sábado, 28 de julio de 2018

Las doradas manzanas del sol

The captain stared from the huge dark-lensed port,
and there indeed was the sun, and to go to that sun
and touch it and steal part of it forever away
was his quiet and single idea.
Ray Bradbury, The golden apples of the sun

Dentro de pocos días, en lo más álgido de la ola de calor que abrasa el verano septentrional, se lanzará la Sonda Solar Parker. No va a "tocar el sol y robarle una parte", como pretende el capitán del Copa de Oro en el relato de Bradbury. Tampoco llevará a bordo "dos mil limonadas y un millar de cervezas para el viaje". No es necesario: no viaja nadie a bordo, y los robots (salvo Bender) no beben.

El viaje en sí mismo no será sencillo. Bradbury lo dice poéticamente: "Falling, thought the captain, like a snowflake into the lap of June, warm July, and the sweltering dog-mad days of August." Pero no es fácil caer al Sol. ¡Es casi tan difícil como escapar del sistema solar! La razón es que, en la Tierra, nos movemos con una enorme velocidad orbital, justamente para no caer. Parker deberá perder casi toda esa velocidad para aproximarse al Sol. Para lograrlo usará no sólo un par de cohetes muy poderosos, sino además el mismo truco de "honda gravitacional" en práctica desde las Voyager, pero al revés: para "bajar" en vez de "subir". Siete encuentros cercanos con Venus, a lo largo de siete años, irán modificando su órbita permitiéndole acercarse cada vez más al Sol en el punto más cercano de una órbita muy ovalada. Habrá 24 de estos pasos cercanos al Sol, logrando a partir de 2024 varias pasadas a apenas 6 millones de kilómetros, el 4% de nuestra distancia a la estrella.


"The Cup dipped into the sun. It scooped up a bit of the flesh of God, the blood of the universe, the blazing thought, the blinding philosophy that set out and mothered a galaxy, that idled and swept planets in their fields and summoned or laid to rest lives and livelihoods."

La NASA es mucho menos poética. Parker no lleva una Copa para tomar una muestra. Si bien sobrevolará el Sol a poco menos que 9 radios solares, no tocará el globo incandescente, su superficie brillante. Volará en cambio, una y otra vez, dentro de la corona interior del Sol, esa atmósfera tenue que sólo vemos durante los eclipses totales, y que veremos desde la Argentina dentro de un año (el 2 de julio de 2019), y después nuevamente el 14 de diciembre de 2020.


"In this ship were combined the coolly delicate and the coldly practical. Through corridors of ice and milk-frost, ammoniated winter and storming snowflakes blew."

Parker no está refrigerada como el Copa de Oro de Bradbury, pero combina eficazmente "lo frescamente delicado con lo fríamente práctico". Lleva un parasol de 11 cm de grueso, de un compuesto de carbono, que mantendrá siempre apuntando hacia el Sol. Eso es todo. Bueno, eso y una electrónica reforzada para el ambiente radiactivo en el que vivirá 7 años. ¿Su fuente de energía? Solar, por supuesto. Pero durante los perihelios deberá retractar los grandes paneles fotovoltaicos para no freírlos y asomar apenas unas orejitas, que serán suficientes.

La Tierra toda vive dentro de la atmósfera del Sol, de manera que es importantísimo entender cómo funciona. La sonda lleva una cantidad de instrumentos para analizar la corona solar como nunca antes: instrumentos para medir campos electromagnéticos, temperatura y partículas del viento solar. Lleva incluso dos telescopios, aunque no logro imaginarme lo que podrán fotografiar. Los datos se obtendrán durante la parte de la órbita cercana al Sol, y se transmitirán a la Tierra durante la parte lejana. Además de los instrumentos la sonda lleva también una placa conmemorativa de Eugene Parker (la primera persona viva en tener su nombre en una misión de la NASA) y una tarjeta de memoria con los pdf's de los papers de Parker sobre el viento solar y los nombres de todos los que nos anotamos para mandar nuestro nombre ¡al Sol!



Las imágenes son de NASA/Parker Solar Probe. Salvo la foto del eclipse, que es de Damian Peach.

Si querés saber cómo funciona la honda gravitacional (no ONDA, honda), revisá mi Mecánica Clásica, sección 3.7.

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sábado, 21 de julio de 2018

Eclipses al atardecer

¡Atentos, que viene un lindo eclipse! Será al caer la noche del viernes que viene, 27 de julio. Aprovechen que aviso con tiempo y hagan planes ¡porque no es fácil de observar! Es un eclipse total de Luna, pero como muestra el mapa no todos podremos verlo en su totalidad. Desde Bariloche la fase total termina antes de la salida de la Luna, que aparecerá en el horizonte todavía parcialmente eclipsada. Desde sitios más al Este, como Buenos Aires, se podrá disfrutar la totalidad. (Uno de los mejores sitios para buscar esta información hoy en día es timeanddate.com.)


Estos eclipses bajitos sobre el horizonte son preciosos de observar y fotografiar, así que vale la pena dar detalles precisos para que puedan planificarlo. Insisto: no es fácil, el eclipse termina pocos minutos después de la salida de la Luna. La imagen muestra el eclipse visto desde Bariloche, con la Luna apenas a un grado de altura, al sudeste, a las 18:55 (los círculos rojos son la sombra de la Tierra).

Bariloche, Argentina
Eclipse lunar parcial (el eclipse total termina con la Luna debajo del horizonte)
Salida de la Luna: 18:45 a 115° (SE)
Eclipse parcial finaliza: 19:19Eclipse penumbral finaliza: 20:29

Buenos Aires, Argentina
Eclipse lunar total (la Luna sale eclipsada, ¡puede ser difícil de ver!)
Salida de la Luna (¡ECLIPSADA!): 18:07 a 113° (SE)
Eclipse total finaliza: 18:13
Eclipse parcial finaliza: 19:19
Eclipse penumbral finaliza: 20:29

Este eclipse tiene un bonus: coincide con la oposición de Marte, que estará un poquito por arriba y a la derecha de la Luna. Los que observen por telescopio aprovechen, ya que Marte es casi siempre muy chiquito y la oposición de este año es particularmente favorable. El planeta estará brillando a magnitud -2.8 (seguramente ya lo vieron excepcionalmente brillante durante todo julio). Con 24 segundos de arco de diámetro lo veremos casi tan grande como Júpiter, lo cual es inusual. Vale la pena aprovechar para tratar de identificar algunos de sus accidentes geográficos (es primavera en el hemisferio sur, pero el manchón blanco del casquete polar sur debería ser visible si pasa la tormenta de polvo):


Como el día de Marte dura 40 minutos más que el de la Tierra, si observamos cada día a la misma hora lo vemos rotando lentamente. Así que si empiezan hoy 21 de julio el aspecto será éste, con la región de Tharsis y los 4 grandes volcanes más de frente y el Valle del Mariner en el lado opuesto al del día del eclipse:


Pero lo mejor, por supu, será el eclipse, como en esta ocasión en agosto de 2008...



Las cartas están hechas con Cartes du Ciel, las vistas de Marte con Celestia, y el mapa de visibilidad del eclipse con timeanddate.com. La foto es mía, del eclipse del 16 de agosto de 2008, muy parecido al de esta semana.

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sábado, 14 de julio de 2018

Alrededor de las Pléyades

Get the Celestia catalog of the Pleiades based on Gaia DR2 from here. Get an English version of this note here.

Entonces, ¿a qué distancia están las Pléyades? Contábamos la semana pasada que el catálogo Gaia DR2, un tesoro de miles de millones de mediciones de altísima precisión publicado en abril de este año, promete zanjar la controversia: ¿están a 450 años luz, y el catálogo Hipparcos la pifió, o están a 380 años luz como midió Hipparcos, y no entendemos nada de la física de las estrellas? ¿Eh?

Como anticipé, el catálogo preliminar Gaia DR1 (de 2016) estima una distancia de 436 años luz, basado en paralajes de 164 estrellas del cúmulo. Con DR2 ya publicado hace meses y sin novedad en el frente, decidí calcularlo yo mismo. El catálogo de Gaia es público, así que descargué todas las estrellas (se dice "fuentes", porque no todas son estrellas) centradas en la posición de las Pléyades. Esto es un cono con el vértice en la Tierra y extendiéndose indefinidamente: casi 700 mil estrellas. En algún lugar de ese cono están las Pléyades, pero también muchas estrellas delante y muchísimas detrás. Estrellas "del campo", que les dicen. ¿Cómo separarlas?

Es muy sencillo, un cúmulo estelar se mueve por la galaxia como un rebaño. Todas sus estrellas tienen el mismo movimiento propio en el cielo, también medido por Gaia. Según el paper DR1 se puede pescar a las Pléyades revisando las que tienen movimiento propio cercano a 50 milisegundos de arco por año, hacia el sudeste. Esto me dejó 1876 estrellas. Hice un histograma con sus paralajes para ver si había que filtrar un poco más. El pico de la derecha está en 7 y medio, que son 1000/7 = 140 parsecs (unos 400 años luz), así que son las Pléyades. Se ve que hay algunas estrellas "coladas": estrellas mucho más lejanas (paralajes más chiquitas) que casualmente tienen un movimiento parecido a las Pléyades. Para quedarme sólo con las del cúmulo seleccioné las que tienen paralajes entre 5 y 9.5:


Son 1494 estrellas, 10 veces más que las que usaron con DR1. El valor medio de sus paralajes es 7.34 mas (milisegundos de arco) y la desviación estándar es 0.45 mas (curva gaussiana roja). A mi juicio, sería incorrecto considerar esta desviación como error de la medición; se trata más bien de una caracterización estadística de la distribución de las estrellas del cúmulo alrededor de su centro. Para tener una estimación del error usé los errores de las mediciones individuales. En definitiva, y convertido a distancia, tenemos:

Distancia a las Pléyades: 444 ± 16 años luz

Ahí tenés. Las Pléyades están donde deben estar y toda la física estelar está bien. Vale la pena señalar que una paralaje de 7.34 milisegundos de arco es como distinguir un pelo a 3 kilómetros de distancia.

Con las posiciones determinadas con tanta precisión, es irresistible graficar el cúmulo en 3D. Aquí está. Cada estrella es una bolita de acuerdo a su magnitud. Puse en rojo y un poco infladas las estrellas más brillantes, que son las que vemos a simple vista en el famoso cúmulo. Se puede ver que el enjambre es más bien esférico, y que las estrellas brillantes están alineadas formando una columna que apunta hacia nosotros (hacia abajo en el gráfico) y que se encuentra en su mayor parte más cerca que el promedio de las estrellas menos brillantes.

Ya que estamos, no nos cuesta nada convertir los datos al formato de Celestia. Así tenemos una visualización realista de las Pléyades de costado, como nunca las veremos:


Y para terminar, un videíto volando alrededor de las Pléyades



Notas y detalles

Los datos fueron descargados del archivo Gaia: http://gea.esac.esa.int/archive, usando todas las fuentes en un círculo de 5° centrado en RA = 56.75°, DEC = 24.12°. Esto produjo 699860 fuentes.

Luego se aplicó el criterio de dispersión del movimiento propio: √((pmra-20.5)2+(pmdec+45.5)2) < 6 mas/a, encontrándose 1876 estrellas. Este criterio es probablemente muy estricto, porque tuve que agregar a mano a Merope, para la cual da 6.76 mas/a. Así que hay seguramente más miembros del cúmulo que los encontrados. Pero es el criterio usado en el paper de DR1, así que lo usé tal cual. Finalmente se seleccionaron las 1594 fuentes con paralaje entre 5 y 9.5.

El error está calculado como el valor medio cuadrático √(∑parallax_error2)/√N. Este cálculo supone que los errores de las mediciones individuales son independientes, lo cual no es el caso para mediciones de Gaia tan cercanas entre sí. El paper DR1 recomienda sumar 0.3 mas como error sistemático, pero para una estimación inicial no lo hice. El error en distancia corresponde a la propagación del error relativo al convertir paralaje en distancia.

Un cálculo más sofisticado requeriría tener en cuenta el error sistemático, pero el paper de Luri et al. dice que "Unfortunately, there is no simple recipe to account for the systematic errors". Para el caso específico de cúmulos estelares, el trabajo de Bailer-Jones sugiere usar un modelo de la distribución de las estrellas en el cúmulo para inferir la distancia a su centro. Por otro lado, Luri et al. recomienda hacer un análisis bayesiano de los errores, incluso teniendo en cuenta la magnitud y el color. Espero ansioso a ver qué resultado encuentran los expertos en los próximos meses.

En el gráfico 3D usé, para el tamaño de las esferitas, el logaritmo decimal del flujo (me quedaba más lindo que con la magnitud); y hay un factor 2 en el tamaño de las estrellas con magnitud menor que 6. El vuelo alrededor de las Pléyades está hecho con Celestia (el que quiera el catálogo no tiene más que pedirlo).

Referencias 

X. Luri et al., Gaia Data Release 2: Using Gaia parallaxes, Astronomy & Astrophysics (aceptado, 2018) (doi:10.1051/0004-6361/201832964).

C. Bailer-Jones, Inference of cluster distance and geometry from astrometry, ESA (2017) (https://www.cosmos.esa.int/documents/1371789/0/cluster_inference.pdf).

Gaia Collaboration et al., Gaia Data Release 1 - Summary of the astrometric, photometric, and survey properties, Astronomy & Astrophysics 595(A2):1-23 (2016).

This work has made use of data from the European Space Agency (ESA) mission Gaia (https://www.cosmos.esa.int/gaia), processed by the Gaia Data Processing and Analysis Consortium (DPAC, https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/dpac/consortium). Funding for the DPAC has been provided by national institutions, in particular the institutions participating in the Gaia Multilateral Agreement.

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sábado, 7 de julio de 2018

La distancia a las Pléyades

El largo camino que me llevó a la publicación de Viaje a las Estrellas comenzó en 1999 cuando llegó a mis manos este ejemplar de Sky&Telescope, cuya nota de tapa se pregunta acerca de la distancia a las estrellas y anticipa sorpresas en las mediciones realizadas por el satélite Hipparcos. Detrás de los títulos vemos el cúmulo estelar más famoso de todos, las Pléyades.

¿Qué sorpresas podía haber? Hipparcos, un telescopio espacial de la Agencia Espacial Europea, había medido con precisión sin precedentes las posiciones de algo más de 100 mil estrellas. Observando durante años el pequeñísimo cambio aparente de sus posiciones a medida que la Tierra se mueve en su órbita, Hipparcos había determinado sus distancias por el método geométrico de la paralaje, cuya historia conté en Viaje a las Estrellas. En 1997 se publicaron los resultados, tras cuidadosísimos análisis. ¿Qué sorpresas podía haber en 1999?

Había un misterio en las Pléyades. Hipparcos había encontrado una distancia de 115 pc (pársecs), bastante más cercano que los 130 pc de cálculos previos, basados en su brillo y consideraciones de la física estelar:


Era un problema embarazoso por dos razones. En primer lugar, porque las Pléyades son un cúmulo estelar cercano, y como tal cumplen un rol importante en la calibración de la escala de distancias cósmicas. Ésta procede, escalón por escalón, desde el Sol a las estrellas vecinas, luego a las cercanas, y así siguiendo y cambiando de métodos de medición hasta los confines del universo. Mucha astronomía, desde la física de las estrellas hasta de la dinámica misma del universo, depende de la buena calibración de esta escalera de distancias.

Por otro lado, un resultado dudoso ponía en tela de juicio todo el catálogo de Hipparcos. ¿Habría algún error instrumental o sistemático que se les hubiera pasado por alto? ¿El problema estaba sólo en las Pléyades, o en otras mediciones también? ¿O estaban realmente las Pléyades más cerca que lo que se creía y la física de las estrellas estaba mal? ¡Aaaaahhhhh!

Llevó muchos años zanjar la cuestión, y no estoy seguro de si los astrónomos realmente saben lo que pasó. Aparentemente se trata de un problema de calibración del instrumento, debido a la intrincada manera en que el telescopio observaba las estrellas. En lugar de apuntar a un lugar fijo del cielo (como hace cualquier otro telescopio), Hipparcos giraba permanentemente sobre sí mismo, una estrategia habitual para mantener el satélite bien estable. El telescopio miraba "de costado", registrando las estrellas como trazas circulares. Estrellas cercanas, como las de un cúmulo, daban trazas muy apretadas, de manera que a pesar de ser estrellas independientes sus mediciones estaban muy correlacionadas. Esto requería una calibración diferente a distintas escalas, y resultaba en un error inesperado para los importantes y apretados cúmulos estelares.

Mediciones adicionales realizadas con otros instrumentos y métodos vinieron a confirmar esta sospecha. Las Pléyades estaban donde todo el mundo creía, no donde Hipparcos decía. En 2005 una medición de 3 estrellas de las Pléyades hecha con el Telescopio Espacial Hubble dio 133.5 pc. En 2014 una medición extremadamente exacta y precisa usando radiotelescopios de todo el planeta como si fueran uno solo (VLBI) permitió una medición de 136.2 pc. En la figura se muestra una colección de mediciones, y se ve que las de Hipparcos parecen anormalmente bajas, si bien sucesivos reexámenes de los datos corrigieron en alguna medida los errores sistemáticos iniciales.

En abril de este año se publicaron los resultados del satélite Gaia, el sucesor de Hipparcos. Mucho más ambicioso en cantidad de mediciones y precisión, y supuestamente habiendo mejorado los problemas sistemáticos de medición, ¿qué valor daría para la distancia al famoso cúmulo? En 2016 uno de los artículos del preliminar Gaia Data Release 1 precisamente mostraba a las Pléyades como ejemplo, dando una distancia de 134 pc. ¿Qué habría dado el impresionante Data Release 2? Pasaron unos meses y no encontré por ningún lado el cálculo. Así que, como los datos de Gaia están disponibles libremente en la web, lo hice yo mismo, qué embromar. Pero esta nota ya es demasiado larga, así que lo contaré la semana que viene.


Referencias

David R. Soderblom  et al., Confirmation of errors in Hipparcos parallaxes from Hubble Space Telescope fine guidance sensor astrometry of the Pleiades, The Astronomical Journal, 129:1616-1624 (2005).

Carl Melis et al., A VLBI resolution of the Pleiades distance controversy, Science 345:1029-1032 (2014).

Gaia Collaboration et al., Gaia Data Release 1 - Summary of the astrometric, photometric, and survey properties, Astronomy & Astrophysics 595(A2):1-23 (2016). Section 5.5. Comment on the Pleiades cluster mean parallax.

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