La Luna en 2016

¡Úuuuuuultimo post del año! En el Cielo las Estrellas te regala, para que te duren todo el año nuevo, todas las Lunas de 2016. En tres minutos, acelerada 200 mil veces. Ver en pantalla completa y bailar el valsecito con Donatella Moretti. Empieza casi en cuarto menguante, una semana después de la lunaza llena de Navidad:



A destacar:

Eclipses de Luna, en marzo y septiembre. Ambos penumbrales, de poco interés salvo para maníacos.

Superluna el 14 de noviembre, y miniluna el 21 de abril.

Ocultamiento de Mercurio por la Luna, visible desde Bariloche el 4 de agosto. No veo más ocultamientos, pero estaré atento a conjunciones notables. Y para empezar, en la noche de Año Nuevo, si todavía no se fueron a dormir, una notable conjunción de la Luna y Júpiter saliendo por el Este pasada la medianoche:

Pocos días después, más en la madrugada, una más interesante aún conjunción de una delgada Luna menguante con Venus y Saturno, mientras Marte se ve bien brillante al encaminarse a una excelente oposición en mayo:

Estas horas y posiciones en el cielo corresponden a las vistas desde Bariloche. Las circunstancias más favorables de cada uno dependerán de lugar donde estén. (Por ejemplo, la salida de Júpiter y la Luna el 1 de enero será más temprano en Buenos Aires que en Bariloche.) Usen Stellarium, que es muy fácil.

En la madrugada del sábado 9 Venus y Saturno estarán espectacularmente cerca. Creo que podríamos intentar fotografiar a ambos a través del telescopio inclusive de día, cuando ya vayan separándose.

Finalmente, para viajeros o lectores lejanos: eclipse total de Sol el 9 de marzo, en los mares de Sandokán, y eclipse anular de Sol el 1 de septiembre, visible desde África (no desesperen, que en febrero de 2017 tendremos uno cruzando la Patagonia).

¡A disfrutar!

El lado oscuro de la Luna

And if your head explodes with dark forebodings too 

I'll see you on the dark side of the moon. 

Pink Floyd, The Dark Side of the Moon

The dark side of the Moon. Es una expresión poderosa en inglés y en otros idiomas también. Además del excelente álbum de Pink Floyd hay novelas, películas, series de televisión... Por supuesto, en el disco el significado de la expresión es simbólico y metafórico. Todas las letras del álbum tratan sobre la luz y la oscuridad, el bien y el mal, la vida y la muerte. En palabras del propio Roger Waters: "«Te veré en el lado oscuro de la Luna» soy yo mismo hablándole al que escucha, diciéndole «Sé que tenés estos malos impulsos porque yo mismo los tengo, y podemos conectarnos a través del hecho de que ambos a veces nos sentimos mal»".

No pude rastrear de dónde proviene la expresión. Hay explicaciones que me parecen tiradas de los pelos. Dicen que el lado oscuro de la Luna se refiere al lado lejano, el hemisferio opuesto al que vemos desde la Tierra, y que nos fue desconocido hasta la década de 1960. Hasta hoy en día, 50 años después, es frecuente ver titulares del tipo: "La NASA revela finalmente el lado oscuro de la Luna". Hay que decir que el diccionario Oxford admite como ¡décima! acepción de dark: desconocido o misterioso (generalmente aplicado a un secreto). En el de la RAE, lo más parecido es la quinta acepción de oscuro: incierto, peligroso, temeroso. 

Pero en general y en su sentido llano, oscuro es simplemente lo opuesto de luminoso. Si hay un lado oscuro es porque hay un lado brillante. ¿Tiene sentido la expresión entendida así? 

Bueno, la Luna, igual que la Tierra, tiene todo el tiempo una mitad iluminada por el Sol y una mitad en sombras. La mitad en sombras es oscura, obvio. Pero, igual que en la Tierra, donde es de noche al final amanece, que no es poco, y lo que era oscuro deja de serlo. A lo largo del mes lunar vemos parte de este cambiante lado oscuro. La parte que vemos, de hecho, como apunta hacia la Tierra no es taaaaan oscura: está tenuemente iluminada por la luz reflejada por la Tierra. Es la luz cenicienta, de la que ya hemos hablado. 

Así que la Luna tiene un lado cercano y un lado lejano, y un día y una noche. Una vez por mes el lado lejano coincide con el oscuro: durante la luna llena, el lado oscuro es además el que no podemos ver desde la Tierra. 

La verdad es que "EL" lado oscuro no significa mucho. Además de lo dicho (y tal vez sobre todo) porque la Luna, tan brillante que la vemos en el cielo, es toda ella muy oscura. Refleja apenas el 10% de la luz que la ilumina. Como el asfalto. La Luna es negra como el asfalto. Miren las manchas de polvo lunar en las rodilla y las botas del blanco traje de Aldrin en la famosa foto tomada por Armstrong:

Volvamos a la música de Pink Floyd. Escuchen con atención el tema final de The Dark Side of the Moon, Eclipse. Una vez que termina la letra (and everything under the sun is in tune / but the sun is eclipsed by the moon) comienza a escucharse un corazón latiendo. Suban el volumen al máximo, y en el minuto 1:35 se escucha, muy muy bajito:

There is no dark side of the moon really. Matter of fact it's all dark.

¡Ahí tenés! Es la voz de Gerry O'Driscoll, portero de la discográfica Abbey Road, entrevistado por Waters en busca de fragmentos de diálogos para usar en las canciones. Paul McCartney también fue entrevistado, pero por algún motivo sólo este fragmento fue elegido por Waters para la versión final del disco. La Luna es toda oscura, como lo dijo O'Driscoll matter-of-factly.

Ayer estuvo David Gilmour en Buenos Aires, y lamento no haber podido ir. Escribí ésto como catarsis.

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La foto de Aldrin es de NASA/Apollo. 

Double trouble

¿Quién no ha oído hablar del asteroide que cayó a la Tierra hace 66 millones de años, marcando el fin de la Era Mesozoica y el comienzo de la Cenozoica? El evento desencadenó (o terminó de producir) una de las mayores extinciones masivas de la historia de la vida en la Tierra. Barriendo, junto al 75% de todas las especies animales y vegetales del planeta, a todos los dinosaurios salvo las aves.

Mucho menos conocidos son otros dos grandes impactos, ocurridos hace 35 millones de años: los que causaron los cráteres de Popigai, en Siberia, y de la Bahía de Chesapeake, en Norteamérica. Yo los conocí recién hace unos meses, al leer un sugestivo trabajo que los relaciona de una manera inquietante. Importantes extinciones y cambios climáticos ocurrieron justo en ese momento: es el final del período Eoceno, que pasó de un fuerte efecto invernadero a una glaciación global.

Los dos cráteres son muy grandes, de los mayores del mundo (100 y 85 km de diámetro), siendo sus asteroides progenitores algo menores que el de 10 km que liquidó a los dinosaurios. Lo más curioso es que se formaron con apenas 10 mil años de diferencia uno del otro. Un tercer gran cráter, de 22 km, se formó también en la misma época (Toms Canyon, mar adentro frente a Atlantic City). Para ser eventos tan inusuales, que deberían ocurrir separados por decenas de millones de años, estos son casi simultáneos. ¿Tal vez un asteroide mayor se fragmentó y los pedazos cayeron cada uno por separado? Podría haber sido, ya que sabemos que muchos asteroides no son rocas monolíticas sino pilas de escombros que apenas se mantienen unidas por la propia gravedad que ellas mismas generan (como el asteroide Itokawa, aquí al lado). Un paso cercano a la Tierra podría haberlo desarmado. Cada fragmento habría seguido su propia órbita alrededor del Sol, pero muy parecidas entre sí, hasta que la Tierra finalmente se los habría llevado por delante.

El paper que leí argumenta que no pudo ser así. Un análisis detallado de los sedimentos depositados por los impactos en todo el mundo muestra que (al menos los dos grandes) corresponden a rocas de distinto tipo (condritas H y L, se llaman). Al mismo tiempo, observan, hubo un depósito inusual de polvo extraterrestre por tiempos muy prolongados. Es decir: hace 35 millones de años hubo una verdadera lluvia de asteroides sobre la Tierra. ¿Qué pudo producirla? Tal vez las órbitas de los asteroides, que vemos tan redonditas y estables allá en el cinturón principal, podrían no serlo tanto. Sugieren que algún evento astronómico perturbó las órbitas de muchos de ellos. Durante un período de algunos millones de años se habrían producido colisiones entre ellos, que acabaron mandando una cantidad inusual de fragmentos y polvo en órbitas de colisión con los planetas interiores.

Pero lo más inquietante es que la perturbación en el cinturón de asteroides pudo deberse a efectos caóticos de las órbitas de los planetas interiores. La estabilidad del sistema solar es una cuestión que ha interesado a los físicos, matemáticos y astrónomos desde la época de Newton. Si bien las órbitas parecen estables en la escala temporal de la Historia humana, ¿quién sabe? El sistema solar contiene muchos cuerpos en interacción, y sabemos que en tales casos el caos es más bien la norma que la excepción. Y las trayectorias caóticas son, por supuesto, impredecibles. ¿Podrá volver a pasar algo como lo que desencadenó la lluvia de asteroides del fin del Eoceno?

Aprovecho para comentar que ya salió el nuevo libro de los Cafés Científicos del Instituto Balseiro, Ciencia soluble en café, donde aparece la versión en texto de mi contribución al ciclo del 2014: Grandes bolas de fuego, justamente sobre el tema de la caída de asteroides, bólidos, meteoros y otros cascotes espaciales. Por si no lo consiguen, pueden descargar mi capítulo de la sección de divulgación en mi página web, o directamente en este link.

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El paper es Schmitz et al., Fragments of Late Eocene Earth-impacting asteroids linked to disturbance of asteroid belt, Earth and Planetary Science Letters 425:77-83 (2015).

Double trouble es una expresión común en inglés, aplicada a situaciones inusualmente complicadas. Además es el nombre de uno de los mejores grupos de jazz de fines del siglo XX, Stevie Jay Vaughan and Double Trouble.

La imagen del asteoride Itokawa es ©JAXA, y se la reproduce aquí con intención de fair use. La otra imagen es de la NASA/JPL.

Las diez preguntas

Leí en el diario una nota comentando el resultado de una encuesta realizada en el Reino Unido, revelando que más del 80% de los padres no eran capaces de responder preguntas científicas de sus hijos. Más aún, muchos se sentían tan intimidados que, antes de reconocer que no lo sabían, daban respuestas incorrectas. Equivocado sí, inseguro jamás.

En el Cielo las Estrellas valora la chispa de curiosidad científica de los más pequeños, y ya que muchas de las preguntas son astronómicas estamos decididos a aportar un granito de arena (¿Pa, que es la arena?) para ayudar. En la nota presentan 10 preguntas, junto con respuestas "expertas" que dejan bastante que desear si uno se las quiere dar a un niño pequeño, digamos de 5 años. Así que aquí está mi versión. Si conocen más preguntas difíciles de este tipo, déjenlas en los comentarios, o háganmelas llegar por email, correo, teléfono o paloma mensajera. Trataré de ir dando respuestas apropiadas para un niño de 5 años y pico. Si tiene 10 años o más, que las googlee y se deje de embromar.

1. ¿Por qué la Luna no se cae?

La Tierra atrae a la Luna igual que nos atrae a nosotros, hacia abajo. Pero la Luna también se mueve de costado muy rápido. Así que a medida que cae está cada vez más hacia el costado, y como la Tierra es redonda acaba siendo una caída sin fin, que se llama órbita.

2. ¿Por qué el cielo es azul?

La luz blanca del Sol es una mezcla de todos los colores, los mismos que vemos en el arco iris. Cuando atraviesa el aire de la Tierra, la parte azul que está en la mezcla se desvía para todos lados, y por eso la vemos venir de todas partes del cielo. Sólo la luz azul hace éso, y por eso el cielo es azul.

3. ¿Cómo puede el universo ser infinito?

No sabemos si el universo es infinito. Cuando miramos las estrellas más lejanas, su luz tarda mucho tiempo en llegarnos y las vemos como eran hace muchísimo tiempo. Si tratamos de ver más lejos, llega un punto donde estamos mirando un tiempo tan antiguo que ni estrellas existían. Así que la parte que vemos del universo no es infinita: es finita, tiene un tamaño y una cantidad de estrellas y de átomos bien determinada. Más allá, sospechamos, existe más y más universo, tal vez infinito, pero en realidad no lo sabemos.

4. ¿Por qué el Sol es tan grande y no hay humanos viviendo allí?

El Sol es inmenso. Un millón de Tierras cabrían dentro, y la Tierra es enorme. La mayor parte de las estrellas son más pequeñas que el Sol. Y, como es tan grande, su superficie está muy caliente, a muchos miles de grados. Tan caliente que nadie puede vivir en su superficie, ni siquiera cerca.

5. ¿Por qué brilla el Sol?

En el centro del Sol, como es tan grande y pesado, se produce muchísima energía, que viaja hasta la superficie y la calienta. Como está muy caliente brilla, como los carbones del asado pero más. Esa superficie caliente es la que vemos brillando desde la Tierra.

6. ¿Cómo llegaron las estrellas al cielo?

Las estrellas nacen en el cielo, a partir de inmensas nubes de gas y polvo que existen llenando el espacio entre otras estrellas. Cuando esos gases se comprimen por su propio peso nacen estrellas, que empiezan a brillar cuando se calientan. Esas nubes son tan grandes que se forman varias estrellas a la vez, a veces muchas: diez, cien o mil estrellas hermanas. Casi siempre, además, alrededor de cada una se forman planetas.

7. ¿Quién inventó las computadoras?

No las inventó una sola persona. A lo largo de muchos años, muchos matemáticos, ingenieros y físicos fueron inventando distintas partes, desde la electrónica hasta los programas que les permiten funcionar. Las computadoras como las que tenemos en casa fueron inventadas hace unos 40 años, pero eran bastante distintas de lo que son ahora, mucho menos poderosas, difíciles de usar y carísimas. Casi nadie tenía una. Hoy en día, casi todo el mundo tiene una en el bolsillo (aunque la llame teléfono).

8. ¿Qué es la fotosíntesis?

¡Niño, esa no es una pregunta de astronomía! Bueno, la fotosíntesis es lo que hacen las plantas para alimentarse. Los animales comen para vivir, pero las plantas no comen. La fotosíntesis, en cambio, les permite convertir aire, agua y luz... ¡en planta!

9. ¿Los ladrillos son de un material hecho por el hombre?

Tampoco es de astronomía, pero por suerte la respuesta es fácil: no, son de arcilla, que es un mineral natural. Hay arcilla en Marte, así que se podrían hacer ladrillos en Marte. (Menos mal, pude meter una cuchara astronómica.)

10. ¿Cuántos tipos de dinosaurios hay?

¿Viiiivos? Ninguno. Bueno, estrictamente, todas las aves son terópodos, los terópodos son saurisquios, y los saurisquios son dinosaurios. Así que las aves son dinosaurios. El animal más veloz que existe hoy en día es un dinosaurio carnívoro volador, el Falco peregrinus. Se alimenta principalmente de otros dinosaurios voladores, a los que ataca en pleno vuelo y los mata clavándole las garras. Este mundo es fantástico.


Si el niño insiste que no entiende alguna de estas cosas, creo que lo mejor sería decirle que hasta no hace mucho tiempo ni siquiera las personas grandes sabían la respuesta a estas preguntas. Pero que algunos no se dieron por vencidos y buscaron responderlas ellos mismos. Y que él puede hacer lo mismo cuando sea grande.

Manden sus preguntas y trataré de dar respuestas para niños de 5 años.

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La referencia en la última respuesta es de una viñeta de xkcd, de Randall Munroe. Xkcd es una de las joyas de la web.

La idea más feliz

Esta semana se cumplió un aniversario redondo y memorable: hace 100 años Albert Einstein completó la formulación de la Teoría General de la Relatividad. En una serie de seminarios en la Academia de Ciencias de Prusia, los días jueves 4, 11, 18 y 25 de noviembre de 1915, presentó una teoría que reemplazaba la Gravitación de Newton, que era incompatible con la Relatividad Especial que el propio Einstein había publicado en 1905. La nueva teoría explicaba una cantidad de problemas teóricos, pero también notablemente un problema astronómico de más de 60 años: la precesión anómala del perihelio de Mercurio. Einstein mostró la solución de este problema el día 18 de noviembre. No cabía en sí de contento. Pero no pudo descansar: aunque no importaba en ese caso, las ecuaciones de la gravedad que mostró ese día eran incorrectas, incompletas. Recién una semana después presentó las ecuaciones completas tal como siguen valiendo hoy en día. Debe haber sido un mes de trabajo intenso. Aún así, y a diferencia del paper de 1905, el del 25 de noviembre de 1915 no es una teoría completa sino una cabecera de playa en un nuevo territorio que durante el resto de la vida de Einstein no terminaría de explorarse.

Como se ve, la Relatividad General no nació de la noche a la mañana. Ni de octubre a noviembre. Diez años le llevó a Einstein el desarrollo de la nueva teoría. Diez años de pruebas, errores y largas pausas. Apenas completada la Relatividad Especial se puso a pensar en el problema de formular una teoría relativista de la gravedad porque, como dije antes, la de Newton era incompatible con la Relatividad. Según su propio relato la idea crucial se le ocurrió en 1907. La llamó "el pensamiento más feliz de mi vida". La idea feliz de Einstein es extremadamente sencilla, y es un testimonio de su genio haber capturado su potencial, sin dejarla escapar como nos pasa a tantos. A Einstein se le ocurrió que se podía "apagar" la gravedad. ¿Cómo? La idea de apagar la gravedad nos hace pensar en escenas a bordo de la Estación Espacial Internacional. Bueno, es exactamente eso.

La idea feliz de Einstein es que cuando uno está en caída libre no "siente" la gravedad (hay que ignorar el aire, que es irrelevante para la discusión). Si estoy en caída libre (saltando desde el techo de una casa, dice Einstein) y tengo una pelota en la mano y abro la mano, la pelota sigue en caída libre igual que yo, y la veo flotando quieta delante de mí. Quieta, como si no actuaran fuerzas sobre ella. Tal como dice la Primera Ley de Newton, descubierta por Galileo: si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza, el cuerpo se queda quieto. Así que la fuerza de gravedad está apagada (al menos hasta que choquemos contra el suelo). ¡Por eso la piedra pesada y la piedra liviana de Galileo caen a la vez! ¡Porque están quietas mientras caen! ¿Cómo se van a alejar una de otra si no sienten ninguna fuerza? Es una especie de reivindicación de Zenón de Elea.

Claro que no es necesario chocar contra el suelo. Si estoy cayendo "de costado" puedo no tocar el suelo nunca, y permanecer en órbita. Como ya hemos contado esta conexión entre la caída libre y estar en órbita le permitió a Newton resolver el movimiento de los cuerpos celestes. Por eso Chris Hadfield puede soltar un tomate en el aire y el tomate allí se queda, aunque la aceleración de la gravedad, que en la superficie de la Tierra es 9,8 m/s², allí arriba es de 8,7 m/s². Es decir, si no estuvieran moviéndose de costado, caerían libremente hacia la Tierra con una aceleración que es casi del 90% de la que experimenta cualquier tomate que suelta el verdulero cuando "acomoda" la verdura. Igual flotarían ante las narices del astronauta, hasta que la entrada en la atmósfera les haría percatarse de que algo anda mal. ¡Houstooon!

La idea feliz no termina allí. Einstein la llevó a su conclusión lógica: si estar en caída libre es equivalente a apagar la gravedad, entonces estar acelerado es equivalente a prender la gravedad. Si estamos en una nave muy lejos de toda estrella o planeta (o sea: sin gravedad), y prendemos los cohetes, empezamos a acelerar. Si soltamos el tomate, durante el tiempo que está en el aire la nave acelera a su alrededor y el piso va aceleradamente a su encuentro. Desde dentro de la nave lo que vemos es que el tomate cae, aceleradamente. ¡Prendimos la gravedad!

Pronto Einstein descubre que, si todo esto es cierto, empieza a haber consecuencias inesperadas. ¿Qué pasa si en lugar de soltar un tomate prendemos un láser que está en la pared de la nave, apuntando horizontalmente? La luz sale de su fuente y se propaga en línea recta. ¡Pero mientras hace esto la nave acelera a su alrededor, igual que con el tomate! Visto desde dentro de la nave, el rayo se curva hacia abajo como si fuera la trayectoria de una pelota. Entonces, ¿cuál es la conclusión? Si la idea feliz es cierta (se llama principio de equivalencia, digámoslo de una vez), ¿la luz se tiene que curvar cuando pase por un campo gravitatorio? Sí. Einstein lo calculó y lo publicó en un paper extraordinario de 1907, años antes de terminar de entender cómo funcionaba todo junto. Inclusive dice: "Tengo la esperanza de resolver el inexplicado cambio del perihelio de Mercurio, pero por ahora no me sale." Hay que decir que el cálculo de la curvatura de la luz estaba mal, cuantitativamente mal si bien cualitativamente correcto. Einstein mismo lo corrigió en 1911.

La desviación de la luz por acción gravitatoria era muy difícil de observar a principios del siglo XX. La mejor chance era fotografiar estrellas próximas al Sol durante un eclipse solar, y comparar con una foto tomada en otra época del año, sin el Sol. Exactamente así fue la primera verificación experimental de la Relatividad General, realizada por el astrónomo Arthur Eddington en 1919. Hoy en día vemos todo el tiempo imágenes como ésta, donde la inmensa gravedad de un cúmulo de galaxias (las amarillas) distorsiona y retuerce la luz proveniente de una galaxia más lejana, formando arcos (azules) que permiten reconstruir la distribución de masa del cúmulo. Estas lentes gravitacionales son una de las herramientas más extraordinarias para explorar el universo lejano: son un telescopio natural que el propio universo nos regala.

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Nótese que entre 1915 y 1919 está la Primera Guerra Mundial, que enfrentó las patrias de Einstein y Eddington. Entre la Teoría y su demostración empírica hubo una cantidad de connotaciones políticas y nacionalistas que Einstein y Eddington superaron sin dificultad (ambos activistas del pacifismo), pero otros no, en ambos bandos. Hay una interesante película que lo cuenta.

El relato de la idea feliz está en un artículo que Einstein preparó para Nature en 1920, pero que se le hizo largo y no fue publicado. El manuscrito se conservó. Todo está contado en la fascinante biografía de Einstein Subtle is the Lord, de Abraham Pais.

La imagen del Smiley cluster es de NASA/ESA/Hubble telescope. La de Chris Hadfield es de la NASA. La tapa de Science es de Science/AAAS, y debe estar súper prohibido reproducirla.

El punto de apoyo

Sabemos que el Sol, cuando agote su combustible nuclear, se convertirá en una estrella gigante que englobará a Mercurio, a Venus, y seguramente también a la Tierra. Pero esto ocurrirá dentro de varios miles de millones de años. Mucho, mucho antes que esto, la Tierra se volverá inhabitable. A medida que el núcleo del Sol convierte hidrógeno en helio la estrella se contrae, el núcleo se calienta y la reacción nuclear se acelera. El Sol se vuelve más brillante. Mínimamente, pero sin pausa. Dentro de mil millones de años será 10% más brillante que ahora. Reíte del cambio climático: la mayor parte de los océanos se evaporará y se desencadenará un efecto invernadero colosal. La Tierra, probablemente, se convierta en lo que hoy es Venus.

Ojo: mil millones de años es muchísimo tiempo. Hace mil millones de años todas las formas de vida en la Tierra eran unicelulares. Hace quinientos millones recién aparecían los primeros cordados, los antepasados de todos los vertebrados. Ninguna especie que haya habitado la Tierra ha persistido por más de un par de millones de años. Es muy difícil que los seres humanos existan dentro de tanto tiempo. ¿Pero quién sabe? Tal vez sí, o tal vez exista una o varias especies descendientes del Homo sapiens. En todo caso, si la Tierra se vuelve inhabitable, ¿qué hacer? Hay gente mooooooy previsora que ya está pensando en soluciones. Y una solución, por disparatada que parezca, sería mover la Tierra. Dadme un punto de apoyo, y moveré el Mundo, decía Arquímedes.

¿Cómo se hace para mover la Tierra? No con una palanca y un punto de apoyo, sino con una tecnología que ya usamos habitualmente en los viajes interplanetarios. Para ahorrar combustible de cohete las trayectorias interplanetarias aprovechan los planetas en un efecto llamado honda gravitacional (honda con hache, como la de David, no como en onda gravitacional que es otra cosa).

El procedimiento consiste en hacer pasar la nave muy cerca del planeta, lo cual produce un cambio de la dirección de la nave. Vista desde un sistema de referencia fijo al planeta la trayectoria es una hipérbola, y la aceleración que se produce en la aproximación se pierde exactamente al alejare. ¡Parece que no se gana nada! Pero la misma trayectoria, vista desde el sistema de referencia heliocéntrico, puede tanto ganar como perder energía. Si la nave pasa "por detrás" del planeta en su movimiento orbital, puede aprovechar la velocidad del planeta para ganar energía. Es exactamente igual a tirar una pelota contra el frente de un camión en movimiento. Aunque el rebote sea perfectamente elástico (sin pérdida ni ganancia de energía de todo el sistema), la pelota sí gana un montón de energía. Cualquier estudiante de Física I (y más de uno de la secundaria) puede hacer el cálculo. Por supuesto, la energía total se conserva, así que la energía que gana la nave (o la pelota), la pierde el planeta (o el camión).

Haciendo pasar la nave "por delante", el que gana energía es el planeta. Igual que si tiramos el pelotazo contra la parte de atrás del camión: le damos un empujoncito. Al ganar energía, la órbita del planeta se agranda un poquito. Ya se ve por dónde viene la idea: usar este efecto para agrandar la órbita de la Tierra. ¿Cuánto? Si la llevamos hasta más o menos donde está Marte, ganamos varios miles de millones de años, hasta que el Sol finalmente se convierta en gigante. Flor de changüí. 

El cálculo (muy preliminar, hay que decir, pero tampoco es para apurarse) lo hicieron hace varios años Don Korycansky y colegas; es fascinente de leer y muy accesible. La magnitud del proyecto es sobrecogedora si uno trata de imaginarse la civilización que pudiera emprenderla y llevarla a cabo. El escenario que analizan como más practicable consiste en usar un objeto del cinturón de Kuiper, de unos 50 a 100 km de diámetro, y hacerlo pasar repetidamente cerca de la Tierra cambiando gradualmente la órbita del planeta. Habría que hacerlo pasar a unos 10000 km de la superficie terrestre, afinando muy bien la puntería para que no se nos caiga encima. Si uno de 10 km extinguió a los dinosaurios, imaginen uno de 100 km, mamita. Pero attenti: no una vez, sino muchas. ¡Muchas! Habría que repetir cada 6000 años, un millón de veces. Hace 6000 años (una vez seis mil años) nuestros antepasados de la Edad del Bronce domesticaron el caballo. Si alguna civilización alguna vez decide hacer algo así, lo más sorpendente sería su visión de futuro. Inimaginable a la altura actual de los acontecimientos humanos.

Por supuesto, los autores dejan bien claro que su trabajo no es una propuesta, sino un estudio preliminar de un proyecto de astroingeniería cuya dificultad, sorprendentemente, no estaría muy lejos de nuestra capacidad actual. El uso de un objeto del cinturón de Kuiper permitiría hacerlo con bastante poco gasto de energía, aprovechando que "allá arriba" tienen mucha energía potencial y se mueven despacio. Por otro lado, el mismo objeto se puede reciclar, usando a Júpiter y a Saturno para volver a acelerarlo y redirigirlo (como en la figura). A pesar de esto las dificultades, insisten los autores, son grandes: que cada paso del planetoide produciría mareas 10 veces mayores que las lunares, que habría que tener cuidado con los asteroides que se moverían en el camino, que Marte resultaría muy perturbado al elevarse la Tierra, que la Luna seguramente quedaría atrás (aunque se podría darle empujoncitos para traerla con nosotros, pobrecita), etcétera, etcétera... Por otro lado, argumentan, el proyecto sería energéticamente más barato que una migración interestelar o terraformar Marte, con el beneficio adicional de que se preservaría toda la biosfera terrestre. En fin, parece de ciencia ficción, pero me encantó leerlo y, sobre todo, imaginarlo.

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Los artículos que leí son:

Korycansky, Laughlin and Adams, Astronomical engineering: a strategy for modifying planetary orbits, Astrophys. Space Sci. 275:349-366 (2001) (accesible gratis aquí).

Korycansky, Astroengineering, or how to save the Earth in only one billion years, Rev. Mex. A. A., 22:117-120 (2004) (accesible gratis aquí).

Además de emigrar y de reacomodar el sistema solar, se me ocurre una alternativa tal vez más barata y menos peligrosa: gigantescos parasoles entre la Tierra y el Sol (tal vez una persiana americana) para reducir la insolación. Creo que en alguna novela de Kim Stanley Robinson leí algo por el estilo.

Top of the World

Such a feeling is coming over me 

There is wonder in 'most everything I see 

Not a cloud in the sky, got the sun in my eyes

Carpenters, Top of the World

Uno siempre está on top of the world, en la cima del mundo: mirando hacia abajo y alrededor, el planeta entero está ahí, debajo de uno. Si liberamos el globo terráqueo de su soporte eclíptico, como pretendía Mafalda, podemos orientarlo como más nos plazca. Por ejemplo, poniendo hacia arriba el punto que representa el sitio donde uno está parado. Como en esta Bola del Mundo, que un artista anónimo instaló aquí, en los Jardines de Piquío de Santander, hacia 1930. La Bola está apoyada sobre las antípodas de Santander, en Nueva Zelanda, exactamente debajo nuestro. El mini-yo que imagino encaramado a la Bola es paralelo a mí mismo. De golpe es fácil imaginar cómo está parada la gente en cada lugar del mundo con respecto a mí: todo está ahí, a la vista. Sudamérica, Argentina, Bariloche... están ahí, parados casi perpendiculares a mí, un cielo distinto sobre sus cabezas.

El eje del globo es además paralelo al eje de la Tierra. Cuando brilla el Sol sus rayos bañan la Bola del Mundo del mismo modo que iluminan el planeta. Es de día donde la Bola está iluminada. Es de noche donde la bola está en sombras. Cuando saqué la foto el Sol ya se había puesto, así que robo una foto de una linda nota de otro bloguero para ilustrarlo. Puede verse que, a lo largo del ecuador, están marcadas unas franjas horarias. Así que el globo funciona como reloj de Sol: en la foto se ve que son casi las 11, hora solar. La línea que separa la mitad iluminada de la mitad en sombras es la línea de amaneceres y atardeceres, un círculo que existe permanentemente en el planeta. Estamos acostumbrados a pensar en el amanecer y el atardecer como momentos del día, pero en realidad son lugares. Todo el tiempo hay un círculo en la Tierra donde está amaneciendo o atardeciendo. En la Bola vemos que está amaneciendo en Colombia y en ese momento, en la Colombia de veras, está amaneciendo. Este círculo, en astrojerga, se llama terminador. Algún lector atento sabrá calcular la fecha observando la inclinación del terminador con respecto al ecuador. O por lo menos la estación del año, ¡vamos!

Un globo orientado así, con su eje paralelo al eje terrestre, se llama (obvio) globo terráqueo paralelo. Hay uno en la entrada del Planetario de Buenos Aires. Es un excelente instrumento para la enseñanza de la astronomía, como ilustra mi amigo Alejandro Gangui en esta nota de la Revista Latino-Americana de Educação em Astronomía, que recomiendo.

Ese mismo atardecer pude ver, en el mismo sitio, el fascinante vuelo de los estorninos, que comenté (creo) en la nota sobre sincronización hace unos años. Los estorninos forman compactos grupos de vuelo sincronizado al atardecer, antes de posarse. Aunque le sorprenda a más de uno, es un activo campo de investigación de los físicos desde hace un par de décadas.

En el mismo parque hay también una linda rosa de los vientos, con representaciones de edificios característicos de todo el mundo alrededor de los cuatro vientos, y una flecha que señala su dirección. Uno de ellos es el Congreso de la Nación en Buenos Aires, que queda hacia allá... a ver... sí, coincide con la dirección según la Bola. Exactamente del otro lado vemos la Torre Eiffel. Así que las tres ciudades, Buenos Aires, Santander y París, se encuentran sobre un gran círculo de la Tierra. ¡Interesante! Me pregunto cuántos de los muchos argentinos que han visitado el Instituto de Física de Cantabria se habrán dado cuenta. ¡Yo lo descubrí recién en mi cuarta visita!

El Sol iluminaba todavía la entrada de la bahía de Santander mientras regresaban las naves de una regata, así que pongo una fotito más para terminar de recrear el momento...

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La foto de la Bola del Mundo iluminada por el Sol es de Lito, bloguero de playas cántabras hoy ya inactivo.

La nota que recomiendo es: A Gangui, Liberar al Globo Terráqueo, RELEA, accesible aquí.

Barra brava

Pasando directamente sobre las cabezas de los barilochenses cada día del año se encuentra uno de los sitios más interesantes del universo de aquí a cien millones de años luz: el cúmulo de galaxias de Fornax. Es en verano cuando podemos observarlo bien, y ya compartí aquí una imagen de campo ancho, abarcando todo el cúmulo, tomada el verano pasado:

Esta imagen está tomada con un teleobjetivo de 100 mm en la cámara, sin usar el telescopio más que para seguir el movimiento del cielo durante más de una hora de exposición.

Hay una galaxia en este cúmulo que llama la atención aún al más inexperto: es la indicada como NGC 1365. Y llama la atención porque tiene dos preciosos brazos espirales. No es la galaxia más grande del cúmulo: NGC 1316 y NGC 1399 son mayores; pero son elipsoidales, y las galaxias elipsoidales son un poco zonzas para observar y fotografiar con un equipo modesto como el mío. Tampoco es la única espiral del cúmulo, pero las otras son tan chiquitas que cuesta identificarlas. Así que, después de casi 70 minutos de cúmulo, montamos la cámara en el telescopio para fotografiar NGC 1365 en primer plano. Acá está, es preciosa:

Esta foto integra apenas 20 minutos de exposición, porque ya se estaba haciendo tarde y la galaxia estaba cada vez más baja en el cielo. Pero tiene suficiente detalle y gracia para compartirla. Vemos que los dos grandes brazos espirales no salen del centro de la galaxia, sino de los extremos de una "barra" central bastante prominente. Muchas galaxias espirales tienen estas barras, inclusive nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Esta barra, por supuesto, no es un objeto rígido, sino un gigantesco enjambre de estrellas en movimiento. Al igual que los brazos, estas regiones más densas y brillantes son un fenómeno dinámico producido por el movimiento de las estrellas. Una especie de embotellamiento, igual que los embotellamientos en una autopista: una región donde las estrellas pasan más tiempo y están más amontonadas, pero de la cual entran y salen estrellas todo el tiempo.

La barra de NGC 1365, notemos, es de un color más clarito que los brazos, que son azules. Ésto es indicador de que en la barra, y particularmente en el núcleo de la galaxia, hay una población de estrellas más viejas que en los brazos. La mayor parte de las estrellas nacen en los brazos, justamente debido a la compresión del gas y el polvo acumulados allí. Así que en los brazos hay muchas estrellas jóvenes y brillantes, que viven poco tiempo. En los brazos de NGC 1365 vemos varios gránulos más brillantes, que son precisamente las regiones de más intensa formación estelar. Finalmente, una gruesa franja oscura, formada por muchísimo polvo frío interestelar, recorre toda la barra y parece insertarse en el núcleo de la galaxia de manera asimétrica. Se sabe que en el centro hay un agujero negro de dos millones de masas solares (la mitad del de la nuestra), girando casi a la velocidad de la luz. Debe ser un sitio interesante.

Nunca está de más decir que todas las estrellas individuales que vemos en esta foto están en nuestra propia galaxia, muchísimo más cerca que NGC 1365. La estrella brillante en la parte superior de la imagen es una anónima gigante anaranjada (clase espectral KIII), de magnitud 7.7 (invisible a simple vista), a 1360 años luz de nosotros. La galaxia se encuentra 40 mil veces más lejos. Su luz registrada aquí fue emitida cuando la India chocaba con Asia, aparecían las aves modernas, los primeros roedores, conejos, elefantes, ungulados y mucha de la fauna moderna. Me encanta.

Supernova arácnida

Para celebrar Halloween, sigamos con las partículas fantasmales llamadas neutrinos. Son tan etéreas que podrían atravesar un blindaje de plomo de un año luz de espesor sin que se les mueva un pelo. Hace un par de semanas se anunció que el premio Nobel de Física correspondía al descubrimiento de la oscilación del sabor de los neutrinos. El primer laboratorio que observó el fenómeno fue el Super-Kamiokande, en Japón. ¿Cómo blip hacen para detectar neutrinos?

Bueno, como todo fenómeno cuántico, la interacción de un neutrino con otra partícula subatómica es un fenómeno probabilístico. Por más que sea extremadamente improbable, ocurre. Para observarlo sin esperar hasta el Día del Juicio, el físico experimental intentará multiplicar esa probabilidad. Hay dos maneras de hacerlo: aumentando la cantidad de neutrinos, y aumentando la cantidad de átomos del detector. Lo primero es imposible de controlar. Pero por suerte el universo está hasta el cuello de neutrinos. Hay tantos que es difícil de imaginar. Miles de millones nos atraviesan todo el tiempo. Fenómeno, hay suficientes neutrinos.

Por otro lado, el detector sí se puede controlar. El principio de funcionamiento es similar al que usan en el Laboratorio Auger en Mendoza para detectar rayos cósmicos, o el genial Laboratorio ANDES de próxima construcción: un tacho de agua con detectores de luz. Cuando el neutrino (uno de cada quintillón, pero uno al fin) interactúa con un átomo en el agua, produce una lucecita que se puede observar. Conviene meter el tacho un kilómetro bajo tierra para blindarlo de la radiación cósmica. Y, por supuesto, hacerlo grande. Muy grande. ¡Gigante! Super-Kamiokande es así:

¿Qué es eso, un bote? Sí: un bote. El tacho mide 40 metros de diámetro, está lleno de agua ultrapura, y cuando lo vacían para hacerle un service a los tubos fotomultiplicadores de las paredes usan un bote para recorrerlo. ¿Acaso hay aquí una gran oportunidad para una escena de una película de James Bond? ¡Des-per-di-cia-da!

¿Y funciona? ¡Claro que funciona! Con aparatos como éste detectan un par de neutrinos por día. Por día. De golpe, el 23 de febrero de 1987, Kamiokande-II (así se llamaba entonces), detectó 16 neutrinos en menos de quince segundos. Como si fuera poco, otros dos observatorios, en Rusia y en Estados Unidos, detectaron 13 neutrinos más, exactamente simultáneos con los de Japón. ¡Chan!

Mientras los neutrinólogos todavía se rascaban la cabeza pensando qué estaba pasando, un par de horas después la luz de una explosión descomunal llegó a la Tierra. Por primera vez desde el siglo XVII una supernova brillaba en el cielo de la Tierra. La estrella moribunda alcanzó un brillo algo menor que la estrella más tenue de la Cruz del Sur. Yo vivía ya en Bariloche, cursando cuarto año de Física, y tuve la suerte de verla. No era gran cosa en el cielo, nada cinematográfico. Pero era una estrella explotando en otra galaxia, ¡visible a simple vista! La estrella estaba en la Nube Mayor de Magallanes, específicamente en la inmensa región de formación estelar llamada Nebulosa Tarántula, una de las más activas del universo.

El año pasado fotografié la Tarántula. Tenía un hilo de esperanza de poder identificar los restos de la supernova, pero una estrella vecina los enmascara. La Tarántula es así:

Es inmensa. Hay unos 1000 años luz entre el centro de la nebulosa y el lugar de la explosión (marcado SN 1987a). Cientos, miles de estrellas explotarán en esta región en el próximo millón de años. Cada una de ellas se dará vuelta como un guante en la explosión, vertiendo en el medio interestelar el contenido de sus núcleos, rico en elementos pesados, listos para ser reciclados en la formación de nuevas estrellas y planetas. Telescopios mejores que el mío permiten observar el fenómeno desenvolviéndose ante nuestros ojos, año tras año en las décadas que han pasado, por primera vez en la historia. No sabemos cuándo volveremos a observar una supernova tan cercana. Mientras tanto, ésta es la única que hemos visto en la era moderna.

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La foto de la rara nebulosa en forma de anillo de los restos de la supernova SN1987A es de NASA/Hubble/STScI.

Atentos: Halloween se pronuncia jalowín, con acento en la i, no jálowin como suele escucharse en Argentina.

Filatelia nuclear

Cuando explico el problema de fuerzas centrales en el curso de Mecánica Clásica siempre aprovecho para contarles a los chicos un poco sobre Rutherford. ¿Quién? ¿Mike Rutherford, el guitarrista de Genesis? No. Ernest Rutherford. El más grande físico experimental desde Faraday.

Empecemos por el experimento más famoso de colisión de partículas. No: no es el descubrimiento del bosón de Higgs en el LHC en 2012 (la partícula de Dios en la Máquina de Dios, como popularizaron de manera exageradamente marketinera desde Ginebra). El experimento más famoso fue mucho más modesto en hardware, pero sensacional en alcance: fue el descubrimiento del núcleo atómico, realizado cien años antes por Geiger, Marsden y Rutherford.

El experimento fue realizado en Manchester en 1909. Rutherford, neocelandés, venía de Canadá donde había realizado el sueño de los alquimistas: había transmutado un elemento químico en otro. También descubrió (y bautizó) el protón, y por estos trabajos ya había ganado el premio Nobel de Química en 1908. Pero no se durmió en los laureles, y fue la única persona que hizo sus mayores contribuciones después del Nobel. Hans Geiger era un postdoc alemán y Ernest Marsden un estudiante neocelandés. El experimento consistía en bombardear una chapita de oro con partículas alfa y mirar cómo se desviaban. El detector era una pantallita de sulfuro de zinc de 1 mm² que miraban por un microscopio. Cada partícula alfa que llegaba al detector producía un destello, que contaban a mano. Compárese esto con el detector del experimento ATLAS donde se descubrió el bosón de Higgs en el LHC: 46 metros de largo, 25 de ancho, 7000 toneladas y 3000 kilómetros de cables. Era más barata, la Física.

Geiger y Marsden contaban sus partículas alfa. La inmensa mayoría atravesaban el oro lo más panchas, desviándose más o menos. Pero quedaron pasmados al observar que algunas, poquitititas, se reflejaban en lugar de atravesarlo. A pesar de haber sugerido él mismo la observación, Rutherford quedó turulato: dijo que era como si uno tirara cañonazos de 15 pulgadas contra papel higiénico, y que algunos proyectiles rebotaran. Pasó un año entero. Un día Rutherford apareció feliz en el cuarto de Geiger: "Ya sé cómo son los átomos."

A Rutherford le llevó meses completar el cálculo (el que yo hago en clase en media hora, pero porque ya me sé el final), durante los cuales Geiger y Marsden mejoraron el experimento. Lo publicó en 1911. Geiger y Marsden usaron su nuevo aparato para medir el fenómeno con mucha precisión y les dio perfecto lo que predecía el cálculo. No había ninguna duda: los átomos de oro tenían casi toda su masa concentrada en un núcleo cargado positivamente. Habían descubierto la estructura del átomo.

El gran astrónomo Arthur Eddington dijo que era el descubrimiento más sensacional desde que Demócrito, dos mil años antes, había postulado la existencia de los átomos. Es increíble que no les hayan dado el premio Nobel. Yo creo que el Nobel anterior de Rutherford les jugó en contra. Durante 1912 los visitó en Manchester Niels Bohr, quien inspirado por el descubrimiento desarrolló y publicó inmediatamente su modelo atómico "cuantizado" (premio Nobel 1922), que desencadenó la revolución de la Física Cuántica y de toda nuestra actual civilización tecnológica.

Rutherford, curiosamente, no figura como autor de los trabajos de Geiger y Marsden. Era una persona extremadamente generosa. En 1919 se mudó a Cambridge, donde en su laboratorio se obtuvieron varios premios Nobel más, incluyendo el de Chadwick (1935) por el descubrimiento del neutrón en 1932, también una idea de Rutherford que quedó en el anonimato. Y lo mismo con el trabajo de John Cockcroft (Nobel 1951), descubridor de la fisión nuclear en 1932. Alentó también a Patrick Blackett en el desarrollo de la cámara de niebla, que lo llevaría a ganar el premio Nobel en 1948 y a descubrir la antimateria junto con Beppo Occhialini, también en 1932. Su estudiante favorito fue Pyotr Kapitsa (premio Nobel 1978), de quien al principio sospechaba porque venía de Rusia. Le dijo que no toleraría propaganda comunista en su Laboratorio. Kapitsa fundó un club muy exitoso, el Club Kapitsa, con el propósito de romper el hielo entre los estudiantes y los profesores británicos. Él y Rutherford terminaron siendo grandes amigos. Kapitsa le puso de sobrenombre Cocodrilo, un nombre que se hizo famoso (la foto muestra la entrada del laboratorio Cavendish en Cambridge, donde trabajaron). No sé si en NZ hay cocodrilos, pero para el ruso un cocodrilo y un neocelandés eran igualmente exóticos, y tal vez Rutherford le daba un poco de miedo.

Rutherford murió en 1937 a los 66 años de edad, a consecuencia de una hernia abdominal que se demoró en ser operada, porque Rutherford era Lord y no podía ser operado por un cirujano cualquiera de Cambridge. Cuando llegó un Lord Cirujano (¡uuuhhh!) de Londres, ya era tarde. Increíble.

Rutherford solía decir: La ciencia es, o Física, o coleccionar estampillas. Eran tiempos más simples, y menos políticamente correctos.

Kajita feliz y McDonald también

La semana pasada se anunció que los ganadores del Premio Nobel de Física 2015 son Takaaki Kajita, del observatorio Super-Kamiokande en Japón y Arthur McDonald, del observatorio Sudbury en Canadá. Ambos comparten el premio por su descubrimiento de un fenómeno sorprendente y crucial de la física de los neutrinos. Estas fantasmales partículas subatómicas resultan muy intrigantes para mucha gente, y su fenomenología estuvo relacionada con un misterio astronómico inquietante, así que voy a contar algo.

Los neutrinos son fantásticamente elusivos: casi no interactúan con el resto de la materia, y por tal razón son increíblemente difíciles de detectar. Atraviesan, como fantasmas, todo lo que se les pone delante. En este mismo instante miles de millones de neutrinos están atravesando cada centímetro cuadrado de tu cuerpo. No te hacen ni cosquillas, y no podés hacer nada para evitarlo. ¿De dónde vienen?

El Sol produce muchísimos neutrinos. Cada reacción nuclear que convierte 4 hidrógenos en un helio en el centro del Sol produce, de yapa, dos neutrinos. El Sol convierte 700 millones de toneladas de hidrógeno en helio cada segundo. Así que produce una pasmosa cantidad de neutrinos. Hagan la cuenta, a mí me da pereza. Pero son miles de millones por centímetro cuadrado por segundo a la distancia que nos encontramos del Sol.

Cuando se construyeron los primeros detectores de neutrinos en la década del 60 se observaron los neutrinos provenientes del Sol, e inmediatamente apareció un problema. Se sabía, por lo que sabemos de cómo funciona el Sol, cuántos neutrinos debía producir. Y se detectó apenas la tercera parte. ¡Un tercio! ¿Dónde estaba el resto? ¿Qué había fallado? ¿Nuestro entendimiento del Sol, o de la física de las partículas elementales? Es difícil transmitirlo en unas pocas líneas, pero realmente era un problema muy serio, y hasta preocupante.

La falta de neutrinos provenientes del centro del Sol, tomada así nomás sin anestesia, significaba que el Sol se estaba apagando. La luz, la radiación electromagnética, que se origina en el centro del Sol tarda unos cien mil años en llegar a la superficie (y 8 minutos después la vemos acá). Pero los neutrinos, en su fantasmal carrera, salen del Sol en un santiamén. Los neutrinos que vemos son fresquitos, recién producidos. Era imaginable que el horno termonuclear se hubiera apagado, y que la luz siguiera brillando un tiempo más. ¿Qué pasaría? ¿Podría realmente apagarse el Sol? Al dejar de fluir la energía que lo mantiene inflado, ¿acaso colapsaría por su propio peso y explotaría como una nova? ¿Dentro de pocos años? Ninguna perspectiva era muy alentadora para nosotros en la Tierra.

Cuarenta años tardó en llegar la solución al problema de los neutrinos solares. Resulta que los neutrinos vienen en tres clases, que los imaginativos físicos de partículas llaman sabores. Pero estos sabores no son chocolate, vainilla y frutilla. Se llaman neutrinos electrónicos, muónicos y tau (¿tauónicos?). Los neutrinos que produce el Sol son de sabor electrónico. Lo que descubrieron en Super-Kamiokande y en Sudbury fue que, en su viaje desde el Sol, los neutrinos oscilan, es decir cambian de sabor. Cuando los detectamos en la Tierra, los electrónicos son apenas un tercio del total. Pero si se cuentan todos los sabores, la producción de neutrinos solares es perfectamente normal. El Sol no va a explotar, todos contentos, Premio Nobel para Kajita y McDonald.

La resolución del problema no deja de ser curiosa desde un punto de vista epistemológico. Básicamente había dos posibilidades: o había un problema con nuestro entendimiento de cómo funciona el Sol (el modelo solar), o con nuestro entendimiento de cómo funcionan las partículas elementales (el modelo estándar). Cualquiera (yo, por ejemplo) hubiera dicho que lo que estaba mal era el modelo solar. Después de todo, el Sol es una cosa gigante, turbulenta, caótica, un lío de mil fenómenos físicos a una multitud de escalas, desde las reacciones nucleares a escala subatómica hasta los terroríficos estrellamotos y las erupciones de la corona. El modelo estándar, por su parte, era un bello edificio matemático construído lógica y primorosamente en base a experimentos bien controlados. Y, sin embargo, resultó que el modelo solar estaba bien, y que el que hubo que modificar era el modelo estándar. De hecho, la modificación no está completa: hay mucho de la física de los neutrinos que todavía ignoramos. Habrá más premios nobeles neutrínicos en el futuro, eso es seguro.

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En Bariloche tenemos a uno de los expertos mundiales en la física de los neutrinos más allá del Modelo Estándar, Esteban Roulet, en el Grupo de Partículas y Campos del Centro Atómico Bariloche. En un review suyo anterior al descubrimiento de la oscilación se analiza la resolución del problema de los neutrinos solares mediante estas oscilaciones. Los neutrinos que cambian de sabor deben tener masa, a diferencia de los del Modelo Estándar, que son completamente sin masa, como los fotones, y por lo tanto viajan a la velocidad de la luz. Hay una especie de relación de incertidumbre masa/sabor. Pero también podrían no tener masa, la verdad que todavía se barajan distintas alternativas para hacerlos encajar en el "nuevo" Modelo Estándar. Sólo los experimentos o las observaciones astrofísicas podrán ir decantando las posibilidades.

Sednitos en el espacio

New Horizons ya nos ha mandado las primeras imágenes de Plutón y sus satélites. Si todo va bien visitará uno o dos más de los misteriosos mundos del Cinturón de Kuiper-Fernández en las próximas décadas. ¿Y después? New Horizons comenzará la etapa interestelar de su exploración, como ya han hecho las Voyager.

Pero el sistema solar no se acaba ahí. Hay cuerpos en órbita alrededor del Sol mucho más allá del Cinturón K-F. Mundos que hacen que Plutón parezca un planeta interior. El primero en ser descubierto, en 2003, fue Sedna. Actualmente está a 86 unidades astronómicas del Sol, más o menos el triple que Neptuno. Pero su órbita es extremadamente ovalada, mucho más que la de Plutón, de manera que la mayor parte de su año está mucho más lejos, hasta casi 1000 unidades astronómicas. Para sorpresa de los astrónomos resultó que Sedna no estaba solo. En 2012 se descubrió 2012 VP₁₁₃ (todavía no tiene un nombre propio, pero le dicen Biden, por VP: Vice President), con una órbita similar. Y los astrónomos han analizado las órbitas de todos los objetos conocidos y han descubierto un puñado que, sin ser tan extremos, tienen características similares a Sedna y a Biden. Aquí están, estos son, los 13 ¡Sednitoooooos... en el Espaciooooo!

La órbita de Plutón está ahí dentro, pintada de azul, casi ni se ve. Todos estos mundos, los Sednitos, nunca se acercan al Sol más que 30 unidades astronómicas, y sus órbitas son tan estiradas que miden más de 150 unidades astronómicas. ¡De dónde salieron! La órbita de Sedna es tan inusal que actualmente es el objeto menos entendido del sistema solar. Y el hecho de que haya otros 12 (¡y posiblemente muchos más!) con características similares hace que uno sospeche que tienen un origen en común. ¿Cuál puede haber sido?

Oficialmente están clasificados como objetos del disco disperso, es decir, objetos como Plutón y similares, pero que por acción gravitatoria de Neptuno han sido dispersados a órbitas muy estiradas e inclinadas con respecto al plano que ocupan los planetas. Sin embargo los Sednitos nunca pasan suficientemente cerca de Neptuno como para haber sufrido esta dispersión. Es posible que el mecanismo que los puso donde están haya comenzado como una acción de Neptuno, seguida luego por algún otro mecanismo. Pero también podrían ser de otro origen...

La representación que hice en Celestia no permite apreciar lo parecidas que son las órbitas de los Sednitos. Aquí al lado he graficado tres de sus características orbitales. Para cada uno de los 13 he puesto: la excentricidad, que mide cuán ovalada es la órbita (cero es circular, 1 es tan estirada que directamente es una órbita abierta, que no regresa); la inclinación, con respecto al plano de las órbitas de los planetas (de 0 a 90 grados); y la más rara pero más significativa, el argumento del perihelio, que es un ángulo de 0 a 360 grados que dice para dónde apunta el eje largo del óvalo de la órbita. Aunque parece haber dos grupos (los que tienen argumento cerca de 360 y los que tienen argumento cerca de 0) hay que recordar que 0 y 360 son la misma dirección. Así que todas estas órbitas son óvalos muy estirados, apuntando todas para el mismo lado y con la misma inclinación, como si fueran los pétalos de una flor empujados por un tremendo ventarrón.

Un grupo de astrónomos (los que bautizaron a la familia como Sednitos) ha propuesto una idea que parece loca pero plausible: Sedna y los Sednitos podrían venir de otra estrella. ¡Chan! Ya hemos contado que el Sol debe haber nacido en un cúmulo de estrellas. Durante las etapas iniciales de formación estas estrellas estaban bastante juntas y podrían haber pasado muy cerca, cada una con sus proto-sistemas planetarios. Durante estos encuentros cercanos podrían haber intercambiado protoplanetas: algunos del Sol habrían ido p'allá, mientras que algunos de la otra estrella habrán venido p'acá. Es similar a otra promiscuidad astronómica que hemos contado: el intercambio de estrellas en sistemas binarios. Los cálculos muestran que una estrella pasando a algunos cientos de unidades astronómicas del Sol nos dejaría de regalo una familia de planetas con órbitas parecidas, todas inclinadas de la misma manera y apuntando para el mismo lado, tal como los Sednitos.

El telescopio espacial Gaia seguramente descubrirá más Sednitos y, tal vez, incluso a la estrella hermana del Sol. ¿Estarán allí los planetas solares robados? Curiosamente el escenario más probable, según calculan, es que la otra estrella haya tenido una masa inicial de 1.8 masas solares. En tal caso debe haber envejecido más rápido que el Sol. Y ya debe haber perdido la mayor parte de su materia convirtiéndose en una estrella enana de 0.6 masas solares. Tal como hemos contado, cuando esto ocurre los planetas quedan libres y salen escapados de su estrella. Planetitas hermanos de la Tierra, nacidos de la misma nube y transplantados a otro sol, podrían estar errando, oscuros y helados, por el espacio interestelar. ¡Pobrecitos!

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El artículo donde leí sobre este posible origen de los Sednitos es: How Sedna and family were captured in a close encounter with a solar sibling, de Lucie Jílková et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. (accesible gratis en http://arxiv.org/abs/1506.03105).

Nota para despistados: el nombre de la nota remite a un famoso sketch de El Show de los Muppets: Cerditos en el Espacio.

Messier 30

Hace un año fotografié, desde el balcón de casa, el notable cúmulo globular Messier 30, en la constelación de Capricornio. Creo que fueron unas pruebas con un nuevo sistema de guiado, porque no es una imagen de gran calidad. Son apenas 20 minutos de exposición, sin calibración oscura. Recién el mes pasado se me ocurrió procesarlas, y la verdad que está bastante bien. Así brilla Messier 30 junto a 41 Capricorni, una estrella de quinta magnitud, de tipo G como el Sol pero más grande:

¿Por qué notable? Messier 30 es uno de los casos más dramáticos de colapso de núcleo: el destino que sufren algunos cúmulos globulares en los que, por mecanismos no del todo desentrañados, más o menos la mitad de sus estrellas terminan apretadísimas en una región compacta. ¿Cuánto? La mitad de las estrellas de Messier 30, unos 80 mil soles, ocupan un volumen como de acá a Sirio. En nuestra región de la Galaxia en ese volumen hay una, dos, tres, cuatro... cinco. Cinco estrellas. Versus 80 MIL. Muchas de estas estrellas terminan fusionadas unas con otras, lo que las rejuvenece y azula. Se llaman rezagadas azules, y ya hemos hablado de ellas. Por supuesto tiene también algunas gigantes rojas, y varias de ellas se ven en mi foto.

Messier 30 es también inusual por su órbita. Se encuentra a 26 mil años luz de nosotros, como el centro de la Vía Láctea y más o menos en la misma dirección, pero 45 grados hacia el sur del plano del disco de la galaxia. Y gira alrededor del centro de la Vía Láctea de manera opuesta al resto de las estrellas. Por esta razón se sospecha que es en realidad el núcleo desnudo de una galaxia fagocitada por la nuestra, algo que también ya hemos comentado. El hecho de que sea extremadamente antiguo (13 mil millones de años) parece apoyar la misma hipótesis.

El trabajo que argumenta a favor del origen extragaláctico de NGC 7099 es Accreted versus In Situ Milky Way Globular Clusters, de Forbes y Bridges (arxiv.org/abs/1001.4289).

El equinoccio en Saturno

Esta semana pasamos por el equinoccio. Fue el miércoles, 23 de septiembre, a las 5:20 hora argentina. En ese momento el Sol estaba directamente sobre el ecuador. Como el ecuador está inclinado con respecto a la órbita de la Tierra, esto ocurre sólo dos veces cada año, en marzo y en septiembre, marcando el comienzo de la primavera y del otoño.

Todos los planetas tienen equinoccios, por supuesto... ¡inclusive si el ecuador coincide justo justo con el plano de la órbita! Esto ocurre casi exactamente en Mercurio. El eje de Mercurio está inclinado apenas 3 centésimas de grado, así que en Mercurio es permanentemente equinoccio. Un eterno comienzo de la primavera o del otoño, en un mundo donde medio planeta sufre en realidad un tórrido verano mientras la otra mitad se congela de lo lindo.

Hay otros casos extremos. En Urano, por ejemplo, el eje de rotación del planeta está casi acostado sobre su órbita. Le pasa lo contrario que a Mercurio: tiene equinoccios, pero son fugaces. En un punto cualquiera de Urano, medio año es verano y medio año es invierno. Como en el chiste sobre Bariloche, ¡pero de verdad!

Sin dudas el más notable de los equinoccios del sistema solar es el de Saturno. ¿Por qué? ¡Por los anillos! Los anillos están exactamente en el plano ecuatorial del planeta, de manera que en los equinoccios (y sólo en los equinoccios) el Sol los ilumina de costado. Los anillos son tan finitos que durante varios días antes y después del equinoccio exacto están tan oscuros que, vistos desde la Tierra, directamente son invisibles, no se ven ni los anillos ni sus sombras sobre el planeta. Desaparecen. Lo cual confundió a los primeros astrónomos que observaron a Saturno a través de un telescopio en el siglo XVII, desde Galileo en adelante, hasta que Christiaan Huygens se dio cuenta de lo que estaba pasando.

Visto de cerca el equinoccio de Saturno es de una belleza sin igual. Lo vimos una sola vez, en 2009, a través de los ojos del robot Cassini en órbita de Saturno. Y nunca lo volveremos a ver. Al menos no por mucho tiempo. La órbita de Saturno es muy amplia, y los equinoccios ocurren cada 15 años. Cassini, ay, se acerca al final de su vida. Los recientes y finales sobrevuelos de Hiperión y Dione nos lo recuerdan. Lo vamos a extrañar.

Así se ve Saturno durante el equinoccio. Cassini tomó decenas de fotos a lo largo de varias horas, que están aquí primorosamente montadas en una panorámica gigante. El brillo de los anillos está aumentado en un factor 20 con respecto al planeta, porque de otro modo serían invisibles. El fantasmal brillo del lado izquierdo es luz reflejada por el lado diurno del planeta. El lado derecho de los anillos no recibe siquiera esta luz cenicienta de Saturno, y está multiplicado su brillo por un factor 60. La línea de luz que vemos de este lado es luz directa del Sol, apenas capturada por las partes más sobresalientes de los anillos. La imagen es enorme, más de 7000 pixels de ancho, así que recomiendo bajarla para verla en detalle. Reducida al tamaño del monitor de cada uno hará un hermoso fondo de escritorio.

Un trabajo reciente reporta un descubrimiento inesperado realizado durante la observación de este hermoso fenómeno. Durante el equinoccio, los anillos se enfrían porque tienen el Sol eclipsado por ellos mismos. Resulta que la parte media del anillo A (el que está por fuera del que se ve más brillante) se enfrió de manera anómala, y la explicación es que está formado por bodoques de 1 m de hielo de agua casi puro cubiertos por una delgada capa de polvo. El resto de los anillos está formado por hielos y rocas mucho menos densos. No se sabe por qué es así, pero es posible que distintas partes de los anillos tengan historias muy distintas, y que algunas sean muy jóvenes. Durante sus órbitas finales Cassini cruzará directamente los anillos y podrá medir su masa, lo cual permitirá sacar más conclusiones sobre su edad, un misterio que intriga a los astrónomos desde hace siglos.

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La foto de Saturno es de NASA/JPL/Cassini, y la página en el Photojournal es ésta.

El chiste dice que Bariloche tiene apenas dos estaciones: el invierno y ¡la del ferrocarril!

Supereclipse

Súper superluna + Eclipse = Supereclipse

El domingo 27 de septiembre a la noche. No te lo pierdas.  

Lo publico hoy así tienen tiempo de prepararse: el eclipse lunar total de la semana que viene es superespecial.

La órbita de la Luna alrededor de la Tierra no es redonda. Es un óvalo (una elipse) que hace que, una vez por mes, la Luna esté más cerca de la Tierra y se vea más grande. A veces este acercamiento (el perigeo) coincide con la luna llena, y a veces no. La diferencia de tamaño es considerable, si bien todavía no estoy seguro de si es realmente apreciable a ojo. Estas superlunas hoy en día se promocionan en los noticieros y en las redes sociales, así que seguramente todos las conocen. Aquí hay una foto de una superluna y una miniluna (una luna llena durante el máximo alejamiento de la Tierra). No hay Photoshop: ambas fotos están tomadas exactamente con el mismo equipo fotográfico.

La luna llena de esta semana es una superluna... ¡pero además es una súper superluna! ¿Por qué? Resulta que no todos los perigeos son iguales. La órbita de la Luna es más complicada, debido principalmente a la influencia del Sol. Si uno revisa la distancia de la Tierra a la Luna día por día se encuentra con lo siguiente:

Cada oscilación de esta línea hacia arriba y hacia abajo es una vuelta de la Luna alrededor de la Tierra, alejándose hasta el apogeo y regresando al perigeo. Pero, como se puede apreciar, ¡los mínimos no son todos iguales! (Los máximos tampoco, pero menos.) Hay perigeos más cerca y perigeos más lejos, en un ciclo se repite cada pocos meses a medida que la Tierra se mueve alrededor del Sol junto con la Luna. Fíjense: el próximo perigeo (donde está la línea roja) será particularmente cercano. La Luna estará a poco más de 350 mil kilómetros, y se verá ocupando casi 34 segundos de arco en el cielo, bastante más que lo habitual y casi el máximo posible. ¡Será una súper superluna! Para verla desde que salga (19:30 en Bariloche, la hora exacta depende de dónde estés). 

¡Pero no se vayan a dormir, porque falta el eclipse! La súper superluna se meterá totalmente en la sombra de la Tierra antes de la medianoche. El eclipse durará horas, entre la etapa parcial del comienzo, la total, y la etapa parcial del final. Para los que quieran ver aunque sea un poquito, sin congelarse ni aburrirse, lo mejor es ver el momento en que la Luna se oculta por completo. Esto ocurrirá a las 23:11 (hora argentina). Así que entre las 11 menos cuarto hasta las 11 y media es una buena opción. 

No dejen de observar el color rojo de la Luna eclipsada (en la figura, los círculos rojos son la sombra de la Tierra, que por supuesto no vemos directamente en el eclipse). ¿Por qué no desaparece por completo la Luna al meterse totalmente en la sombra de la Tierra? Después de todo, su única fuente de iluminación es la luz del Sol. La tenue luz roja proviene de todos los amaneceres y todos los atardeceres del mundo a la vez, que tiñen con su luz enrojecida el cono de sombra del planeta. Hay una explicación más detallada en una nota del año pasado, acá. 

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El que quiera tomar fotos de la superluna y la miniluna no tiene más que consultar mi Calculadora de Perigeos y Apogeos. El gráfico de la distancia de la Tierra a la Luna está hecho en Wolfram Alpha.

Nunca está de más decir que el eclipse no tiene ningún efecto físico sobre las personas, no hay mareas ni superlunas ni color rojo que valga (está explicado acá). No tiene nada que ver con la sangre, ni con el Apocalipsis ni ocho cuartos.

El cráter de Burney

Hay pocos mundos en el sistema solar cuyas superficies no estén abarrotadas de cráteres: los gigantes de gas por un lado, y por otro el puñado cuyas atmósferas o actividad geológica protegen o renuevan permanentemente sus cortezas. Venus y la Tierra, Io y Europa alrededor de Júpiter, Titán y Encélado en Saturno y, ahora, Plutón. Plutón, por razones todavía no del todo entendidas, parece gozar de una activa geología en los helados confines del sistema solar. En un mundo con pocos cráteres, éste parece ser el más grande, el cráter Burney, rodeado de regiones bautizadas con los nombres de robots exploradores del espacio:

¿Quién es Burney? ¿Algún astrónomo especialista en objetos transneptunianos? ¿Algún viajero del inframundo? Nada de eso. Burney, Venetia Burney, es una niña de 11 años. Bueno, era una niña cuando se vinculó para siempre con el lejano Plutón.

Venetia Burney vivía en Oxford, Inglaterra. La mañana del 14 de marzo de 1930 estaba desayunando con su madre y su abuelo. El abuelo leía 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 le ponen Plutón?"

Durante mucho tiempo circuló la historia de que Venetia había elegido el nombre por el personaje de Disney, el perro Pluto, que también data de 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 2006 en ocasión del lanzamiento de la sonda New Horizons, que recientemente ha visitado Plutón. En la entrevista dice no saber exactamente por qué sugirió ese nombre. Que conocía los mitos griegos, 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 inmediatamente quiso sugerir el nombre a un astrónomo de Oxford, el profesor Herbert Turner. Le dejó una notita, porque ese día Turner estaba en Londres en una reunión de la Royal Astronomical Society, donde todos proponían nombres para el nuevo planeta. A nadie se le ocurrió Plutón, y cuando Turner lo leyó en la nota 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 patrocinado la búsqueda del planeta (sin vivir para verla concluir con éxito). A Turner le gustó, entonces, y mandó un telegrama al observatorio Lowell. Venetia insiste en 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 niña. El abuelo se lo contó. Ella no se había enterado de nada desde su propuesta en la mesa familiar, así que pueden imaginarse la sorpresa y lo contenta que se puso: ¡había bautizado un planeta! Según recuerda, hubo cierto revuelo en los diarios, pero nada de otro mundo. Je, de otro mundo.

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). Le asombraba el avance tecnológico de nuestra civilización desde los días en que era una niña a principios del siglo XX. Falleció en 2009, a los 90 años de edad. Había nacido el 11 de julio de 1918, casi exactamente 97 años antes del sobrevuelo de New Horizons.

Y a propósito de New Horizons, ha comenzado la descarga masiva del 95% de los datos registrados, que todavía estaban a bordo de la nave. Entre ellos todas las imágenes de alta resolución, de las cuales aún no vimos nada. El jueves se publicaron las primeras imágenes, de las cuales elegí una con el cráter Burney visible en el extremo izquierdo. Hay más aquí, todas valen la pena.

La complejidad del terreno es impresionante. Habrá Plutón para entretenerse en los próximos meses. Seguramente podré rehacer este video del sobrevuelo...