🎈 Globos

El principio de Arquímedes, descubierto hacia el año 250 a. C., establece que la fuerza de flotación hacia arriba sobre un objeto es igual al peso del fluido que ese objeto desplaza. En un globo en el aire, el fluido desplazado es la columna de aire que ocupa el globo. Si el globo más su gas pesan menos que esa columna de aire desplazada, la fuerza neta es hacia arriba. La densidad del helio es de unos 0,164 kg por metro cúbico frente a los ~1,225 kg por metro cúbico del aire, por lo que el helio aporta aproximadamente 1,06 gramos de sustentación neta por cada litro de volumen del globo, razón por la cual incluso un manojo modesto de globos puede ejercer un tirón hacia arriba notable.

Los servicios meteorológicos de todo el mundo lanzan diariamente radiosondas — esferas de látex de aproximadamente un metro de diámetro al despegar que se expanden a seis metros o más a medida que ascienden 30-40 km hasta la estratosfera, donde la presión del aire es casi nula. Las radiosondas transmiten datos de temperatura, humedad y presión en tiempo real. La NASA y otras agencias también usan enormes globos de polietileno de presión cero para llevar telescopios y detectores de rayos cósmicos por encima del 99,5% de la atmósfera terrestre en misiones científicas de varios días, a una fracción del coste de un lanzamiento de cohete.

No exactamente: esta afirmación habitual mezcla dos cosas distintas. Un globo sellado liberado en la Luna en realidad colapsaría, no se expandiría, porque la Luna prácticamente no tiene atmósfera y la presión externa que mantiene inflado el globo en la Tierra desaparecería. Sin embargo, si se inflara un globo flexible a la misma presión interna en un entorno de baja gravedad, el estiramiento del material sería similar. El dato curioso que muestra la simulación es una forma simplificada de decir que la menor gravedad reduciría el peso que hay que sostener, de modo que la misma cantidad de helio podría levantar una carga mucho más pesada —aproximadamente seis veces más pesada— y no que el globo en sí fuera seis veces mayor en volumen.

Jacques Charles y los hermanos Robert lanzaron el primer globo de gas hidrógeno no tripulado el 27 de agosto de 1783 en París, ante una multitud de unas 50.000 personas, entre ellas Benjamin Franklin. Ascendió a aproximadamente 1.000 metros y recorrió 25 km antes de aterrizar en un pueblo donde, según se cuenta, unos campesinos asustados lo atacaron con horcas. Solo unas semanas antes, en junio de 1783, los hermanos Montgolfier habían hecho una demostración del primer globo de aire caliente, lo que convierte a 1783 en el año de nacimiento de ambas grandes tecnologías de globos.

La flotabilidad de los globos se conecta directamente con las simulaciones de dinámica de fluidos y partículas. La simulación de Fuego y Humo de este sitio demuestra el ascenso convectivo del gas caliente, el mismo principio detrás de los globos de aire caliente. La simulación de Fuentes Hidrotermales muestra burbujas de gas ascendiendo a través del agua, regidas por la misma ecuación de flotabilidad de Arquímedes pero en un medio más denso. Las simulaciones de Lluvia y Arena exploran el fenómeno opuesto —partículas cayendo por la gravedad— ofreciendo una visión complementaria de cómo las diferencias de densidad impulsan el movimiento en los fluidos.

Más allá de la decoración de fiestas, los globos de helio impulsan varias tecnologías modernas. Los pseudosatélites de gran altitud (HAPS) son globos o aeronaves estratosféricos alimentados por energía solar diseñados para permanecer a 20 km de altitud durante meses, ofreciendo cobertura de internet de banda ancha a regiones remotas. El Proyecto Loon de Google (2013-2021) usó una flota de globos del tamaño de una cancha de tenis en la estratosfera para ofrecer señal LTE a lo largo de cientos de kilómetros por globo. Los aeróstatos militares —dirigibles de helio amarrados— llevan radares y cámaras de vigilancia sobre zonas de conflicto, proporcionando observación persistente de área amplia a menor coste que los aviones.

Los científicos están desarrollando activamente vehículos de flotabilidad variable que pueden controlar activamente la altitud comprimiendo o expandiendo su volumen de gas, de forma similar en principio a los tanques de lastre de un submarino, pero operando en el aire. El concepto Venus Aerial Vehicles de la NASA imagina plataformas de globos a nivel de nubes que podrían flotar durante meses en la densa atmósfera de Venus. Investigadores del JPL y la ESA también exploran lanzamientos "rockoon" —usar globos de gran altitud para llevar pequeños cohetes por encima de la mayor parte de la atmósfera antes del encendido, reduciendo drásticamente el combustible necesario para alcanzar la órbita. En el terreno de los materiales, las películas recubiertas de grafeno prometen globos capaces de retener el helio durante semanas en lugar de horas, una limitación importante de los globos de látex actuales.