada por el rugido de un enorme ventilador que bombea aire a través del sistema de túneles de 620 millas, gran parte del cual se extiende bajo el gélido Mar del Norte. “No seas tonto en el pozo”, advertía un cartel. "Actúa según tu edad cuando estés en la jaula".

Mientras caíamos, suspendidos por un único cable negro, el estrépito empezó a desvanecerse. Estaba completamente oscuro, así que uno por uno encendimos los faros. Las crecientes olas de calor geotérmico fueron un alivio.

En gran parte de la ficción, como en geología, la progresión hacia abajo representa un viaje en el tiempo, ya sea a través de la Tierra o de la columna vertebral humana. “Cada uno de nosotros es tan antiguo como todo el reino biológico”, insiste el Dr. Bodkin en la novela clásica de JG Ballard “El mundo ahogado” (1962), un uso creativo de la superposición analógica en la que un Londres modificado por el clima se sumerge en un Laguna de la era Triásica. "Cuanto más desciendes en el sistema nervioso central, desde el cerebro posterior a través de la médula hasta la médula espinal, más desciendes hacia el pasado neuronal".

Este tipo de incursiones eran comunes en el siglo XIX, cuando cualquier cueva, fisura o incluso la puerta de un sótano podía contener las llaves de una ciudad perdida, un bosque de hongos o un ecosistema prehistórico, secuestrado dentro de una Tierra Hueca. “Me sentí como si estuviera en algún planeta distante, Urano o Neptuno, presenciando fenómenos bastante ajenos a mi naturaleza 'terrestre'”, informa Axel, el narrador reacio de la novela de 1864 que catalizó el género, “Viaje al centro” de Julio Verne. de la Tierra”, mientras contempla las tormentas eléctricas sobre un mar subterráneo.

El ascensor tarda siete minutos en descender. Cuando pisas el suelo polvoriento, lo primero que notas es el calor, que promedia 104 grados Fahrenheit. El segundo es el sabor.

El ambiente salino seca instantáneamente la boca humana, pero la vida no humana se encuentra bastante tranquila. Los halófilos extremófilos (o microbios adaptados a la sal) prosperan aquí en fracturas y charcos de salmuera, sostenidos por el agua de un acuífero superior y los aceites que surgen de los restos de un bosque carbonífero debajo.

En sus “Principios de Geología” (1830-33), el geólogo escocés Charles Lyell propuso que para comprender la historia profunda de la Tierra, debemos comparar la evidencia de eventos pasados ​​con los procesos en curso en el presente. En la primera mitad del siglo XX, astrónomos y geólogos ampliaron esta visión “uniforme” de los procesos geofísicos más allá de nuestra atmósfera. El estudio de los cráteres de impacto en la Tierra les permitió ver que la Luna era un libro de colisiones pasadas, no el mundo de volcanes gigantescos que se había supuesto anteriormente. Una vez dentro del laboratorio pulido y con aire acondicionado, nos pusimos un mono de papel y unas zapatillas: el vestimenta correcta para encontrarse con una familia de máquinas inmensas pero sensibles.

Menos del 5% del universo conocido es visible para nosotros. De lo que queda, se cree que el 68% es energía oscura y el 27% materia oscura: partículas que no emiten ni reflejan luz pero que se agrupan para influir en cómo se forman las galaxias.

La búsqueda de materia oscura en Boulby comenzó a principios de la década de 1980 con un único experimento realizado por un físico de la Universidad de Sheffield. Cuarenta años después, la enorme instalación contiene un conjunto de interceptores pioneros: “redes” sofisticadas diseñadas para atrapar partículas antisociales cuando interactúan con núcleos en un medio a base de gas.

Para proteger las máquinas de los rayos cósmicos y otras formas disruptivas de radiación (además de más de media milla de roca arriba), la mayoría están alojadas dentro de su propio "castillo", un escudo hecho de metales como aluminio, cobre o "plomo antiguo". .” Este preciado bien puede adquirirse fundiendo balas de cañón de buques de guerra que han permanecido en el fondo del océano durante siglos. Como el agua es sorprendentemente eficaz para bloquear la radiación, el plomo cuenta con una pureza de la que carecen otros metales.“Cada año no encuentras materia oscura, es como si estuvieras eliminando a los sospechosos de tu crimen”, dice Sean Paling, un alegre físico de partículas. quien comenzó su carrera en imágenes médicas y ahora es director y científico senior en Boulby. “El CERN es la máquina más cara que los humanos jamás hayan construido y, sin embargo, sólo están tratando de demostrar que la materia oscura puede existir cocinándola en su propia cocina. Estamos tratando de demostrar que existe y que está a nuestro alrededor. Soy parcial, por supuesto, pero para mí esto es mucho más profundo”. En la década de 1990, el equipo de Boulby fue pionero en una técnica para aumentar las probabilidades de detectar interacciones de partículas raras utilizando xenón líquido denso como agente centelleante (emisor de luz). medio. Posteriormente, el método se integraría en los detectores de materia oscura más sensibles de la Tierra, como LUX ZEPLIN, más conocido como LZ, que contiene siete toneladas de xenón líquido y vive aproximadamente a una milla bajo tierra en una antigua mina de oro en Dakota del Sur.

Otro experimento que se lleva a cabo actualmente en Boulby, conocido extraoficialmente como “tsunami de muones”, parece poco más que un juego de tiras de luces. Estos detectores con forma de tubos de plástico rastrean muones, partículas elementales que se crean cuando protones de alta energía golpean la atmósfera de la Tierra y atraviesan el planeta casi a la velocidad de la luz. Debido a que es más probable que los muones se detengan y se descompongan al atravesar materia densa, los detectores pueden monitorear su “flujo” para verificar si hay fracturas ocultas dentro de la infraestructura o para crear mapas similares a rayos X de lugares ocultos como pirámides o bóvedas.

Una versión del instrumento, TS-HKMSDD, está actualmente instalada en el túnel de la autopista Aqua-Line debajo de la Bahía de Tokio, donde monitorea la altura de la marea en busca de señales de tsunami. En Boulby, que es mucho más profunda, el equipo probará si puede producir una imagen de la marea (e incluso de olas individuales) a medida que el agua rueda sobre la playa.

La primera vez que un análogo de un entorno no terrestre se convirtió en una herramienta para la ciencia espacial fue en el cráter Meteor, similar a una luna, en las afueras de Flagstaff, Arizona. A lo largo de la década de 1960, la NASA y el Servicio Geológico de Estados Unidos buscaron nuevos paisajes, desde México hasta Islandia, donde los estratos expuestos, las características del impacto, la falta de vegetación y, sobre todo, el aislamiento, prepararan a los astronautas para la vida en el espacio exterior, y para identificar lo que vio cuando llegaron allí.

Poco después de su creación, la NASA comenzó a otorgar subvenciones para instrumentos de detección de vida. Un dispositivo, desarrollado por un tímido emigrado judío de Berlín llamado Wolf Vishniac, fue excluido de la misión vikinga debido a limitaciones presupuestarias. Decidido a demostrar su utilidad, el propio Vishniac desplegó la “Trampa del Lobo” en los desiertos marcianos de la Antártida Oriental, entonces considerada inhabitable.

La misión le costó la vida a Vishniac. Murió intentando recuperar el equipo que había caído en una grieta. Pero cuando sus colegas examinaron un conjunto de rocas porosas de arenisca enviadas a su afligida esposa, encontraron un ejército de deslumbrantes algas verdiazules que se refugiaban en las piedras.

Después de las misiones Apolo, el conocimiento de la geología lunar mejoró y los sitios análogos en la Tierra fueron reorganizados y perfeccionados. Gracias a la teledetección espectroscópica y a los datos recopilados durante las misiones de sobrevuelo estadounidenses y soviéticas en los años 60 y 70, los exobiólogos y astrobiólogos (que estudian la vida en el universo) supieron que debían buscar regiones terrestres ricas en hierro y sal, ya que ambos habían sido detectados en abundancia en Marte.

"Los planetas y las lunas son lugares grandes", dice Louisa Preston, autora y astrobióloga del University College London que estudia la vida de cerca en hábitats extremos como el famoso volcán Eyjafjallajökull de Islandia y el Mauna Loa de Hawaii, que entró en erupción en noviembre pasado por primera vez desde 1984. “Sabemos que, en Marte, estamos buscando áreas que muestren signos –morfológicos o mineralógicos– de haber tenido agua corriente y fuentes de energía; En la Tierra, lugares como estos sustentan la vida tal como la conocemos”.

La vida existe en casi todas partes de nuestro planeta. Las bacterias se metabolizan en el río Tinto, ácido y rico en hierro, en España, un análogo de las vías fluviales de un Marte mucho más joven. Los microorganismos pululan dentro de los respiraderos hidrotermales de aguas profundas, donde nunca ha caído la luz del sol, y florecen muy por encima de la troposfera, más alto que lo que vuelan los aviones comerciales, un análogo del reino templado sobre la superficie de Venus que la NASA espera estudiar usando globos de aire estratosféricos.

"No existe ningún entorno que sea exactamente como Marte o una luna helada", dice Cockell. “La Tierra ha estado cubierta por una atmósfera oxigenada durante 2.500 millones de años. Pero si eliges correctamente la pregunta científica, siempre encontrarás un sitio que se aproxima de alguna manera a un entorno extraterrestre”.

Una alternativa al uso de la propia Tierra como laboratorio son las cámaras de simulación artificiales, que son más cómodas para los científicos (generalmente están en ciudades) pero pueden ser aún más extremas para los microbios que se analizan.

Por ejemplo, el Centro Aeroespacial Alemán tiene tres instalaciones en Berlín capaces de simular las condiciones de temperatura y presión de Venus y Mercurio (900+ grados Fahrenheit), Marte (-100) y varias lunas heladas (casi cero kelvin, la temperatura más fría posible). Sin embargo, la exploración en el campo reúne a una variedad de seres humanos de diferentes orígenes científicos en un punto único e impredecible, y la llegada de nuevas preguntas es inevitable.

"Para mí, los sitios naturales son ideales; no se pueden limitar", dice Preston de la UCL. “Es una investigación no dirigida. No siempre sabes lo que vas a encontrar y tienes que adaptar tus propias ideas y protocolos experimentales en consecuencia, tal como lo haríamos en un mundo alienígena”.

Después del almuerzo en el comedor del laboratorio, nos dirigimos a Mars Yard, una extensión cavernosa donde los prototipos de vehículos exploradores avanzan por el suelo polvoriento empuñando taladros experimentales, martillos, cámaras y bolsas de muestras. El sexto lugar en la escala de preparación tecnológica de la NASA es el requisito de que las herramientas se prueben en un “entorno relevante”, es decir, un análogo.

“Mire allí”, dice Thasshwin Mathanlal, un ingeniero de la Universidad de Aberdeen que trabaja con lidar, infrarrojos y algoritmos complejos para equipar drones y vehículos exploradores que puedan descender en lugares oscuros (en la Tierra o Marte) y crear mapas en 3D sin perderse. "No sabemos exactamente qué son, pero no son hechos por el hombre", dice, alumbrando con su linterna un polígono negro plano, implantado en el techo, observándonos. La forma anómala, curiosamente bien definida, es una firma biológica: evidencia de procesos biológicos que tuvieron lugar aquí hace mucho tiempo. Un artículo reciente en la revista Astrobiology encontró que Deinococcus radiodurans (un microbio conocido cariñosamente como “la bacteria Conan”) puede resistir hasta 28.000 veces la radiación gamma y ultravioleta que mataría a un ser humano. El estudio también encontró que, en teoría, Conan podría sobrevivir seco, congelado y enterrado debajo de la superficie marciana durante cientos de millones de años.

"Existe un programa entre nosotros y el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA que me gusta considerar como análisis forense microbiano", explica Paling, el director del laboratorio. "Básicamente quieren estudiar una variedad de 'cadáveres' de diferentes edades para saber qué buscar cuando lleguen a Marte".

Una forma de hacerlo es mapeando superficies ocultas en busca de rastros de biogeomorfología o accidentes geográficos creados por la vida, como esperan hacer Mathanlal y otros. Otra es extraer inclusiones fluidas (pequeñas gotas de líquido atrapadas dentro de los minerales a medida que se forman) con la esperanza de que contengan moléculas orgánicas como lípidos, ácidos nucleicos fosilizados u otros signos de vidas pasadas.

Ubicada en el San Rafael Swell en el sur de Utah, la Estación de Investigación del Desierto de Marte (MDRS) es el análogo marciano de mayor duración en la Tierra, fundado por la Mars Society a principios de la década de 2000 en un momento en que la NASA parecía haber perdido la esperanza de enviar humanos más allá de la órbita terrestre baja. El sitio fue descubierto por exploradores que trabajaban para el director James Cameron, que buscaban el lugar perfecto para rodar una película IMAX sobre Marte.

Ningún ser humano ha estado en Marte y, sin embargo, las narrativas de exploración planetaria ya están bien establecidas en nuestra cultura. Mientras residen en MDRS, los participantes experimentan la geología jurásica roja similar a la de Marte, pero también simulan estar allí poniéndose engorrosos trajes de EVA y durmiendo cerca de una unidad habitacional de dos pisos.

Revistas de viajes, blogs científicos y granjas de clickbait compilan largas listas de “lugares asombrosos de la Tierra que parecen planetas alienígenas”, muchos de los cuales se superponen con las raras composiciones elementales, electroquímicas y geofísicas buscadas por los astrobiólogos para generar biofirmas que guiarán la búsqueda más allá. Tierra o para buscar muestras que puedan llevar al laboratorio. Este es un trabajo al límite de lo que sabemos, y la creatividad juega un papel integral.

"La analogía es útil, pero nunca puede darnos todas las respuestas", dice Vincent Ialenti, un antropólogo que escribe sobre cómo los humanos han utilizado análogos geológicos para evaluar sitios para enterrar desechos nucleares. “La experiencia me enseñó algo sobre el optimismo versus el pesimismo del intelecto. Algunas personas se sienten más cómodas dando el acto de fe para unir el tiempo y el espacio y unir dos objetos dispares”.

El fotógrafo paisajista Andrew Studer utiliza drones para presentar lugares “de otro mundo” en el oeste de EE.UU. Los describe como “lugares únicos que me hicieron sentir como si estuviera visitando un planeta alienígena”. El metraje sigue a un único "astronauta", un amigo de Studer disfrazado, que aparece como el romántico rückenfigur, o vagabundo, en un encuentro sublime no tanto con un planeta alienígena, sino en el proceso en curso de descubrir la Tierra como un solo planeta. entre muchos.

Los astrónomos creen que hay quizás 100 mil millones de galaxias en el universo, cada una de las cuales contiene alrededor de mil millones de billones de estrellas, muchas de ellas con uno o más planetas orbitando alrededor de ellas. Parece estadísticamente improbable que el nuestro sea el único que ha producido una química de replicación, pensamiento y sueño. Y, sin embargo, hasta donde sabemos, somos una muestra de uno. A medida que nuestra comprensión de la vida en la Tierra se vuelve más sofisticada, también mejoran nuestras posibilidades de encontrarla en otros lugares.

Antes de regresar a la superficie, se sugirió que los estudiantes tomaran un cristal de sal como recuerdo. Decidí que me gustaría ser incluido en la diversión y comencé a tamizar el suelo arenoso en busca de gemas escondidas.

Mientras esperábamos junto al ascensor, un equipo de mineros regresó de la pared rocosa, con la piel cubierta por una gruesa capa de sal blanquecina, listos para cambiar de lugar con el turno que se avecinaba. Uno de los estudiantes levantó una gran piedra translúcida para ser inspeccionada por la técnica científica senior Emma Meehan, una ex instructora de equitación que llegó a Boulby para trabajar a tiempo parcial como limpiadora y desde entonces se ha convertido en uno de los talentos más brillantes de la instalación. . Sacó la lámpara de su casco y colocó la piedra encima para que la luz brillara. Señaló tres pequeñas burbujas suspendidas en el cristal: gotas de 250 millones de años de un antiguo mar muerto hace mucho tiempo.

Puede que sea un cliché, pero regresar a la superficie realmente fue como despertar de un sueño. Era un día hermoso y sin nubes. Todos colocaron sus muestras en la mesa de la sala de conferencias y se sentaron aturdidos, mirándose unos a otros, antes de volver a ponerse la ropa de todos los días.

Más tarde, conduje por la costa hasta Teesside, la región industrial donde nací, que alguna vez estuvo en auge. Incluso en la década de 1990, ocasionalmente recibíamos instrucciones de quedarnos en casa con las ventanas bien cerradas debido a una liberación química peligrosa o una columna de humo tóxico que se escapaba. Durante toda mi infancia, el cielo nocturno brillaba de color naranja gracias a las torres en llamas de las plantas químicas y siderúrgicas locales, un paisaje que inspiró la escena inicial de la famosa película de ciencia ficción negra de Ridley Scott, "Blade Runner" (1982). ).

Aunque la fabricación y el procesamiento pesados ​​han desaparecido en gran medida, la región está atravesando una especie de renacimiento y pronto albergará una refinería de litio, una producción de turbinas eólicas y posiblemente una fábrica que fabrica pequeños reactores nucleares modulares: un futuro don nadie de la generación de mi padre o mi abuelo. habría predicho.

Hay una visión cínica de la búsqueda de vida extraterrestre expresada claramente en “Solaris” (1961) de Stanisław Lem como “el equivalente de la religión en la era espacial: la fe disfrazada de ciencia”. Pero la búsqueda (y la analogía) es fundamental tanto para la ciencia como para el arte, y sugiere una apertura a nueva información con el potencial de cambiarnos más allá del reconocimiento.

Hay un cartel de la NASA en Mars Yard de Boulby que pregunta: “Vida: ¿Qué es? ¿Dónde está? ¿Cómo podemos encontrarlo? Se podría hacer la misma pregunta sobre la materia oscura. Sitios análogos terrestres ya han demostrado que la vida, una vez establecida, puede adaptarse y florecer en los entornos más exigentes. Al explorar sus condiciones límite en la Tierra, nos acercamos cada vez más a lo que estamos estudiando, lo cual es fundamental para explicar lo que somos.