El brillo del Sol

Hace poco hablamos del color del Sol. Y a principio del año sobre el tamaño del Sol visto desde los planetas. Ya que estamos, ¿por qué no redondeamos el tema calculando el brillo del Sol, visto desde los planetas? Desde Plutón, por ejemplo, que se ve tan chiquito, ¿se vería com una estrella más? De paso, aprendemos una sencilla ley física, descubierta nada menos que por Johannes Kepler hace cuatro siglos.

No es difícil de entender el concepto. Pensemos en el Sol emitiendo luz en todas direcciones. Si nos alejamos, la luz se "desparrama" cada vez más, de manera que el Sol se hace más tenue. Es una experiencia familiar con cualquier objeto luminoso, así que estoy seguro de que todos me siguen hasta aquí. OK, el Sol en Plutón es más tenue que en la Tierra. ¿Pero cuánto?

Imaginemos una esfera con el Sol en el medio. Toda la luz del Sol atraviesa la esfera. Cada centímetro cuadrado de superficie de la esfera recibe una cierta cantidad de luz. Ahora inflemos la esfera. Hay más superficie, pero la cantidad de luz que la atraviesa es la misma, puesto que el Sol es el mismo. Así que la cantidad de luz que atraviesa cada centímetro cuadrado de la esfera grande es menor que la que atraviesa cada centímetro cuadrado de la esfera chica. Para concretar, imaginemos que hemos duplicado el tamaño de la esfera. ¿Cuánto crece la superficie si duplicamos el radio de la esfera? La fórmula para la superficie de una esfera es:

Superficie = 4 × π × radio².

Si duplicamos el radio, ¿qué cambia del lado derecho de la fórmula? El 4 no cambia. Pi no cambia. Pero el radio al cuadrado es ahora (2×radio)² = 2²×radio² = 4×radio². Así que la superficie es 4 veces mayor. Por lo tanto, la luz que antes pasaba por un centímetro cuadrado ahora tiene que diluirse y pasar por 4 centímetros cuadrados. Es decir, el brillo es cuatro veces menor. Así nomás.

Esa es la ley que descubrió Kepler: la intensidad de la luz se reduce como el cuadrado de la distancia a la fuente. Si me voy al doble de distancia, el brillo cae a la cuarta parte. Si me voy al triple, el brillo cae a la novena (3² = 9) parte. Más bien rapidito, ¿no?

Volviendo a Plutón. Ya sabemos que su órbita es muy ovalada, pero en promedio está a 39 unidades astronómicas del Sol, 39 veces más lejos que la Tierra. Así que como 39²=1521, el brillo del Sol en el cielo de Plutón es más o menos 1500 veces más tenue que en el cielo de la Tierra. Guau. Parece mucho. ¿Es mucho o es poco? ¿Cómo se compara con la Luna llena, por ejemplo? Bueno, acá va a haber una pequeña sorpresa: la Luna llena es 400 mil veces más tenue que el Sol. Así que el Sol, en Plutón, brilla más tenue que el nuestro, pero aún brilla unas 250 veces más que la Luna llena. Uno puede leer a la luz de la Luna llena (bueno, con cierta dificultad). Así que el Sol en Plutón resulta bastante brillante. ¡Imaginen la luz de 250 Lunas concentrada en un puntito indistinguible! Ciertamente, no se vería como una estrella más. Probablemente sería hasta incómodo verlo directamente.

En nuestros cielos, aparte del Sol y de la Luna, el objeto más brillante es el planeta Venus, el Lucero del Alba o del Ocaso. ¿A qué distancia tendría que estar el Sol para verse como Venus en su máximo brillo (como se lo ve en estos días en el cielo del amanecer)? Venus es 550 millones de veces menos brillante que el Sol. Tomando la raíz cuadrada, resulta que visto desde 23500 unidades astronómicas el Astro Rey queda reducido a tal brillo. Son 0.37 años luz, mucho más lejos que Plutón, pero ni siquiera la décima parte del camino a la estrella más cercana.

¿Y a qué distancia se ve como Sirio, la estrella verdadera más brillante del cielo? Mismo cálculo, sólo que Sirio es mucho menos brillante aun que Venus. El Sol se vería con su mismo brillo (pero otro color) desde 1.8 años luz. ¡todavía menos que la distancia a la estrella más cercana! La verdad que el Sol, con todo su fulgor, desde lejos no es gran cosa... A la distancia de Sirio, acabo de hacer la cuenta, sería una linda estrella medianita de magnitud 2, un poco como Acrux, Alfa Crucis, al pie de la Cruz del Sur.

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La imagen del paisaje desde Plutón, con Caronte y el Sol en medio de un cielo estrellado, es del ESO/L. Calçada (CC BY). La ilustración de la ley de la inversa del cuadrado es de Wikipedia, usuario Borb (CC BY-SA) .

Gran Nebulosa de Carina

Estuve reprocesando unas fotos de la Gran Nebulosa de Carina que tomé en 2008. Es una región extraordinaria del cielo, que nuestros colegas del hemisferio norte se pierden por completo. Por esa razón tiene menos fama que la Gran Nebulosa de Orión, por ejemplo. Considerando que es 15 veces más brillante que la de Orión (a pesar de que se encuentra 5 veces más lejos), que es cuatro veces más grande en el cielo, que aloja y la rodean enormes racimos de estrellas jóvenes y brillantes, y que se agita en su interior una estrella monstruosa, una de las más pesadas del universo, a punto de estallar en pedazos, no cabe duda de que la Nebulosa de Carina es uno de los objetos más facinantes del cielo, tanto para el aficionado ocasional, como para el astrofotógrafo entusiasta, o para el astrofísico más riguroso. Esta foto muestra la región más brillante e interesante de la nebulosa. Definitivamente, deben clickear la imagen para verla más grande (de todos modos, menor que la foto original de 3k pixels de ancho).

El campo de la foto de arriba abarca algo menos de 1 grado de ancho, dos Lunas. Para darles una idea del contexto, aquí tenemos una foto tomada con un campo más amplio, de unos 15 grados. La nebulosa se destaca en el centro, con su color rosado de hidrógeno fluorescente, en medio de las innumerables estrellas de esta región de la Vía Láctea. Filamentos de polvo frío y oscuro se entrecruzan entre las estrellas. Tres grandes cúmulos estelares la rodean: NGC 3532 arriba a la izquierda, NGC 3114 abajo a la derecha, e IC 2602 (las "Pléyades australes") abajo a la izquierda. La Cruz del Sur queda fuera de la imagen hacia la izquierda, más allá de esa otra nebulosa roja y chiquita (IC 2948). Una docena más de cúmulos estelares son visibles, pero la enumeración es innecesaria. (Pueden ver el análisis automático hecho por astrometry.net aquí.)

El motivo de reprocesar esta imagen fue la curiosidad de compararla con un extraordinario panorama hecho por el telescopio Hubble. Así que recorté y acomodé la imagen para ponerlas una junto a la otra. Aquí están. Elegí la imagen anotada del Hubble, pero en la página original hay otras (inclusive una maravilla zoomeable).

Me encanta la comparación. Ni qué decir que la imagen del telescopio espacial tiene mejor resolución: mi telescopio es mucho más chico y está en el fondo de un océano de aire turbulento. Pero los msmos ingredientes están ahí: estrellas multicolores, filamentos de gas brillante, pilares y montañas de polvo disolviéndose ante el embate de la furiosa radiación de las estrellas jóvenes. Inclusive cosas que creí que eran artificios del procesamiento, como esas bandas oscuras paralelas abajo y a la derecha de la nebulosa "ojo de la cerradura", son reales. Muchas de estas líneas brillantes son ondas de choque de supernovas recientes, que sacuden el gas de la nebulosa disparando un incesante proceso de formación de nuevas estrellas, reciclando el material de la galaxia. Se estima que hay casi un millón de masas solares en polvo y gas en la nebulosa, reciclándose constantemente en estrellas. La estrella superpesada Eta Carinae está señalada en la imagen de Hubble, y brilla de color naranja/rosado en la mía. Lo que vemos es, en realidad, un capullo incandescente que se formó alrededor de la estrella a consecuencia de su erupción casi devastadora en el siglo XIX. Se llama Nebulosa Homúnculo, y volverá a aparecer por acá dentro de poco.

No tengo dudas de que puedo mejorar esta imagen con la nueva técnica de autoguiado. Así que volverá a aparecer por acá el próximo verano, seguramente. Stay tuned.

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La imagen del telescopio Hubble es de HST/NASA/ESA. Las imágenes telescópicas de la Nebulosa de Carina son mías (hay versiones de más resolución disponibles). La imagen de la región alrededor de la nebulosa, aunque le puse mi copyright, me parece que fue tomada por mis amigos Martín Moliné y Rafael Montemayor. Por favor, citen a ellos como autores si usan la foto. Para usar cualquier foto del blog, recuerden pedir permiso via e-mail. Pedid, y os será dado.

Venetia Burney

Venetia Burney tiene 11 años y vive en Oxford, Inglaterra. Está desayunando con su madre y su abuelo. El abuelo lee el diario. En voz alta les lee la extraordinaria noticia del descubrimiento de un nuevo planeta, y se pregunta qué nombre le pondrían. Venetia piensa un instante y dice: "¿Por qué no llamarlo Plutón?"

Esto ocurrió el 14 de marzo de 1930, y el planeta acabó llamándose Plutón (y después resultó que no era un planeta, pero esa es otra cuestión). Durante mucho tiempo circuló la historia de que Venetia había elegido el nombre por el personaje de Disney, el perro Pluto, que también data del 1930. En inglés, aclaremos, tanto el perro como el planeta (y el dios del inframundo del mito griego) se llaman igual, Pluto. Pero Venetia explicó más de una vez que no fue así. Hay una entrevista interesante aquí, realizada en ocasión del lanzamiento de la sonda New Horizons dirigida a Plutón en 2006. En la entrevista dice no saber exactamente por qué sugirió ese nombre. Dice que conocía los mitos griegos de libros infantiles, así como los nombres de los planetas, por supuesto, y que simplemente le pareció que era un nombre que no había sido usado.

El abuelo de Venetia, bibliotecario jubilado, sugirió el nombre a un astrónomo de Oxford, el profesor Herbert Turner. Ese día Turner estaba en Londres en una reunión de la Royal Astronomical Society, donde todos proponían nombres para el planeta. A nadie se le ocurrió Plutón, y cuando Turner encontró la notita del abuelo de Venetia, le encantó: Plutón es el dios del inframundo, y el nuevo planeta estaba increíblemente alejado de los demás. Además, las primeras letras, P L, son la iniciales de Percival Lowell, el rico astrónomo aficionado que había propiciado la búsqueda del planeta (sin vivir para verla concluir con éxito). A Turner le gustó, entonces, y mandó un telegrama al observatorio Lowell. Venetia dice que no pensó para nada ni en el inframundo ni en Percival Lowell.

En mayo de ese año el planeta recibió oficialmente el nombre propuesto por la pequeña Venetia. El abuelo se lo contó. Ella no había oído nada del tema. Pueden imaginarse lo encantada que estaba. Según recuerda, hubo cierto revuelo en los diarios, pero nada del otro mundo. Otro evento notable parece que le quitó popularidad en Inglaterra por esos días: la expedición de la primera aviadora que voló sola de Inglaterra a Australia, Amy Johnson.

En la entrevista Venetia cuenta también que su tío abuelo Henry Madan fue quien bautizó a los satélites de Marte, Fobos y Deimos. Venetia fue maestra de economía y matemática. Nunca les contó a sus alumnos que ella había bautizado a Plutón. Nunca vio a Plutón a través de un telescopio, pero vio las fotos del descubrimiento que tomó Clyde Tombaugh en Flagstaff (yo también las vi, algún día lo cuento). La asombraba el avance tecnológico de nuestra civilización desde los días en que era una niña a principios del siglo XX. Nació el 11 de julio de 1918, hace 94 años esta semana. Falleció en 2009, a los 90 años de edad.

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¡Último momento! Esta semana se anunció el descubrimiento de un quinto satélite alrededor de Plutón. Todavía no tiene un nombre prpio, así que lo conoceremos por un tiempo como P5. Ya conocíamos a Caronte (el botero del Infierno) desde los '70s, a Nix (diosa de la oscuridad y madre de Caronte) e Hydra (el monstruo policéfalo que mató Hércules) desde 2005, y a P4 desde 2011. Me llama la atención esta multitud de satélites en un cuerpo tan pequeño. Tal vez el sistema es el producto de una colisión no muy antigua entre dos cuerpos del cinturón de Kuiper. Faltan exactamente 3 años para el encuentro de Deep Horizons con el sistema plutoniano, y se develarán muchas cosas seguramente.

Usando el fondo oceánico como telescopio

Cuando leí el título de este artículo (Deep-ocean crusts as telescopes: using live radioisotopes to probe supernova nucleosynthesis), inmediatamente capturó mi atención. ¿Qué querían decir con "usar el fondo del océano como un telescopio"? La bajada del título daba una pista de por dónde venía la cosa: usar isótopos radiactivos para intentar ver si una supernova explotó en tiempos no muy lejanos en la proximidad de nuestro sistema solar. Guau, ¿realmente se podría hacer algo así?

Antes de contar algún detalle, quiero decir que el asunto me atrajo por dos razones. Una de ellas es, por supuesto, la intriga de saber qué se podía saber, y cómo, sobre una eventual supernova en la proximidad de la Tierra. La segunda es que me vino a la mente una invitación que los investigadores del CONICET recibimos anualmente: hacer propuestas de investigación a bordo del buque oceanográfico de la institución, el Puerto Deseado. Siempre tuve ganas de contribuir de alguna manera en estas campañas. ¿Tal vez esta fuese la oportunidad? Todavía no lo sé. Traté de interesar a un par de geólogos pero no tuve éxito. Así que si hay por aquí algún geólogo interesado en la astronomía, podríamos charlarlo.

La cosa es así. Se ha descubierto, en la corteza de hierro y manganeso del fondo oceánico, una pequeña cantidad de ⁶⁰Fe (se pronuncia "hierro 60"), un isótopo radiactivo del hierro con una vida media de 2.2 millones de años. Es decir, es una variedad del hierro (químicamente, es fierro) que, por un proceso radiactivo que ocurre lenta pero constantemente, se convierte en otro elemento. Cada 2 millones y pico de años la mitad (por eso "vida media") del ⁶⁰Fe inicial se ha convertido en níquel (pasando primero por ⁶⁰Co, que también es radiactivo). Dos millones de años parece mucho, pero la Tierra es muy antigua. Cualquier átomo primigenio de ⁶⁰Fe ya debería haberse convertido en níquel hace mucho. ¿De dónde viene, entonces, un elemento radiactivo de vida "corta"? Bueno, resulta que una supernova (una explosión que destruye en segundos una estrella entera) produce abundante ⁶⁰Fe. El material de la explosión se expande en el medio interestelar, y literalmente "llueve" sobre los mundos que se encuentren ocasionalmente a su paso. A la larga, por supuesto, el isótopo radiactivo desaparece, así que la explosión tiene que haber sido en los últimos millones de años. Cuando los homínidos ya medrábamos en la superficie de la Tierra, fijate un poco.

Esto es lo que calcularon estos tipos. Cuánto ⁶⁰Fe se produce en una explosión, y cuántos átomos cabría esperar en cada centímetro cuadrado de superficie terrestre. Sus resultados, comparando con las mediciones de ⁶⁰Fe en la corteza de ferromanganeso, sugieren una supernova a una distancia de entre 50 y 400 años luz. Existen, aparentemente, indicios adicionales para apoyar la hipótesis de una explosión de supernova de estas características. Efectivamente, el Sol se encuentra en medio de una especie de "burbuja" donde el medio interestelar es particularmente tenue (un décimo del promedio de la Vía Láctea), que podría ser un efecto residual de la explosión. Además, la órbita del Sol pasó (o está pasando) en medio de una asociación de estrellas gigantes llamada "asociación Escorpio-Centauro", y estos sistemas suelen alojar supernovas. La asociación Sco-Cen tiene varias burbujas más, además de la que llamamos "burbuja local" por razones obvias.

En todo caso, me pareció algo interesante de investigar. Los datos que se tienen actualmente son muy escasos, de manera que cualquier contribución sería significativa. Hay un montón de cosas que ignoro sobre el fenómeno. ¿Por qué en el fondo del océano? ¿Y por qué la asociación con el ferromanganeso? ¿Qué pasó con el hierro que cayó sobre otros minerales, no ferrosos? ¿Se podría ver algo en el fondo marino sedimentario, como la plataforma del Mar Argentino? ¿Se podrían medir otros productos radiactivos de vida media comparable? ¿Y en el continente? En la Patagonia hay formaciones de esa edad, ¿se podrá medir algo en tierra firme? En fin, tengo más preguntas que respuestas, como ven.

Ya sabés: joven argentino (o no tan joven, o argentina, o de donde seas) si sos geólogo y esto te llama la atención, avisame.

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Referencias

Deep-ocean crusts as telescopes: using live radioisotopes to probe supernova nucleosynthesis, Brian Fields, K. Hochmuth, J. Ellis, The Astrophysical Journal 621, 902-907 (2005).

⁶⁰Fe anomaly in a deep-ocean manganese crust and impliations for a nearby supernova source, K. Knie et al., Physical Review Letters 93, 171103 (2004).

On deep-ocean ⁶⁰Fe as a fossil of a near-earth supernova, Brian D. Fields, John Ellis, New Astronomy 4 419–430 (1999).

Search for Supernova-Produced ⁶⁰Fe in a Marine Sediment, C. Fitoussi et al., Physical Rreview Letters 101, 121101 (2008).

La ilustración es una imagen multi-longitud de onda (X, óptica e infrarroja) del residuo dejado por la supernova de 1604 observada por Kepler, la más reciente observada en nuestra galaxia (NASA/ESA/JHU/R.Sankrit & W.Blair, tomada de Wikipedia).