1 Ene / 2014

El kilómetro, la milla y el castañazo del MCO

[Este artículo participa en la edición XLVIII del Carnaval de la Física, alojado en esta ocasión por el blog La Aventura de la Ciencia]

Era el 23 de Septiembre de 1999. Centro de control de misiones de la NASA. Tras más de 9 meses de viaje, el Mars Climate Orbiter (MCO) ha llegado a Marte y tiene que maniobrar para entrar en órbita alrededor del planeta rojo. Se encienden los motores para ajustar la trayectoria durante 16 minutos… 5 minutos después el MCO entra en la región oculta desde la Tierra. Desde el centro de control deben esperar a que vuelva a reaparecer el orbitador por el otro lado del limbo planetario para reestablecer la conexión. El tiempo pasa, pero no se logra contactar. Tensión.

No hubo forma de contactar con el orbitador MCO y finalmente el día 24 de Septiembre, se dio por perdido. Se estrelló contra la superficie marciana. La investigación llevada a cabo publicó un informe [*] de la investigación del percance donde indican que la causa de la pérdida del orbitador MCO fue un fallo en el uso de las unidades métricas. Se descubrió que el MCO estaba enviando los datos en unidades imperiales (millas), mientras que en el centro de control consideraron que dichas unidades eran, como sería de esperar, en el sistema métrico (kilómetros). Este error llevó a considerar que el MCO estaba sobrevolando Marte a unos 97 kilómetros más alto de lo que realmente lo hacía. 

El MCO, un orbitador que costó 125 millones de dólares, quedó destruido por un problema con las unidades que solemos usar, y es claro ejemplo de este problema. Pero el problema viene de hace mucho tiempo. Hagamos un viaje al pasado…

Aquellos tiempos lejanos…

Inicialmente, los patrones de medida eran totalmente locales y antropométricos, útiles para las personas que los empleaban. Por ejemplo se usaba como medida la longitud del brazo del rey o en el caso del tiempo, el movimiento del Sol y la Luna. Pero surgían muchos problemas. Todas estas unidades eran locales y entraban en conflicto con las usadas en otras regiones, creando problemas para establecer criterios claros para el comercio. Y no era éste el único problema. Unidades como el pie, la braza o el codo, dependían del sujeto. Así una yarda era la longitud entre la punta de la nariz y el dedo más lejano, teniendo el brazo extendido. Pero salta rápidamente a la vista, que la yarda no es la misma para todas las personas. Y si una medida en yardas tiene asociado algún valor económico… empiezan los problemas.

En el año 1150, el rey escocés David I intentó unificar medidas, creando la pulgada escocesa, que era el promedio de la anchura del dedo pulgar, medido en un hombre alto, uno de mediana estatura y uno bajo. Aún así, esta medida seguía sin ser útil para comerciar con otros países.

La Revolución Francesa

Tuvo que pasar mucho tiempo hasta que se diesen los primeros pasos para resolver realmente el problema. A finales del siglo XVIII, y durante la época de la Revolución Francesa, se intentó implantar un sistema de unidades único. Normalmente un cambio así causaría revuelo entre la gente, pero con la que estaba cayendo, paso un poco desapercibido. Mediante una ley, el 26 de Marzo de 1791, la Asamblea Nacional Francesa decidió crear un patrón a partir del cual realizar todas las medidas. Tras dos años, se creo el metro, definido como 1/10.000.000 del cuadrante del meridiano terrestre. Poco después en 1795, fue introducido el gramo, definido como la masa contenida en un centímetro cúbico de agua a 0º C. De este modo, se podía asignar a un objeto concreto el patrón a usar. El prototipo de patrón para el metro fue creado en 1799, siendo una barra de 1 metro, con una sección de 25,3 mm por 4 mm, y fabricada en platino. Estos patrones fueron depositados en los Archivos de la nueva República Francesa.

Sin embargo, eran tiempos difíciles para imponer estos patrones, y Napoleón obligó a usar nuevamente las unidades anteriores. Sin embargo, el cambio había comenzado, y no se iba a detener. En 1816, ya lo habían adoptado Bélgica y Holanda, en 1832 fue Grecia y en 1840 en Francia. En España se tuvo que esperar hasta 1849. Gran Bretaña, como ya sabemos, no lo adoptó aunque permitió un uso limitado.

En 1870, en la reunión de la Comisión Internacional del Metro, celebrada en París, de decidió crear un nuevo patrón para el kilogramo, consistente en un cilindro de 39 mm de diámetro y 39 mm de diámetros, construido en una aleación de iridio y platino. Dicho patrón, fue depositado en la Oficina Internacional de Patrones de Sèvres.

La Revolución Industrial

Cuando parecía que la situación comenzaba a estandarizarse, la revolución industrial del siglo XIX impulsó la creación de una gran variedad de unidades ad hoc nuevas, que solucionaban problemas concretos de sectores industriales.

La gran diversidad de nuevas unidades creaba problemas de entendimiento entre profesionales de diferentes áreas. Si añadimos el problema que surge cuando un patrón es un objeto material, la situación se nos va de las manos.

Esto no mola

Un objeto es algo que no es constante en la naturaleza, y por lo tanto está sujeto a cambios. Es necesario encontrar algo que realmente sí sea constante. De este problema se dio cuenta el gran físico J.C. Maxwell. En 1870 propuso a la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia el crear patrones que no fuesen objetos concretos. Así, destacó que los átomos de hidrógeno poseen características invariables e identificables claramente. Si cambia su masa u otro parámetro que lo define, deja de ser un átomo de hidrógeno.

En 1905, Michelson, usando su interferómetro estudió la luz roja del átomo caliente de cadmio. De su estudio surgió la unidad denominada ángstrom (La longitud de onda del cadmio son 6438,4696 ángstroms) y que equivale a 0,0000000001 metros. Se siguió avanzando en la determinación del patrón para el metro, y en 1960 se estableció que un metro eran 1.650.763,73 longitudes de onda de los fotones emitidos durante las transiciones de los niveles 2p10 a 2d5 en el átomo de kriptón-86. Finalmente, en 1983 se llegó a la propuesta de usar como referencia la luz en el vacío. Se determinó que un metro era la distancia que recorría la luz en el vacío en 1/299.792.458 segundos. A fecha de hoy, este sigue siendo el patrón para el metro.

Actualmente tenemos sietes unidades fundamentales. Además del metro, el kilogramo y el segundo, tenemos el amperio (para la intensidad de corriente eléctrica), el kelvin (para la temperatura termodinámica), la candela (para la intensidad luminosa) y el mol (para la cantidad de una sustancia).

Tened cuidado con las unidades que usáis… creo que a más de uno le temblarían las piernas cuando se perdió contacto con el MCO…

Bibliografía

– “Física“, Paul A. Tipler, editorial Reverte, 1994.
– “Las constantes de la naturaleza“, J.D. Barrow, ed. booked, 2013.
– “50 cosas que hay que saber sobre física“, J. Baker, ed. Ariel, 2009.
– “Mars Climate Orbiter Mishap Investigation Board Phase I Report“, NASA, 2009.
Mars Climate Orbiter website
Web sobre el Sistema Internacional de Unidades de Ángel Franco García.

[*] Nota: el informe se puede consultar en:
ftp://ftp.hq.nasa.gov/pub/pao/reports/1999/MCO_report.pdf

[Este artículo participa en la edición XLVIII del Carnaval de la Física, alojado en esta ocasión por el blog La Aventura de la Ciencia]

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