La radiación térmica es más eficaz en el mantenimiento del calor
La piel de un oso polar parece simple. El color blanco sirve como camuflaje, y la densa piel como una cobija de felpa, manteniendo fuera el frío y dentro el calor.
Pero cómo aísla el pelaje es sorprendentemente complejo - y un tema de debate. Una sugerencia, minuciosamente desacreditada, postulaba que cada pelo se asemeja a una tubería de calor muy pequeña, canalizando los rayos del sol a la piel como un cable de fibra óptica. Los científicos aceptan ampliamente que las capas calientes (y de aislamiento de fibra de vidrio) protegen contra los elementos al atrapar las bolsas de aire cálido en pequeños poros. Ahora, parece que la piel podría tener otra manera de aislar. El calor del cuerpo irradia de la piel de los osos como luz infrarroja - olas de calor que unas gafas de visión nocturna pueden ver en el interior del pelo, de acuerdo con un artículo publicado el mes pasado en Optics Express.
Para investigar cómo mantienen el calor los osos y otros animales árticos, los investigadores crearon un modelo de computadora que representa una pila de pelos del oso polar. Al principio, consideraron los pelos como capas planas. Cada capa era un 'cuerpo negro', diseñado para absorber perfectamente todas las longitudes de onda y luego emitirlas perfectamente. Los paneles solares son de color negro mate, en un esfuerzo para lograr esta absorción ideal. Entonces calcularon cómo se moverían las ondas infrarrojas hacia atrás y adelante entre las capas. Entonces, los científicos imaginaron que las capas fuesen ligeramente transparentes como es el caso de la piel de los osos polares, y volvieron a calcular. Las capas de la piel actuaron luego como 'cuerpos grises', que ni dispersan ni absorben la luz perfectamente, sino hacen un poco ambas cosas.
"Lo que es importante es el número y la densidad de los pelos. La luz se refleja muchas veces, y alguna va de nuevo a la piel", dijo Priscilla Simonis, una física de la Universidad de Namur, en Bélgica, y autora principal del artículo.
Hay tres tipos de transferencia de calor. Una de ellas es la conducción, el proceso por el cual el calor se mueve entre dos superficies conectadas, como la de la bobina de una cocina a una olla. El segundo es la convección, el movimiento de calor por líquidos y gases, como cuando el espagueti circula en el agua de la olla desde el fondo hasta la parte superior.
La mayoría de aislamientos de viviendas utilizan en estos dos tipos de calor, atrapando el aire caliente en un material que resiste recogiendo calor por conducción, y manteniéndolo en un espacio pequeño por lo que no se mueve mucho. Los científicos han creído durante mucho tiempo que también hacen esto los abrigos de los animales.
Pero la última clase de calor, la radiación térmica, es lo que Simonis y su equipo creen que es más eficaz en el mantenimiento del calor. La radiación es energía liberada en ondas electromagnéticas - como el sol calienta la piel en un día caluroso. Es también como funcionan las finas mantas brillantes de los kits de emergencia: las olas de calor irradian desde ti, golpean la manta y se dispersan sin rumbo demasiado lejos, manteniendo el calor adentro.
El infrarrojo es la longitud de onda de la radiación térmica que detectan los anteojos de visión nocturna cuando los organismos vivos emiten calor. Los osos polares en realidad están tan bien aislados que son invisibles para gafas de visión nocturna.
"Cuando la gente trataba de realizar un seguimiento de los osos polares desde el aire, no podían utilizar la fotografía visible, porque no puedes verlos contra la nieve. Luego intentaron infrarrojos, pero todavía se mezclaban con el entorno. La conclusión obvia es que la piel tiene la misma temperatura que su entorno", dijo Daniel Koon, un físico de la Universidad de St. Lawrence, en Nueva York. Fue su propia investigación la que desacreditó la teoría de la fibra óptica.
Cada onda electromagnética que golpea una molécula es bien absorbida, y luego irradiada de nuevo, o rebota. La piel del oso polar tanto dispersa como absorbe calor por radiación. Cuando se dispersa el calor, o se absorbe y re-emite, tiende a desprenderse en direcciones aleatorias. La piel gruesa y densa de los osos tiene muchos de estos puntos de parada en el camino a la superficie de la capa. Aunque la base de la evolución no está clara, las pieles blancas asumen una doble función, tanto en reflejar el calor y mezclarse con la nieve. Los osos polares también están camuflados en la luz visible por supuesto. La luz del sol se dispersa casi en su totalidad fuera de la piel. El sol no les calienta, ya que los científicos lo aprendieron al refutar la teoría de la fibra óptica.
Este estudio inicial fue modelado con 100 pelos. El equipo ha comenzado a construir modelos más realistas que pueden calcular 100.000 pelos en posiciones aleatorias, teniendo en cuenta las tres dimensiones. Pero para modelar todo lo que hace la radiación infrarroja cuando intenta escapar de una piel tomará a las supercomputadoras de la Universidad de Namur varios meses de cálculo, dijo Simonis.
Los osos polares no son los únicos animales de la investigación original. Otros mamíferos árticos, incluyendo zorros y conejos, estén probablemente utilizando la misma estrategia. Las aves también se benefician de aislamiento radiactivo. También hay algunas aplicaciones interesantes para la construcción de viviendas. "Se puede imaginar un nuevo tipo de material de aislamiento", dijo Simonis. "Cuanto más ligero sea [el infrarrojo], más eficiente será el aislamiento".
Artículo científico: Radiative contribution to thermal conductance in animal furs and other woolly insulators
