Cámara Termográfica.

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Resumen (30 de abril de 2007): Las cuevas subterráneas podrían resultar sitios ideales para alojar a los futuros exploradores espaciales humanos en Marte. Pero primero, alguien tiene que encontrarlas. Jut Wynne está intentando idear cómo hacerlo.

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Por Henry Bortman

Wynne instala un sensor de temperatura en la entrada de una cueva en el desierto de Mojave. Crédito: Henry Bortman<hr width="100%">

Era jueves por la mañana, justo después de amanecer. Un grupo de 20
de nosotros acababa de conducir por el desierto de Mojave desde las
4:30 de la mañana, en plena oscuridad, y finalmente habíamos llegado a
nuestro destino, una gran zona de aparcamiento cerca de la cima de un
cono de ceniza volcánica, un poco más arriba de una mina abandonada,
por una tortuosa carretera. Delante de nosotros se extendía un vasto
campo de lava negra con más de 300 cuevas formadas en este material.




Estábamos allí como parte del Spaceward Bound, un programa de la NASA que reúne profesores de la escuela elemental, secundaria y preuniversitaria con científicos para hacer investigación de campo centrada en la búsqueda de vida en Marte.

Eran las cuevas lo que nos había llevado allí, y eran sus entradas lo que J.Judson Wynne, alias “Jut”, pretendía detectar desde un globo de aire caliente anclado a un cuarteto de vehículos todo-terreno y flotando a 10 metros de altura del suelo.

Wynne, que trabaja en el Southwest Biological Science Center del USGS en Flagstaff, Arizona, y es un candidato doctoral en el Departamento de Ciencias Biológicas en la Northern Arizona University, tiene una beca del Programa de Exobiología de la NASA para averiguar si es posible detectar cuevas estudiando sus “firmas” térmicas es decir, la cantidad de calor que radian. Si es capaz de localizar cuevas aquí en la Tierra, Wynne piensa que también sería posible hacerlo en Marte.

Las cuevas de Marte son de interés para la NASA porque no sufren las intensas radiaciones, los grandes cambios de temperatura, vientos huracanados ni el bombardeo de micrometeoritos que agreden la superficie marciana. Esto las convierte en buenos lugares para la preservación de evidencias de vida pasada en Marte. También las hace buenos sitios para ser habitados por los humanos. Un hábitat inflable instalado en el interior de una cueva podría proteger a un terráqueo de las duras condiciones de la superficie exterior.

Wynne (a la derecha) toma lecturas térmicas desde la cesta de un globo de aire caliente mientras Jim Thompson, propietario y capitán del globo, toma fotografías digitales. Crédito: Henry Bortman<hr width="100%">

En un póster presentado en la trigésimo octava Conferencia de Ciencia Lunar y Planetaria (LPSC por sus siglas en inglés) en la ciudad de League, Tejas, se informaba de que en la observaciones del THEMIS, una cámara de luz visible y casi-infrarroja a bordo del orbitador de Marte Odyssey de la NASA, aparecían siete aberturas en la superficie marciana que podrían ser entrada de cuevas.


El estudio de la información recopilada por el THEMIS sugiere que sería posible identificar las cuevas en Marte desde una nave en órbita, pero la resolución de las cámaras no es suficiente como para hacer una identificación definitiva. Wynne, coautor del artículo del LPSC, está depurando las técnicas de detección térmica de cuevas aquí en la Tierra con la esperanza de poder enviar algún día instrumental más preciso a una órbita alrededor de Marte y finalmente, quizás, una cámara termográfica volando en un globo de aire caliente por el paisaje marciano.


Actualmente está utilizando una cámara comercial Flir B20 ThermaCam, que mide la temperatura de aquello a lo que enfoca, y muestra la imagen en una pantalla LCD de 4 por 6 pulgadas, en tonos de rojo, amarillo, verde y azul, que proporciona una indicación visual de dónde están los puntos calientes y fríos de la imagen. Las cámaras temográficas como ésta tienen múltiples uso comunes – lucha contra incendios forestales, estudio de la eficiencia térmica de las casas, localización de zonas débiles en las carcasas de transformadores eléctricos – aunque la mayor parte de la gente las conoce por la serie de televisión CSI.






Las entradas de las cuevas tienen firmas térmicas identificativas que varían de una cueva a otra, dependiendo de la configuración interna de la cueva, el tipo de roca, la estación del año y la hora del día.


En el interior de una cueva, en lo que se conoce como “zona oscura” porque nunca la alcanza la luz solar, la temperatura de las paredes permanece constante, día y noche, y a lo largo de todo el año. Sin embargo, la superficie rocosa alrededor de la entrada de la cueva sufre cambios térmicos de gran amplitud según es calentada por el sol durante el día, y libera el calor almacenado durante la noche. En la roca junto a la entrada de la cueva se producen ciclos térmicos similares a los de la superficie rocosa del exterior, pero amortiguados por la interacción con el aire caliente del interior de la cueva, cuya temperatura es casi constante.

En lo que Wynne está particularmente interesado esta mañana es en encontrar áreas calientes (rojas) –las entradas de las cuevas, que han conservado parte del calor interno de la cueva durante la noche – rodeadas por superficies de terreno más frías (azul), que han perdido temperatura por la noche y todavía no han sido calentadas por el sol.

Como objetivo a largo plazo, Wynne espera descubrir patrones en estas diferencias de temperatura, empezando por averiguar cuándo el contraste de temperaturas entre la superficie del terreno y la roca de la entrada de la cueva es mayor. Ese es el momento en el que la cavidad se mostrará más nítidamente en la imagen termográfica.

Wynne, sobre en cono de cenizas, envía instrucciones vía radio a sus colegas en los lechos de lava más abajo. Crédito: Henry Bortman<hr width="100%">

El último año y medio se lo ha pasado entrando y saliendo de cuevas por todo el sudoeste de Estados Unidos, primero para instalar sensores de temperatura que hacen registros horarios y después para recuperar los datos y sustituir las baterías descargadas. En cada cueva ha situado tres sensores, uno en la zona oscura, otro en la entrada de la cueva, y otro en superficie cerca de la entrada. El pasado verano también tomó datos durante dos semanas e un par de cuevas en el desierto de Atacama, en Chile.

De toda esta información, ya han empezado a surgir patrones claros. Algunas cuevas son más fáciles de detectar a medio día, otras por la noche. Depende de la estructura interna de al cueva. Pero también se ha observado que hay una variación estacional. Algunas cuevas, por ejemplo, pueden ser detectadas más fácilmente en invierno que en verano. Estos resultados preliminares fueron hechos públicos a principios de este año en un segundo póster en el LPSC, y también fueron enviados para su revisión a una revista. Su conclusión es que es posible localizar aberturas de cuevas buscando sus firmas térmicas.

“Hemos demostrado el concepto”, señala. “Hemos probado que de hecho hay un contraste significativo de temperatura en algunos momentos del día, en ciertos momentos del año, entre la entrada y la superficie. Tenemos datos registrados cada hora que lo atestiguan, y tenemos termografías que lo confirman claramente”.







El siguiente paso es correlacionar los datos horarios con las imágenes termográficas recogidas desde una plataforma aérea. Y por eso está aquí, en el Mojave, esperando a que un globo lo recoja. Aunque ha obtenido copiosa información del interior de las cuevas, sólo ha tenido una oportunidad anterior de buscarlas desde el aire.

“Estar delante de la entrada de la cueva haciendo fotografías”, afirma, “y ver que hay diferencias ”entre la temperatura de la superficie y la de la entrada de la cueva, “lo hemos hecho hasta la saciedad. Pero mirar desde una plataforma aérea y ser capaz de decir ‘sí, es una cueva’, todavía no se ha logrado”.

En diciembre de 2006, Wynne fotografió algunas de sus cuevas en el sudoeste de Estados Unidos en colaboración con el centro Goddard de la NASA, desde una altura de 1000 metros utilizando la cámara termográfica QWIP, y pudo ver en las fotografías indicios de la presencia de las cuevas. Pero el vuelo se realizó de noche, así que no pudo tomar fotos en el espectro visible que le permitieran correlacionar el paisaje con las imágenes térmicas. Y la unidad de GPS que utilizaron falló. “Como resultado”, señala, cuando mira las imágenes térmicas, “no sabemos dónde estamos”. Actualmente está trabajando con ingenieros del centro Goddard para resolver este escollo, y espera empezar a analizar estas imágenes en los próximos meses.

Una termografía tomada el pasado diciembre por Wynne de la entrada (en rojo) de la Cueva de las Cuatro Ventanas en Nuevo Méjico. Crédito: J. Judson Wynne<hr width="100%">

El vuelo en globo en el desierto de Mojave proporciona una importante oportunidad de comparar lo que puede ver con la cámara termográfica con lo que puede ver a simple vista. Mientras la tripulación del globo termina algunos preparativos, Wynne ha trepado por la empinada pendiente de un canchal volcánico, ganando unos 30 metros de altura, con su cámara termográfica, cuaderno de campo y radio en mano, hasta la cima de un cono de cenizas que se eleva sobre el aparcamiento. Desde aquí tiene un excelente punto de vista sobre el campo de lava, y no es de extrañar que sea reticente a bajar de nuevo cuando el globo está listo para despegar. Después de cerca de 15 minutos de vuelo aterrizan, y Wynne sube de nuevo al cono de ceniza. No es que la vista desde el globo sea mala. Simplemente es mejor desde la cima del promontorio.

Encontrar entradas de cuevas con cámaras termográficas es todavía tan arte como ciencia, así que Wynne cuenta con colaboradores humanos –su calor corporal, de hecho – como ayuda visual. Se comunica con ellos por radio y les pide que deambulen por la zona, y él sigue sus movimientos, recogidos como pequeños puntos rojos en la pantalla. Caminan hasta la entrada de una cueva que han verificado con una inspección visual, y Wynne comprueba la cámara para ver si el esperado contraste térmico aparece en la pantalla. Y aparece. En una hora puede, definitivamente, identificar seis entradas de cuevas. Es un comienzo.

Lo que queda por hacer en la segunda fase de este proyecto, es desarrollar un conjunto de modelos de ordenador que recojan el comportamiento térmico de una amplia variedad de tipos de cuevas en la Tierra; y posteriormente ajustar estos modelos a las condiciones ambientales de Marte, donde las temperaturas, la radiación solar y la densidad de la atmósferas son muy diferentes. Finalmente espera ser capaz de, tomando una secuencia de mediciones termográficas de un punto concreto de la superficie marciana, determinar si se comporta térmicamente como predicen sus modelos que una cueva en Marte debería.

“Entonces podremos decir: ‘bien, es sólo un pequeño orificio de 3 metros de profundidad, ¿o puede que lleve a un pasadizo mayor?’. Obviamente“, señala, “cuanto más grande sea la cueva, más nos interesa. Cuanto más profunda sea, más protegido es el entorno que ofrece. Las cuevas con cavidades grandes serán las más interesantes para la exploración”.

Y algún día, si todo sale bien, quizás la NASA podría empezar a hacer planes para comenzar la exploración.