sábado, 31 de agosto de 2019

El eclipse de Colón

El 3 de abril de 1502 partió de Sevilla Cristóbal Colón al mando de su cuarta expedición transatlántica. Estaba convencido de que, esta vez sí, lograría navegar más allá del Nuevo Mundo y llegar al Lejano Oriente. Pero atravesó el Caribe y se topó con las costas de América Central, que una vez más frustraron su intención. Una agotadora navegación costera lo llevó hasta Panamá, donde exploró por tierra el territorio donde hoy está el canal (sin llegar al Pacífico). Con los barcos maltrechos decidió regresar, pero a duras penas llegó a naufragar en Jamaica en junio de 1503. Acamparon, se hicieron amigos de los habitantes del lugar y mandaron una expedición en canoa en busca de ayuda a La Española. Pasaron meses y meses, y la ayuda no llegaba. Algunos marineros provocaron un problema con los indios, quienes se enojaron y se negaron a seguir colaborando con alimentos para los náufragos.

¿Qué hacer en una situación desesperada? ¿Guerrear? ¿Rogar? ¿Rezar? ¿Huir? Colón recurrió a la astronomía. Revisando las Efemérides de Regiomontanus se le ocurrió una idea: en tres días habría un eclipse de Luna. ¡Chan!


Colón convocó a los caciques y los engañó: les dijo que el dios de los cristianos estaba enojado porque habían dejado de ayudarlos, y que mandaría una señal en el cielo en forma de una Luna "airada e inflamada". Así lo relata su hijo Hernando en el capítulo 103 de la Historia del Almirante

Cuando llegó el momento máximo del eclipse, Colón salió y les dijo a los indios que había intercedido a favor de ellos ante su dios, prometiendo en su nombre que tratarían bien a los cristianos. Los invitó a observar juntos para ver el resultado de su súplica. Por supuesto la Luna se deseclipsó y los nativos, sin conocer la causa física de los eclipses, se creyeron todo y volvieron a ayudar a los forasteros. Recién en junio de ese año los rescataron.

El eclipse fue el 29 de febrero de 1504. Fue un eclipse total que pudo verse desde buena parte del Viejo y el Nuevo Mundos. En Jamaica la Luna salió eclipsada cerca de las 20:30, y comenzó a salir de la umbra minutos después de las 22 horas. A tiempo para celebrar con una cena tardía, tomarse unas cervezas y cantar reggae hasta la madrugada. 

No fue el primer eclipse que Colón observó en sus viajes. El 14 de noviembre de 1494, durante su segundo viaje y en circunstancias más felices, había ya observado otro eclipse lunar. La medición de los tiempos de comienzo y fin, y su comparación con los predichos para las ciudades europeas, le permitieron verificar la esfericidad de la Tierra y determinar la longitud del lugar donde se encontraba (no era Asia, no). La determinación de la longitud geográfica, y en particular la longitud en altamar, se convirtió en un gran problema en los siglos de descubrimientos, y sólo pudo ser resuelto a fines del siglo XVIII con la invención del cronómetro mecánico de Harrison. 

La predicción de un eclipse para zafar de una situación comprometida ha aparecido tantas veces en la ficción que es casi increíble que haya ocurrido de veras. En la hilarante Un yanqui de Connecticut en la corte del Rey Arturo, de Mark Twain, el protagonista se salva de morir en la hoguera prediciendo un eclipse de Sol, cosa que le permite convertirse en Mago rivalizando con Merlín, quien resulta ser un charlatán. 

En Space Quest, un juego de aventuras de mi época de estudiante, había que controlar en primera persona a un ordenanza de una nave espacial. En cierto momento también se encuentra en una situación de vida o muerte de la que se podía salir tipeando "predict eclipse". También hay un episodio de Las aventuras de Tintín donde pasa algo similar, y seguramente muchos más.  


La foto del eclipse de Luna es mía, tomada durante el eclipse parcial del 16 de julio de 2019 en Bariloche, media órbita lunar después del Gran Eclipse Argentino.

El texto es de Hernando Colón, hijo de Cristóbal y hermano de Diego, quien acompañó a su padre en el cuarto viaje siendo un adolescente. Hernando se convirtió en un gran astrónomo, anticipando que el problema de determinar la longitud requería la fabricación de un reloj muy preciso, que conservara a hora del puerto de partida. 

La ilustración del eclipse es del Catálogo de cinco milenios de eclipses lunares, de los legendarios Fred Espenak y Jan Meeus, accesible en el sitio de eclipses de la NASA.

sábado, 24 de agosto de 2019

El día de la Trífida

Voy a compartir una foto más de las hermosas veladas de la Star Party Valle Grande, para sumar a la del cúmulo Guitarra que mostré hace poco. Ésta es de una región cercana, pero del otro lado de la cola del Escorpión, y casi exactamente en el plano de la Vía Láctea:


Dos grandes nebulosidades dominan esta región de Sagitario. A la derecha (el sur) la Nebulosa de la Laguna, que ha aparecido por aquí más de una vez. La de la izquierda (el norte), de dos colores, es la Nebulosa Trífida, un objeto más difícil y que nunca había fotografiado. Esta lente, la Tamron 18-270, me está gustando más que antes, se ve que nunca le había dado una oportunidad. Hay que poner bien en estación la pequeña SkyTracker, eso sí.

Desde luego, al estar en medio de la Vía Láctea, hay una multitud de objetos interesantes en la imagen. Aquí hay una versión mínimamente anotada.


La estrella más brillante del campo es 4 Sagittarii, una estrella de quinta magnitud, de clase B pero todavía en la secuencia principal. No es una estrella muy lejana, está a menos de 400 años luz y se mueve rápidamente en el cielo. Gira muy rápido sobre sí misma: si pudiéramos verla de cerca notaríamos que es como un zapallito, 15% más abultada en el ecuador que en el eje polar. El ecuador de la Vía Láctea pasa casi exactamente por la Trífida y 4 Sgr (un cachito a la izquierda de ambas).

A la Laguna ya la conocemos: una de las grandes regiones de formación estelar de nuestra galaxia, incluye al cúmulo estelar ya formadito NGC 6530 y a la nebulosa M8, donde muchas más estrellas están naciendo. Está 10 veces más lejos que 4 Sgr. También a unos 4000 años luz está el cumulito M21. Y a más del doble se encuentra el otro cúmulo que señalé, NGC 6544, que a pesar de estar más lejos aparece más grande. Varias nubes oscuras en forma de filamentos cruzan el campo, creando la sensación de que hay otras acumulaciones estelares (por ejemplo, entre ambas nebulosas), mucho mayores, pero ilusorias.

Messier 20, la Nebulosa Trífida, también es una región de hidrógeno donde se están formando estrellas. Como la Laguna, se encuentra a unos 4000 años luz de nosotros, y también como ella está formada por una nebulosidad roja brillante (gas fluorescente), un cúmulo joven que se formó en su interior, y una nube fría y oscura que bloquea parte de su luz, partiéndola más o menos en tres partes y dándole el nombre. Además, a un lado parte de la nebulosidad brilla por reflexión (en lugar de fluorescencia) con el color azul de las estrellas jóvenes. Es uno de los objetos más bonitos y peculiares de esta región del cielo austral.


Cuando veo la Trífida no puedo evitar que me venga a la memoria el comienzo de La Guerra de las Galias, de Julio César, que estudiábamos en Latín: Gallia est omnis divisa in partes tres. Y también la gran novela El día de los trifidos, de John Windham, que inspira el título de la nota.

Las fotos son mías pero las presto.

sábado, 17 de agosto de 2019

Tiene coronita

Durante el eclipse solar total hice múltiples fotos con distintos tiempos de exposición, para lograr captar el gran rango dinámico de la corona solar, esa atmósfera extensa y eléctrica que envuelve a nuestra estrella a un millón de grados, y donde nace el viento solar. Las partes más interiores (que se ven en la foto de aquí al lado), si bien son un millón de veces más tenues que el disco brillante del Sol (y por eso vemos la corona sólo durante el eclipse total), son a su vez miles de veces más brillantes que las exteriores, así que una exposición única no alcanza.

Mi plan era abarcar un factor 1024 de intensidad (10 stops, en jerga fotográfica). Programé la exposición más rápida en 1/500s a ISO100, basado en la calculadora de Xavier Jubier corregida para un eclipse tan bajo. A 10 stops de distancia, manteniendo el ISO, la foto más lenta me daba 2 segundos. Con la cámara fija y una longitud focal de 400 mm, 2 segundos era demasiado tiempo, la foto saldría movida. Pero llevando el ISO a un razonable valor de 800, la misma exposición se obtiene en 1/4 de segundo, perfectamente aceptable.

La foto que compartí en la primera nota era una exposición única, balanceada para mostrar un rango razonable de corona (1/30 a ISO 200, a mitad de camino de la secuencia). Pero la idea de abarcar un gran rango de brillo es tratar de combinar las fotos, balanceándolas de manera de poder representar tanto las partes brillantes como las oscuras, con detalles en todas. El ojo y el cerebro humanos son mucho mejores que la fotografía para apreciar imágenes de este tipo, de manera que para hacer algo similar de manera fotográfica hay que combinar exposiciones individuales. Hacerlo con 10 stops fotográficos es un poco ambicioso (usualmente se hace con 2 o 3 stops para lograr un aspecto "natural"). Después de un par de intentos poco satisfactorios en Photoshop se lo comenté a mi amigo Enzo De Bernardini, de SurAstronómico, quien me ofreció procesar mis fotos en PixInsight, un fantástico software de procesamiento de imágenes especialmente diseñado para la astrofotografía. Yo no lo domino, así que le mandé las fotos a Enzo, quien me devolvió el resultado y yo las terminé de procesar en Photoshop. Atentos:


Puse la imagen en resolución HD para que puedan descargarla y escudriñarla mejor que en esta columna. Es una belleza de corona solar. Tiene dos grandes pétalos, distintos, extendiéndose horizontalmente (en el ecuador del Sol). Cada uno de ellos se aprecia compuesto por varias partes superpuestas (hay que imaginar una estructura tridimensional). Hacia las latitudes altas, tanto al norte como al sur solares, la corona se convierte en manojos de filamentos lineales. En la parte más brillante, junto a la silueta de la Luna, podemos ver el brillo rojo de la cromósfera y sus protuberancias (las más notables están "a las 2", "a las 4" y "a las 7"). La corona, como cualquier atmósfera, es dinámica. Así que el año que viene, en el Gran Eclipse Patagónico, veremos otra estructura. Por último, puede verse la sutil iluminación de la noche lunar, la luz cenicienta que es luz del Sol doblemente reflejada: una vez en la Tierra y una segunda vez en la Luna.

Me gusta también en negativo, que permite ver mejor los detalles de la corona:


Forzando un poco los tonos podemos ver más luz cenicienta. Si nunca habías visto la luna nueva, acá tenés. Éste es el verdadero lado oscuro de la Luna:


Abajo y a la derecha se coló una estrella de magnitud 5.6, de la constelación de Géminis, que es la más brillante del campo como muestra esta carta. Está a 1 grado del borde del Sol, donde la deflexión de su luz por acción de la gravedad solar es de menos de medio segundo de arco. Ninguna otra estrella es visible en mi foto, al menos tal como la hemos procesado aquí. Si quisiéramos fotografiar estrellas más cercanas al disco solar, para verificar la Relatividad General, evidentemente hay que hacer otra cosa. Ya se verá.


En el primer párrafo de esta nota hay algo que parece violar la Segunda Ley de la Termodinámica. A ver quién se da cuenta. (NB: Había un pequeño error de texto en el primer párrafo, ya corregido, que no tiene relación con la pregunta.)

sábado, 10 de agosto de 2019

El polo de Alpha

Una más de Alpha, la película sobre la gente de la Era del Hielo. Recordemos que pintaron un arcoíris como la mona, que hicieron la Cruz del Sur visible desde una posición imposible, y que ignoraron el movimiento de las estrellas. Ahora les presento una metida de pata galáctica:


Fíjense bien porque cuesta verlo: el protagonista está pasando la noche encaramado a un árbol seco (para evitar el ataque de unos lobos) y vemos el tiempo acelerado en un time-lapse de los que últimamente se han vuelto populares. ¿Qué está mal aquí? Todo.

Primero, vemos el cielo girando alrededor del polo celeste. Debe ser el polo norte, porque la película transcurre en Europa. Imagínense mirando al Norte: a la izquierda está el Oeste y a la derecha el Este. Y vemos el cielo girando como las agujas del reloj. Es decir, el distraído fotógrafo de esta película hace girar el cielo de Oeste a Este. Sin palabras. Ya nos hemos encontrado aquí con más de un ejemplo de soles saliendo por el Oeste y poniéndose por el Este. ¿Qué pasa con los cineastas? ¡¡¡Aaaaahhhhh!!!

Segundo, vemos que el cielo no gira alrededor de Polaris, la estrella polar, sino alrededor de algún punto en la parte más gruesa de la Vía Láctea. Bien por un lado, porque como decíamos en la nota sobre Alpha y la Cruz del Sur el eje de la Tierra se ha movido a lo largo de los 20000 años transcurridos. En la época de la película el polo norte celeste no estaba en Polaris. ¡Pero tampoco estaba en el centro de la Vía Láctea! En ningún momento de todos los 26 mil años del ciclo de precesión, el polo pasa por el centro de la Vía Láctea, ni remotamente cerca. Pulgar para abajo.

Y basta de Alpha.


El videíto está tomado de Alpha, de Studio 8, Columbia Pictures y otros. Debería darles vergüenza. 

sábado, 3 de agosto de 2019

La Tabla Periódica

La UNESCO ha declarado el 2019 Año Internacional de la Tabla Periódica de los Elementos, celebrando los 150 años de la tabla de Mendeleyev. Tengo todavía mi primera tabla, que debo haber comprado cuando tenía 13 años y que me produjo enorme fascinación:


Recientemente, preparando una charla para el ciclo de actividades que organizó el Centro Atómico Bariloche en celebración del aniversario, me sorprendió el tiempo transcurrido entre los eventos cruciales que involucran a la Tabla Periódica:

1814: Fraunhofer inventa el espectroscopio y observa líneas oscuras en el espectro del Sol y otras estrellas.
1835: Compte declara que jamás conoceremos la composición de las estrellas.
1860: Kirchoff y Bunsen descubren las leyes básicas de la espectroscopía, en particular que el espectro observado depende de la composición química de la fuente de luz. IYF, @AugusteCompteOK.
1869: Mendeleyev publica su tabla, mostrando que al ordenar los elementos químicos según peso atómico creciente sus propiedades químicas resultan periódicas.
1912: Rutherford, Geiger y Marsden descubren la estructura de los átomos (2000 años después de Demócrito).
1913: Bohr, que los visitó durante unos meses, propone por primera vez un modelo físico exitoso de los átomos (con los electrones en órbitas cuantizadas) y logra explicar el espectro del hidrógeno.
1926 en adelante: La "nueva" mecánica cuántica de Schroedinger, Heisenberg, Pauli y otros permite hacer modelos de los átomos mejores que los de Bohr: las órbitas no existen, los electrones ocupan unas nubes llamadas orbitales, se pueden calcular todos los espectros y explicar la estructura de la Tabla de Mendeleyev. ¡Éxito total, tras más de 100 años de esfuerzo y desarrollo teórico y experimental!

Los orbitales electrónicos son uno de esos detalles que desmienten la creencia muy difundida de que la física cuántica explica apenas el comportamiento del mundo microscópico. Es cierto: los átomos y los electrones son muy chiquitos. Pero la mecánica cuántica (así le decimos los físicos) explica el brillo del macroscópico tostador cuando lo prendemos cada mañana para el desayuno. Y los orbitales electrónicos explican las propiedades químicas de los elementos, las que le dan la periodicidad a la Tabla. La valencia, por ejemplo. Explica por qué el oxígeno tiene valencia -2 y el hidrógeno 1, de manera que el agua es H2O. Y el azufre, ocho lugares después del oxígeno, de nuevo -2.


Estos son los orbitales electrónicos de un átomo. Tienen distinta energía (filas) y momento angular (columnas). Son nubecitas de probabilidad, muy distintos de las órbitas "planetarias" de Bohr. Los electrones se ubican en ellos siguiendo una regla crucial*, el principio de exclusión de Pauli: no puede haber dos electrones en el mismo estado.

* Que evita que se amontonen toditos en la mínima energía, n = 1, l = 0, m = 0, el casillero de arriba a la izquierda en la figura.

Como los electrones tienen además dos valores posibles de spin (una propiedad que no tiene parangón en el mundo clásico), en cada orbital puede haber a lo sumo dos electrones, uno con cada spin. Agregando electrones se van completando orbitales, que forman capas anidadas alrededor de los núcleos. Sólo los electrones que queden en la capa más externa participan en las reacciones químicas, al ser compartidos por más de un átomo (hay toda una familia de orbitales electrónicos moleculares, equivalentes  a los atómicos). Como se ve en la figura, hay orbitales muy parecidos. Por ejemplo, si la capa externa es la de l = 0, m = 0 (la primera columna), el orbital es redondito. Todos los átomos que tengan su capa externa con 1 electrón en este orbital tendrán propiedades químicas parecidas. Los que tengan dos en este orbital serán parecidos entre ellos. Y así por el estilo.

Así que un detalle cuántico aparentemente trivial, el principio de Pauli, hace que el carbono tenga cuatro electrones disponibles para formar los grandes polímeros que permiten nuestra existencia: nuestras proteínas, grasas, hidratos de carbono y ácidos nucleicos; y también los plásticos, los combustibles, las bebidas...

Así que... a la Tabla Periódica y la mecánica cuántica, ¡salud!


El principio de exclusión vale para todas las partículas de materia, no sólo los electrones, y es lo que permite también la existencia de las estrellas enanas blancas y las estrellas de neutrones. Las partículas de radiación (como los fotones) no lo obedecen, y es lo que permite el funcionamiento del láser que usamos para tocar DVDs, señalar el cielo o molestar al arquero.

La razón del principio de Pauli escapa a las pretensiones de este blog, pero para los curiosos diré que tiene que ver con ciertas simetrías de la función de onda. Las simetrías son lo más, en la física.

La ilustración de los orbitales atómicos es de la Wikipedia.