24/02/2024

Vida en la Tierra

La semana pasada comentamos el incierto destino de Voyager 1, perdida en el espacio. Hoy nos ocupamos de un robot que, desde su nacimento, estuvo condenado a acabar sus días sacrificándose para no contaminar los mundos que exploró. En su intrincado viaje a Júpiter, Galileo hizo dos sobrevuelos de la Tierra, que se usaron para probar los instrumentos. Esta es una de las imágenes tomadas en diciembre de 1990, un día despejado de verano en la Patagonia:

La Tierra vista desde afuera, como un planeta, flotando en la oscuridad del espacio, y exhibiendo su variedad de aspectos: mares, continentes, hielo, aire, nubes, desiertos, vegetación... Nunca veremos así un planeta alrededor de otra estrella. Nunca en lo inmediato, hasta que proyectos como Breakthrough Starshot se lleven a cabo en siglos por venir. Mientras tanto, a lo sumo podremos observar algún planeta no muy lejano como un único píxel. ¿Qué podríamos saber de la Tierra si la viéramos como un solo píxel?

Sorprendentemente, podríamos saber mucho. Siempre lo menciono hacia el final de mis charlas sobre exoplanetas, así que disfruté al encontrar un paper reciente que lo simula usando miles de imágenes en varias longitudes de onda, tomadas por Galileo durante sus sobrevuelos en 1990 y 1992. A pesar de que son imágenes de alta resolución, los tipos deciden reducir su calidad intencionalmente, integrando todo el disco observado de la Tierra en un único píxel, como si estuvieran observado un planeta lejano con la peor resolución posible. 

Las imágenes están tomadas a través de 7 filtros (violeta, verde, rojo, y cuatro infrarrojos) que son capaces de proveer una especie de espectro de baja resolución, mostrando la intensidad relativa de los distintos colores. Así, cuando el océano Pacífico domina la imagen, la composición de colores favorecerá el violeta. Cuando haya desiertos o vegetación, el color viraría al rojo e infrarrojo. El sobrevuelo de 1990 duró más de un día, de manera que las imágenes de Galileo muestran el planeta rotando, y el degradado píxel cambiando de color de manera correspondiente. Una de las imágenes que muestran es un gráfico color-color usando la relación rojo/violeta versus infrarrojo/violeta, que  muestra que la Tierra tiene mares y continentes:

¡Sería fantástico poder ver algo así en un exoplaneta! Y seguramente se podrá hacer en los próximos años.

Aunque el sistema estaba diseñado para observar Júpiter, los autores lograron identificar la presencia de vapor de agua y de oxígeno molecular, dos gases delatores de que el planeta está vivo. Observar algo así en un exoplaneta sería más que fantastico, sería un golazo, como sueña Randall Munroe en una de sus viñetas de hace años, usando una canción de Faith Hill:



El paper es Strauss et al., Exoplanet analog observations of Earth from Galileo disk-integrated photometry,  AJ 167:87 (2024) (acceso libre).

La foto de la Tierra tomada por Galileo es de NASA/JPL. La de la Tierra reducida a pixels es de NASA, y muestra una imagen tomada con la cámara EPIC del satélite DSCOVR.

La última imagen es de Randall Munroe, de su blog xkcd, uno de mis comics favoritos de la web.

17/02/2024

El problema de Voyager 1

En la oscuridad del espacio interestelar, donde el Sol brilla apenas un poco más que las estrellas más brillantes, un robot de la Tierra está en problemas. Voyager 1, que empezó su viaje cuando yo era un niño, hace casi 50 años, tiene un problema informático. Pero Voyager 1 está viva, y los ingenieros se están comunicando con ella. ¿Qué oscuro código están transmitiendo, escrito en una lengua informática casi muerta, que sólo habla uno, tal vez dos, demiurgos del JPL?

La NASA lo anunció a medidos de diciembre: la computadora de V'ger no podía comunicarse adecuadamente con uno de sus subsistemas, encargado de preparar las mediciones de los instrumentos para enviarlos a la Tierra. Como consecuencia de esto, no se están recibiendo datos científicos.

En la Deep Space Network (¡qué nombre!) podemos ver que una de las antenas de Canberra, Australia, está en comunicación con la nave, transmitiendo con una potencia de 99 kilowatts, suficiente para alimentar cien planchas, o dos mil computadoras:

La velocidad de transmisión es increíblemente lenta, dada la inmensa distancia a la que se encuentra:

¡24 mil millones de kilómetros! ¡163 unidades astronómicas! A esa distancia, la transmisión tarda casi un día en llegar. Y un día en volver. ¡Hasta la luz se hace leeeeenta! Llevará tiempo saber si logran reparar el problema, pero estaremos atentos para compartir las novedades. Las Voyager son el primer paso de la humanidad hacia las estrellas, y todavía tienen cuerda para un buen rato. 

Es una buena ocasión para poner Dark Side of the Moon, de Pink Floyd, mirar en la dirección de Ofiuco en la madrugada (donde está Voyager 1) y recordar que el viaje de las Voyager fue extraordinario. Nos reveló un sistema solar al que nos hemos acostumbrado pero que, hasta hace tan poco, era casi desconocido. Desde el confín del reino de los planetas Voyager 1 tomó, el 14 de febrero de 1990, el famoso "retrato de familia", en el que la Tierra aparece como un "punto azul pálido" flotando en un rayo de sol, que inspiró a Carl Sagan algunas de sus mejores líneas. Eclipse, el último tema del disco de 1973, parece hablar premonitoriamente sobre lo que encierra ese punto azul pálido:

All that you touch
And all that you see
All that you taste
All you feel

And all that you love
And all that you hate
All you distrust
All you save

And all that you give
And all that you deal
And all that you buy,
Beg, borrow or steal

And all you create
And all you destroy
And all that you do
And all that you say

And all that you eat
And everyone you meet
And all that you slight
And everyone you fight

And all that is now
And all that is gone
And everything under the sun is in tune
But the sun is eclipsed by the moon
 

10/02/2024

El brillo del aire

Estoy verde, no me dejan salir.
Charly García

Siempre buscando buenos sitios para hacer fotos del cielo, hace poco fui con amigos a Los Juncos, un sitio muy cerca de Bariloche y al que se llega ya casi por pavimento (quedan dos tramos de ripio, pero la obra de la RN 23 comenzó hace tan sólo 37 años, qué querés). Es un sitio muy lindo, con una pequeña estación ferroviaria y un típico paisaje de la estepa patagónica.

Hice un montón de fotos con una lente nueva, que salieron muy lindas, pero que compartiré otro día. Al final de la noche hice fotos de gran ángulo con el paisaje, y me llevé una sorpresa al revisarlas. Primero la que me interesaba, de la Vía Láctea austral (la clásica foto del Pingüino) con el tanque de agua de la estación en primer plano:

Ya en la pantallita de la cámara noté algo raro: un tono verde en partes del cielo. Pero como también la cámara es nueva, nunca se sabe. Entonces hice una foto hacia el sur, con las Nubes de Magallanes, que me convenció de que lo que estaba viendo no era un artificio electrónico:

No hay dudas de que hay bandas de luz verde en el cielo. El Sol estaba a más de 25 grados por debajo del horizonte, así que no podían ser nubes noctilucentes. Y si bien se ve hacia el sudoeste el resplandor de Bariloche (a unos 20 km en línea recta), el verde es otra cosa. Es airglow, y nunca lo había visto más que en fotos de otros.

El airglow es brillo del aire, una más de las razones por las cuales el cielo nocturno no es del todo negro. La radiación ultravioleta del Sol excita algunos átomos de la alta atmósfera (justo debajo de los 100 km de altura, en la mesósfera), que luego regresan a su estado de reposo emitiendo un fotón. Un fenómeno similar a la fluorescencia, que hemos comentado en más de una ocasión. El verde se debe a la emisión de un fotón de 557.7 nanómetros que producen los átomos de oxígeno:

Es exactamente el mismo fotón, y por lo tanto el mismo color, que se observa en las auroras polares, si bien el mecanismo es distinto (en las auroras, la excitación del oxígeno es producida por partículas subatómicas del viento solar). Como se muestra en el espectro, hay otro colores que contribuyen al airglow: sodio (amarillo), un par de líneas rojas del oxígeno, unas bandas también rojas del ion OH y unas azules del O2. Oxígeno hay abundante en la atmósfera, ¿pero sodio? ¿De dónde sale el sodio que flota a 100 km de altura? No se sabe con certeza, pero se conjetura que viene tanto de aerosoles del mar, como de las estrellas fugaces, que son de roca y se desintegran al entrar en la atmósfera (unas 100 toneladas por día). Yo sospecho también del polvo terrestre; habría que preguntarle a mi amigo Santiago que estudia el tema en la NASA. Esta capa de sodio es la que excitan con láser en los grandes observatorios para crear estrellas artificiales y poder corregir la turbulencia de la atmósfera mediante sistemas ópticos que se deforman y adaptan muchas veces por segundo.

El airglow se ve también en las fotos tomadas desde la Estación Espacial Internacional en dirección al horizonte terrestre:

El verde es el color más fácil de observar, pero en la foto que hice hacia el norte (donde no hay una luz urbana por cientos de kilómetros) tal vez se vea algo del rojo:

¿Por qué se ven bandas? Por lo que leí, las bandas son ondas de gravedad* (no ondas gravitacionales, ojo) que se originan en las capas inferiores de la atmósfera, y que se propagan a la estratósfera y a la mesósfera por encima de ésta. De hecho, parece que son una manera efectiva de observar de lejos lo que pasa en esa tenue y lejana región de la atmósfera. ¿Y por qué resultaron tan evidentes en estas fotos mías, por primera vez? Tal vez porque estamos en el máximo de actividad solar, pero no estoy seguro. Veremos si pasa lo mismo la próxima vez. Tengo que volverlo a ver.

* Ondas de gravedad son ondas que se producen en un fluido cuando la gravedad (o la flotación) intenta restaurar una perturbación. Las ondas de superficie cuando tiramos una piedra al lago son ondas de gravedad, por ejemplo.

Habrá más fotos de Los Juncos.



La imagen del espectro es de Les Cowley, de su maravilloso sitio Atmospheric Optics, que ya no existe.

La foto del Telescopio Muy Grande iluminando con un láser el centro de la Vía Láctea es de ESO/Yuri Beletsky (CC BY 4.0).

03/02/2024

El planeta Vulcano

La humanidad conocía un puñado de planetas desde la noche de los tiempos, desde antes de que tuvieran nombres de dioses. Pero en 1781 William Herschel descubrió casualmente Urano, y pateó el tablero del sistema solar. La semana pasada contamos que, tras el descubrimiento, se desató una búsqueda del tesoro que aún no termina: ¿habrá más planetas en el sistema solar? Y contamos que rápidamente fueron descubiertos cuatro más, que hoy llamamos asteroides, pero que fueron contados como planetas durante casi todo el siglo XIX. Recién casi medio siglo después se descubrió el quinto asteroide (pero antes de fin de siglo ya se contaban de a cientos). Al mismo tiempo, ciertas anomalías en la órbita de Urano convencieron a muchos astrónomos de que se debían al tironeo de un verdadero planeta. Uno grande, no uno de los chiquitos que se amontonaban entre Marte y Júpiter. Urbain Le Verrier, astrónomo brillante del Observatorio de París predijo su posición, y Neptuno fue descubierto precisamente donde Le Verrier lo había vislumbrado matemáticamente. 

Había otro planeta con anomalías en su órbita: Mercurio. François Arago, director del Observatorio, le había recomendado a Le Verrier que analizara el problema. Éste lo hizo en paralelo con su trabajo sobre la órbita de Urano. Entusiasmado con su éxito cuando apareció Neptuno, hizo un trabajo muy detallado de la órbita de Mercurio. Descubrió que el perihelio del planeta no estaba fijo, sino que avanzaba alrededor del Sol, de manera que la órbita era una especie de florcita (extremadamente exagerada acá):

En sus cálculos, Le Verrier descubrió que, si tenía en cuenta la perturbación producida por el resto de los planetas (especialmente Júpiter), podía explicar la mayor parte de esa precesión. Pero quedaba una diferencia, de unos 40 segundos de arco por siglo, que resultaban inexplicables: se la llamó precesión anómala de la órbita de Mercurio. En la figura la precesión está muy exagerada, ya que 43 segundos por siglo es muy poquito, es una vuelta cada 3 millones de años. Pero ya se sabe, esos detalles deleitan a los científicos, no pueden dormir hasta que tienen una explicación. Y la explicación de Le Verrier, sin duda inspirada por su exitosa predicción de la existencia de Neptuno, fue que había otro planeta desconocido. Este planeta perturbador habría pasado desapercibido, no como Neptuno por su enorme distancia, sino porque estaría entre Mercurio y el Sol, y por lo tanto sería muy difícil de observar. ¿Había algún dios importante disponible para nombrarlo? La cercanía al Sol lo mantendría caliente como lava: se impuso el nombre de Vulcano.

Le Verrier publicó su trabajo en 1859, y en diciembre de ese año recibió una carta de un médico y astrónomo aficionado, Edmond Lescarbolt, quien le decía que había visto Vulcano pasar delante del Sol. Le Verrier se tomó un tren y se fue a interrogar al Dr. Lescarbolt. Éste le contó que, observando el Sol con un telescopio pequeño, de 95 mm, había visto una mancha circular. Al principio creyó que era una mancha solar, pero al detectar que se movía, y habiendo observado recientemente un tránsito de Mercurio, imaginó que estaba viendo la silueta de Vulcano. Con el corazón en la boca hizo mediciones de la posición, la dirección y el tiempo del tránsito, y se las había mandado a Le Verrier. Me puedo imaginar a Le Verrier, con un nudo en la garganta y el sombrero en una mano, poniéndose de pie en el consultorio de Lescarbolt, y abrazándolo emocionado. Sólo una persona en la historia de la humanidad había predicho exitosamente la existencia de un planeta: él. ¿Dos planetas? ¡También él! El 2 de enero Le Verrier anunció el descubrimiento en la Academia de Ciencias, junto con sus estimaciones de la órbita: el planeta no se alejaría del Sol más de 8 grados, lo cual haría imposible observarlo directamente, salvo durante un eclipse total. A Lescarbolt le dieron la Legión de Honor, como al Tío Alberto.

No todos los astrónomos aceptaron la existencia de Vulcano. Pero empezaron a llegar más observaciones de tránsitos, incluso algunas anteriores. Un urólogo alemán (cuántos médicos aficionados a la astronomía, ¿no?) había visto un doble tránsito en 1819. ¿Vulcano tendría una luna? Otro astrónomo alemán, Johann Pastorff, lo había observado numerosas veces: en 1822, en 1823, seis veces en 1834, una en 1836 y otra en 1837. El 29 de enero de 1860, poco después del anuncio de Le Verrier, cuatro observadores lo vieron desde Londres. Un astrónomo americano lo había visto también en 1860. No hubo reportes en 1861, pero en 1862, un astrónomo inglés observó un tránsito desde Manchester y alertó a un colega, quien también pudo observarlo simultáneamente, lo cual permitió calcular propiedades de la órbita, que resultó similar a la calculada por Le Verrier (unos 19 días de período). En 1865 un tránsito fue observado desde Estambul. 

En 1877 Le Verrier murió, convencido de que había descubierto un nuevo planeta. Con la pérdida de su principal defensor, la búsqueda de Vulcano empezó a flaquear. Pero en 1878, durante un eclipse solar total, dos astrónomos experimentados, independientemente, reportaron la observación de un objeto compatible con Vulcano en las proximidades del Sol. 

La búsqueda de Vulcano durante eclipses de Sol continuó durante décadas, sin nuevos resultados. En 1908 William Campbell (director del Observatorio Lick) y Charles Perrine (del mismo observatorio, y que el año siguiente se mudaría a la Argentina para dirigir el Observatorio de Córdoba), analizaron todas las observaciones fotográficas disponibles y concluyeron que Vulcano no existía y que ya no valía la pena buscarlo

Pero la anomalía de la órbita de Mercurio era real, y había sido confirmada en 1882 por el gran astrónomo canadiense Simon Newcomb. Finalmente, en noviembre de 1915, Albert Einstein presentó ante la Academia de Ciencias de Prusia su nueva teoría de la gravitación, la Relatividad General, y mostró cómo podía explicar la precesión anómala de la órbita de Mercurio sin necesidad del planeta Vulcano. En general se considera que la deflexión de la luz estelar observada por Arthur Eddington durante el eclipse solar de 1919 fue la primera prueba experimental de la Relatividad, pero en realidad fue el 25 de noviembre de 1915, cuando Einstein presentó la versión definitiva de sus ecuaciones del campo gravitatorio y resolvió el problema de Mercurio. 

Vulcano desapareció del sistema solar, y apareció fugazmente en órbita de su estrella de ficción, Épsilon Eridani, como ya hemos contado, pero su existencia todavía no ha sido confirmada definitivamente. 



El retrato de Le Verrier es de Wikipedia. La ilustración de Vulcano en el sistema de Épsilon Eridan está hecha con Space Engine. 

Muchos detalles de esta historia los tomé de la nota sobre Vulcano en The Free Dictionary, más algunos recuerdos personales.