sábado, 18 de mayo de 2019

La sombra de la Tierra

¿Recuerdan el eclipse de Luna que vimos en enero?


Durante los eclipses de Luna podemos ver la sombra de la Tierra sobre nuestro satélite. La parte oscurecida tiene un borde circular, con un radio bastante más grande que la propia Luna. Hace 2500 años los astrónomos griegos observaron este fenómeno y concluyeron acertadamente que se debe a que la Tierra es redonda, unas 3 o 4 veces más grande que la Luna. Tomá mate y avivate.
  
Al día siguiente del eclipse vimos salir nuevamente la luna llena (se ve también "llena" uno o dos días antes y después del plenilunio). Y nos preguntamos dónde estaría la sombra de la Tierra, que la Luna nos había revelado la noche anterior. Claro, aunque no la veamos, la sombra siempre está. Un programa como Cartes du Ciel permite mostrar la sombra de la Tierra en el cielo (a la distancia de la Luna) aunque no haya eclipse. Preparé dos mapas: uno durante el eclipse, y uno de la noche siguiente:


Vemos que la Luna se movió bastante hacia el Este (hacia la derecha), mientras que la sombra de la Tierra ¡está casi en el mismo lugar! Claro: la Luna tiene que dar una vuelta completa en un mes, mientras que la Tierra, arrastrando su sombra como cualquier hijo del vecino, se mueve mucho más lentamente para completar una vuelta alrededor del Sol en un año.

En un acercamiento podemos ver qué grande es la sombra. La parte interior es la umbra, que corresponde a la parte oscura de la Luna eclipsada. El anillo que la rodea es la penumbra, también visible durante el eclipse, pero menos notable. Esta estructura de umbra y penumbra se debe a que el Sol no es un punto luminoso sino que tiene un tamaño. Es 400 veces más grande que la Luna, pero como se encuentra 400 veces más lejos de nosotros vemos a los dos casi del mismo tamaño en el cielo, lo cual permite los eclipses totales como el que disfrutaremos el 2 de julio desde las regiones centrales de Argentina y Chile.

En un diagrama que muestra "de costado" la iluminación de un planeta podemos entenderlo mejor:


El dibujo no está a escala, por supuesto, pero el fenómeno representado es correcto. La parte gris oscuro es la umbra. Cuando la Luna (o lo que sea) se mete dentro, tenemos un eclipse (parcial o total). La parte gris claro es la penumbra. Puse dos planetas para mostrar que el tamaño de la umbra (llamada a veces el "cono de sombra") de un planeta depende tanto de su tamaño como de su distancia al Sol. Obviamente el de la Tierra se extiende al menos hasta la órbita de la Luna, lo cual permite los eclipses. Pero ¿hasta dónde llega? ¿Y cómo se compara con los de los otros planetas? ¿Cuál será el más grande del sistema solar? No tuve más remedio que calcularlo, porque podría ser finito y largo o gordito y corto, para la variedad de planetas que tenemos. Aquí está el resultado:

Planeta Umbra (u.a.) Órbita (u.a.)
Mercurio 0.0014 0.395
Venus 0.0064 0.72
Tierra 0.0092 1.00
Marte 0.0075 1.5
Júpiter 0.58 5.2
Saturno 0.87 9.6
Urano 0.73 19
Neptuno 1.1 30

Las distancias en esta tabla están expresadas en unidades astronómicas (la distancia de la Tierra al Sol). Vemos que la umbra de la Tierra se extiende por casi un centésimo de u.a., casi 1 millón 300 mil kilómetros. Por otro lado, vemos que la de Mercurio es cortita: son apenas 21 mil kilómetros. Lógico: Mercurio es súper chiquito y está muy cerca del Sol; ambos efectos contribuyen a una umbra corta. Pero hay algunas sorpresas. La umbra más larga no es la del gigante Júpiter. Si bien se extiende más de media unidad astronómica en el espacio, la de Saturno (que es más chico pero está más lejos) le gana. De hecho, los tres planetas que se encuentran más allá de Júpiter tienen umbras más largas. La mayor de todas es la de Neptuno, el más pequeño de los cuatro pero el más lejano, ¡con un cono de sombra que mide más de 150 millones de kilómetros! Por otro lado, vemos que ninguna de las umbras alcanza la órbita del planeta siguiente, así que no hay eclipses totales entre planetas. Pero en algún sistema planetario podrían existir, ¡qué magnífico!

Finalmente, en mi diagrama de sombras hay un sector de un gris mediano. Se llama antiumbra, y se extiende desde el vértice de la umbra hasta el infinito. Es la región donde ocurren, por ejemplo, los eclipses anulares de Sol, y los tránsitos planetarios, que son como eclipses anulares de Sol entre planetas. Otro día contaré algo más sobre la antiumbra. Basta por hoy.


Imágenes, diagramas y cálculos, todos míos, qué embromar. Pero los pueden usar.

No dejen de visitar el sitio sobre el Gran Eclipse Argentino aquí, para saber de las actividades que habrá en San Juan y animarse a ir.

sábado, 11 de mayo de 2019

Cuestión de tiempo

Hace poco, en una entrevista radial le preguntaban a un famoso físico argentino cuánto tiempo lleva descubrir las leyes de la naturaleza. No dio una respuesta satisfactoria, y como es una pregunta que resurge cada tanto voy a decir algo al respecto. La verdad es que lleva décadas. Típicamente varias décadas, y terminar de atar todos los cabos sueltos puede llevar entre 50 y 100 años después de que se desarrollaron las primeras ideas. Así es: en general los pioneros no llegan a ver la culminación de sus esfuerzos. Es como colonizar un territorio, más que como descubrir un continente.


Los ejemplos abundan. El conocido caso de Einstein, que en 1905 explicó el efecto fotoeléctrico en términos de la naciente mecánica cuántica. Se trataba de una explicación teórica de un experimento sencillo. ¿Era la explicación correcta? Recién 10 años después Robert Millikan logró hacer experimentos de precisión que confirmaban las ecuaciones de Einstein. Y pasaron 60 años más (¡sesenta!) hasta que un experimento crucial demostró que una explicación semiclásica era insuficiente.

El propio Einstein acabó desencantado del desarrollo posterior de la mecánica cuántica, y formuló un "experimento pensado" para refutar su interpretación habitual. Es el famoso trabajo Einstein-Podolsky-Rosen de 1935, que introduce lo que hoy en día llamamos entanglement. Recién en 1964, casi 30 años más tarde, John Bell demostró que había una manera de convertir el argumento EPR en un experimento real, con predicciones distintas si las cosas eran como decía Einstein o no. Esto fue un año antes de que yo naciera. En 1982, cuando yo estaba en 5o año, Alain Aspect logró hacer el experimento. Y recién en 2015 se publicó el resultado del primer experimento tipo Bell libre de loopholes (una cuestión técnica), cierre definitivo de la cuestión, 80 años después.

¿Cómo se compatibiliza la relatividad general con la mecánica cuántica? Hoy por hoy, el mejor atisbo que tenemos es la conjetura de Maldacena, que muestra la equivalencia entre una teoría con gravedad (no la de nuestro universo, pero algo es algo) y la teoría de los campos cuánticos. La conjetura de Maldacena es de 1997, 23 años después de que Stephen Hawking mostrara el primer resultado cuántico (la radiación de Hawking) en un espacio curvado por la relatividad general, que fue formulada hace más de 100 años. ¿Será acaso una teoría de cuerdas la solución? ¿O alguna de sus alternativas, loop quantum gravity u otra? ¿Y cuándo se zanjará la cuestión? No lo sabemos, podría llevar 100 años más, mal que le pese a los ansiosos, medios de prensa incluídos.

¿Qué pasó antes del Big Bang? Los resultados del satélite Planck, publicados en 2018, apuntan a que la inflación cósmica (propuesta en 1979, casi 40 años antes) realmente ocurrió, y que tanto las misteriosas materia oscura (vislumbrada desde las décadas de 1920 y 30), como la energía oscura (propuesta por Einstein en 1915, si realmente se trata de la constante cosmologica), son reales. Esto ha dado un fuerte espaldarazo al modelo cosmológico llamado ΛCDM (constante cosmológica más materia oscura fría), descartando muchas de las altenativas. Pero la cantidad de cabos sueltos es todavía inmensa. ¿Cuándo veremos por primera vez una partícula de materia oscura, si es que existen? ¿Y si no existen, entonces qué? Y así van pasando las décadas.

Es así nomás.


La ilustración es un famoso grabado de un libro de Camille Flammarion, coloreado por un usuario de Wikipedia (Heikenwaelder Hugo, CC BY-SA).

A propósito de esta lentitud de la ciencia, recomiendo la charla de Guillermo Martínez en la Jornada sobre Ciencia y No ciencia organizada por la Asociación Astronómica Argentina, que puede escucharse (el registro de video es deficiente) en Youtube: youtu.be/VqBNsHC4_tc. La charla de Martínez es la segunda. Las charlas de Alberto Rojo y de Diego Golombek también están buenas.

sábado, 4 de mayo de 2019

Esos raros eclipses nuevos

Es un año de eclipses, no hay duda. Gran eclipse total de Luna en enero, gran eclipse total de Sol en julio (¡visible desde una región muy accesible de la Argentina!), tránsito de Mercurio en noviembre, varios ocultamientos de Saturno, un eclipse más de la Luna, parcial... Y de yapa esto, un eclipse de Sol extremadamente inusual. Miren, miren, esperen que termine de cargar el gif.

¿Qué es esto? Es un eclipse de Sol visto desde el Solar Dynamics Observatory, un telescopio espacial dedicado a la observación del Sol. SDO está en una órbita geosincrónica, a 35 mil kilómetros de altura, de manera que sus eclipses no coinciden con los que tenemos en la superficie terrestre. SDO observa continuamente el Sol con una variedad de instrumentos, y el 6 de marzo le tocó observar este raro eclipse anular (en la superficie terrestre las actuales temporadas de eclipses son en enero y julio, en marzo no hay eclipses). Además, SDO se mueve muy rápido, así que lo que ve es el resultado del movimiento combinado de la Luna, el Sol y él mismo en su órbita. El resultado, en este caso, es un eclipse que parece fallado, como que la Luna se arrepiente y regresa sobre sus pasos y nos dice, como Alejandro le puede haber dicho a Diógenes: "Uy, perdón, mala mía, te tapé el sol".


De acuerdo a la nota en Spaceweather.com, estos eclipses son valiosos para el equipo de SDO, que puede calibrar los instrumentos usando el nítido borde de la Luna recortado sobre el plasma del Sol. Vale la pena revisar el sitio de SDO, las imágenes y películas del Sol en plena actividad son buenísimas.


La imagen es de NASA/SDO/AIA.

sábado, 27 de abril de 2019

Doble Luna Pascual

La semana pasada tuvimos una doble luna llena pascual. El plenilunio exacto, con iluminación 100%, se produjo el viernes 19 por la mañana, de manera que la noche anterior y la siguiente la vimos casi igual, y casi llena (99.6 y 99.7%). La primera fue el día 18, Jueves Santo, y me fui a fotografiarla a la Playa Melipal, desde donde así se alzaba casi sobre el centro de Bariloche:


Pero el día que más me interesaba era el 19 de abril, Viernes Santo, 14 de Nisán, cuando saldría exactamente sobre el centro de la ciudad:


Lamentablemente era ya pasado el plenilunio, de manera que el cielo se oscureció rápidamente y en pocos minutos la iluminación de la ciudad fue insuficiente para hacer una buena foto con el enorme rango dinámico de la luna llena y la ciudad en sombras. Creo que esta es la mejor:


Como ya hemos comentado muchas veces, Pascua es el domingo siguiente a la luna llena que ocurre en o después del equinoccio de marzo. El rol de la luna llena se debe a que el calendario hebreo es lunar, y Jesús fue crucificado el 14 de Nisán, primera noche de Pesaj, con luna llena como todos los 14. En nuestro calendario solar moderno las fases de la luna se mueven, y no siempre coincide el 14 de Nisán con el Viernes Santo. Pero este año sí, y tuvimos las fiestas de Pascua y Pesaj sincronizadas.

Hace algunos años, de paseo por la costa cantábrica de España, mis amigos me llevaron a visitar un encantador pueblo de pescadores, San Vicente de la Barquera. Sobre una colina hay una iglesia gótica muy austera, con un impresionante y hermoso retablo barroco tras el altar:


Coronando el retablo me llamó la atención esta escena de la crucifixión. Observen a la izquierda, encima de una de las mujeres (creo que María):


¡Es un eclipse total de Luna! Estoy segurísimo. El 14 de Nisán es luna llena, de manera que un eclipse de Luna es posible. En los Hechos, Pedro menciona una "luna de sangre", pero es la única referencia que encontré. En los Evangelios se menciona una "oscuridad del cielo", y en algunas representaciones artísticas se muestra un eclipse de Sol ese día, cosa que no es posible con luna llena. En cambio un eclipse lunar sí. En todo caso, en un año tan eclíptico como éste, me vino el recuerdo de este viaje. Aquí estoy con mis amigos Horacio y Miguel Ángel, dos de las mejores personas que conozco, en la plaza al frente de la iglesia, que de afuera no dice gran cosa:


Tarde pero seguro, Feliz Pascua y Pesaj Sameaj, o Feliz Péisaj como decían mis antepasados.



Estaba de visita en el Instituto de Física de Cantabria, en Santander, donde me recibieron muchas veces desde que era estudiante de doctorado. Esta vuelta me encontré con un nuevo y precioso edificio, y con una decoración inesperada en la entrada: una cavidad aceleradora del Gran Colisionador Electrón-Positrón (LEP) del CERN, que fue desmantelado para alojar en el mismo túnel el más moderno Gran Colisionador de Hadrones (LHC). De afuera es un aparato de laboratorio, pero por dentro es de una belleza inesperada. Por aquí pasaron los electrones y los positrones que, en feroz choque de materia contra antimateria, dieron a luz a los bosones W y Z que confirmaron el Modelo Estándard en los años 80.
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