Salí de ahí, que me tapás el Sol

De visita en Corinto, Alejandro Magno fue a visitar al filósofo cínico Diógenes. Lo encontró descansando al sol, lagarteando como el mejor. Al acercarse el monarca Diógenes se irguió apenas. Lo imaginamos haciendo una visera con la mano a ver quién venía a molestarlo durante tan filosófica actividad. Y le dijo unas palabras que se hicieron famosas, que han cruzado el abismo de los siglos: "Salí de ahí, que me tapás el Sol". Bueno, en griego, pero algo por el estilo.

Eclipses, manchas solares, satélites, tránsitos: parece que en estos días se empeñan en taparnos el Sol. Hace un par de semanas tuvimos el precioso eclipse de Sol sobre la cordillera, que ya comentamos. Y al acercarnos al máximo de actividad solar grandes manchas se forman sobre su superficie todo el tiempo. Finalmente, el sábado, por segunda vez en la vida (¡en el año!) vi pasar la Estación Espacial Internacional delante del Sol.

Empecemos por este último evento. La Estación Espacial es un satélite artificial habitado permanentemente. Está en órbita de la Tierra a unos 400 km de altura, girando en torno de nuestro planeta ¡una vez cada 90 minutos! Fue construido laboriosamente a lo largo de más de una década, y actualmente mide más de 100 metros de punta a punta. Cuando la vemos pasar de noche es más brillante que cualquier estrella, un meteoro fugaz surcando los cielos con gente que vive dentro.

La Estación es tan grande que, con un telescopio, se puede ver su forma tranquilamente. Y se la puede fotografiar. Pero pasa tan rápido que ningún telescopio es capaz de seguirla. Las mejores oportunidades son las raras ocasiones en que pasa justo delante del Sol o de la Luna. ¿Por qué? Porque uno simplemente apunta al Sol o la Luna y se queda esperando que la Estación pase y revele su silueta... Existen sistemas de alerta para poder predecir el instante con la necesaria precisión. El jueves 22 recibí una alerta de tránsito solar de Calsky y me preparé, el sábado 24, para los 0.6 segundos que duraría el evento. Cero. Coma. Seis. Segundos. Hace algunos meses ya había logrado observarlo y fotografiarlo. Esta vez decidí capturarlo en video. Aquí está. El video dura un minuto. Vale la pena ponerlo a pantalla completa y máxima definición:



Es impresionante, ¿no? Usé los fotogramas en que aparece la Estación para hacer una imagen algo más detallada y superponerla al Sol. La estación está a la derecha. Las prominentes franjas laterales son los paneles solares. A la izquierda se ve el complejo de manchas solares AR1618 del que hablaré más abajo.

Hay un fotógrafo francés, Thierry Legault, que ha logrado tal maestría en fotografiar la Estación Espacial y otros satélites, que capta detalles pequeñísimos, hasta los astronautas haciendo sus actividades extravehiculares. Yo no sé cómo hace. A mí, para empezar, me resulta muy difícil enfocar el telescopio de día. Además, mi filtro solar tiene apenas 10 cm de apertura, que puestos delante de mi telescopio Schmidt-Cassegrain con su secundario de 5 cm, deja apenas un anillo para el paso de la luz, lo cual me parece no es un sistema de alta resolución óptica. En fin. Ahora quisiera ver algún tránsito lunar, a ver si el foco me sale mejor...

El complejo de manchas solares que se ve en la foto del sábado se formó a lo largo de la semana. En esta animación del Solar Dynamics Observatory lo vemos crecer a lo largo de dos días. El jueves 22 estaba enorme, justo en el centro del disco solar, así que también lo fotografié. En esta foto puse una versión reducida del Sol entero y un detalle del complejo AR1618 al 100% de la imagen capturada:

Puede verse también que las manchas tienen regiones centrales más oscuras, rodeadas de regiones menos oscuras. Y también la enormidad del fenómeno: en la imagen superpuse una foto de la Tierra, la Tierra entera, en la misma escala. Son erupciones mucho más grandes que nuestro planeta entero. Reíte del Puyehue.

Vale la pena ver fotos del mismo día del Solar Dynamics Observatory, que es un telescopio espacial que observa permanentemente el Sol en todo el espectro electromagnético. Sus imágenes están disponibles casi en tiempo real en la web, milagros de nuestra era. Háganle click por lo menos a ésta, para verla en toda su gloria. Acá se distinguen perfectamente las zonas de distinta oscuridad, y también la granulosidad de la superficie del Sol, producto del movimiento del gas incandescente del que está hecha. (La orientación de la imagen es distinta, ya que el SDO muestra la suyas con el polo norte hacia arriba, pero yo no roté mis fotos.)

¿Qué son las manchas solares? Son regiones más frías de la superficie del Sol, y que por tal razón se ven más oscuras (como los carbones del asado, los más fríos se ven más oscuros). La superficie brillante del Sol es un gas de partículas eléctricas (un plasma) a una temperatura de 5500°C. Las manchas no son realmente frías, sino que están a unos 1000 grados menos, alrededor de 4000°C como poco. Si viéramos sólo una mancha aislada y solita la veríamos casi tan brillante como el resto. Pero en contraste con las partes más calientes parecen negras. Lo que enfría el gas es el campo magnético creado por el movimiento del propio plasma. En regiones de intenso campo magnético el gas queda "congelado": se mueve menos y se enfría. En estas zonas el campo magnético puede volverse tan intenso que produce enormes explosiones, lanzando grandes cantidades de materia al espacio que, si llegan a la Tierra, producen las preciosas auroras polares (y también aquí, y aquí, y por qué no aquí). 

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Detalles de las imágenes, para los curiosos entusiastas

Telescopio Meade LX10 8" f/10 (x0.63, reductor y aplanador Celestron).
Filtro solar de vidrio espejado Orion, 10 cm.
Cámara Canon T1i, captura de video con EOS_movrec directamente a la notebook, comenzando 30 s antes del tránsito.
Edición de video en Virtualdub (sharpen, time smooth y slow down) y en Windows Movie Maker para el video final.
Stack de fotogramas a mano en Photoshop.
Predicción del tránsito con el programa de Ed Morana. Medición del tiempo con un GPS (la manera más exacta de saber la hora hoy en día).

Rayos paralelos

Hace algún tiempo comenté el fenómenos de los rayos crepusculares, anticrespusculares y cenitales, que parecen divergir por una ilusión de perspectiva. Pero que se trata, en realidad, de rayos o sombras paralelos, ya que se originan en el Sol, que es una fuente de luz muy lejana (infinitamente lejana a los fines de este fenómeno). En esta foto se ven sombras crepusculares de la silueta característica del Cerro Catedral, proyectadas sobre el polvo y la humedad atmosféricos.

La ilusión de divergencia es tan poderosa, sin embargo, que estoy seguro que más de uno dijo "pst, ¡por favor!...". Bueno, acá está la prueba. Sombras de nubes vistas desde la Estación Espacial Internacional, desde donde el efecto de perspectiva es casi inexistente por la distancia y el punto de vista. Un observador al Este las vería como rayos crepusculares o anticrepusculares (según para dónde mire). Se atenúan y hacen difusas con la distancia por la dispersión en la atmósfera. Pero son paralelas, sí señor.

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La foto es del Earth Observatory, y fue tomada el 18 de octubre de 2011 sobre la India. La foto del atardecer sobre el cerro Catedral es mía.

El próximo sábado: la segunda parte de la serie El enigma de Turing...

Hace su sombra en el suelo

El pasado 29 de diciembre, último día hábil del año, ya en casa y dispuesto a no volver a la oficina en varias semanas, recibí un email imposible de ignorar. Venía de CalSky, de donde recibo regularmente información y alertas astronómicos. Los mensajes no son visualmente llamativos, pero están atiborrados de información útil. Así que si llega un alerta, mejor revisarlo. Además, nunca había recibido uno de este tipo. Tenía una larga tabla que, por el medio, decía así:

Era el anuncio de un ¡tránsito de la Estación Espacial Internacional delante del Sol! Es decir, a las 8 horas con 21 minutos y 46.47 segundos yo, la Estación Espacial y el Astro Rey estaríamos perfectamente alineados. El brevísimo eclipse duraría (óvalo azul) ¡UNO COMA SESENTA Y UN SEGUNDOS!

La Estación Espacial, que orbita la Tierra entera cada 90 minutos a 400 km de altura, moviéndose a 30 mil kilómetros por hora, es enorme. Cuando pasa de noche no hay estrella que supere su brillo. Cuando pasa de día, bueno, por algún lugar pasa. Bien mirado, el hecho de que pase delante del Sol no es tan extraordinario. Hasta el pelo más delgado hace su sombra en el suelo, dice Martín Fierro. Así que la Estación, que mide 100 metros de punta a punta, siempre pasa delante del Sol si se la mira desde algún lugar de la Tierra. ¡Lo extraordinario es que pase justo encima de UNO! No me lo podía perder. Corrí a CalSky para ver el mapa del paso de la sombra. No podía ser mejor. El centro de la sombra pasaba justo por el Centro Cívico de Bariloche, pero no necesitaba siquiera moverme de casa: mi propio balcón estaría cubierto por el tránsito.

Es perfectamente posible fotografiar estos tránsitos de la Estación Espacial delante del Sol, y también delante de la Luna. El superdotado fotógrafo francés Thierry Legault ha logrado una maestría inigualable, tomando fotos exquisitas en las que se ven hasta los astronautas realizando tareas fuera del satélite. Siendo mi primer intento, y sin contar con equipo comparable al de Thierry, no podía pretender exposiciones perfectas. Pero definitivamente valía la pena intentarlo. Mi filtro solar estaba en la oficina, así que a pesar de los 38 grados volví al Centro Atómico a buscarlo, para preparar todo y tenerlo listo para la mañana siguiente.

Después de una consulta con Thierry, quien me recomendó tomar fotos en ráfaga o hacer video, me decidí por la ráfaga para aprovechar la máxima resolución de la cámara. Monté el telescopio con el filtro solar, la Canon T1i en foco principal y el visor de aumento. Enfoqué lo mejor que pude las varias manchas solares, hice unas exposiciones de prueba y me preparé, con un ojo en el visor y el otro en el reloj del GPS. El tránsito duraría un segundo y medio. No podía parpadear, ni errar el comienzo de la ráfaga. La estación es invisible hasta que pasa delante del Sol, así que si me distraía y la veía ya sobre el disco solar no habría manera de disparar a tiempo. Faltando medio minuto para la hora señalada empezé la ráfaga, chak-chak-chak-chak-chak-chak... y de golpe silencio. A pesar de lo que decía el manual (3.4 fotos por segundo, hasta 170 JPG's en ráfaga) se había llenado el búfer de la cámara y se atoraba la exposición. Solté el disparador y recomencé. De nuevo lo mismo: unas cuantas exposiciones y se paraba. El ojo en el reloj me mostraba que faltaban 15 segundos. ¿Qué hacer? ¡Por qué había confiado en el manual sin hacer una prueba! Ya no había tiempo de cambiar a video, por más arrepentido que estuviera. Doce segundos. Las ráfagas habían durado unos 3 segundos. Sólo había una posibilidad: nervios de acero, disparar unos dos segundos antes de las 08:21:46.47, y esperar lo mejor. Diez segundos. Contuve la respiración... ¡ahora! Chak-chak-chak-chak....

Y entonces, para mi asombro, yo que he visto la Estación innumerables veces en el cielo nocturno, que he visto la Luna de cerca por el telescopio, como si estuviera aterrizando, que he visto tormentas más grandes que la Tierra en Júpiter y en Saturno, que he visto eclipses en otros mundos, que he visto la cola de cometas cruzando el cielo (esa misma semana, sin ir más lejos), que he visto los grandes criaderos de estrellas que iluminan las nubes de gas de nuestra Galaxia, que he visto los añejos fotones que, tras cruzar los abismos intergalácticos, nos traen la luz de estrellas a cientos de millones de años luz, yo, decía, vi pasar una sombra fugaz delante del Sol. Zooooom. Uno coma seis segundos. Suficientes para verla en todo detalle, nítida, pequeñísima, llevando dentro su tripulación que, quién sabe, tal vez miraban hacia abajo en este día de verano impecable, sin nubes, sin cenizas. Uno coma seis segundos, se me aflojó la mandíbula, no podía volver a parpadear, no podía sacar el ojo del visor. La ráfaga de fotos se atoró y solté el disparador. Aun sin mirarlas sabía que había tenido éxito, porque dos chaks habían ocurrido durante el tránsito.

¿La ven? Se distingue claramente de las manchas solares, es como un pequeño cromosoma (¿o un X-wing?). Acá están las dos fotos en un montaje con ambas exposiciones superpuestas. Se ven el disco completo del Sol y varias manchas solares grandes como la Tierra. El oscurecimiento hacia el borde es real, así se ven los cuerpos gaseosos (a diferencia de la Luna llena, por ejemplo). Los filamentos claritos que rodean las manchas también son reales. La Estación Espacial está recuadrada en dos posiciones, claramente diferente de las manchas solares. La imagen está reducida para mostrarla aquí, pero el recuadro muestra la Estación a tamaño 100%, con su característica forma de mariposa, paneles solares extendidos. Abajo hay una peliculita de 4 fotogramas, con las dos exposiciones que contienen la estación en el segundo y tercero. La próxima vez haré un video...

Oasis en erupción

Ron Garan es un astronauta norteamericano que participó, recientemente, en la tripulación de la Estación Espacial Internacional. Como muchos otros astronautas de los últimos años, se mantuvo en contacto con el público mandando hermosas fotos y contando sus experiencias por Twitter y en su blog. En agosto de 2011, promediando su misión a bordo de la Estación, Ron hizo un video tomando varios cientos de fotos a intevalos de 3 segundos. A pesar de que la Estación se mueve ya bastante rápido, dando una vuelta a la Tierra cada 90 minutos, esta técnica de time-lapse acelera aún más el movimiento orbital. La versión final del video es sobrecogedora. Según Garan, estos videos son la mejor manera de transmitirnos a nosotros (los que quedamos en la superficie) lo que los astronautas ven desde su órbita. Vale la pena verlo entero, en pantalla completa, HD y a todo volumen. Presten atención a las luces de las ciudades, a las hipnóticas auroras polares vistas desde arriba, al brillo amarillento de alguna capa muy alta de la atmósfera, y a las tormentas eléctricas.

Éste es un fotograma del video, a los 6:16 minutos, ¡donde puede verse el Cordón Caulle en erupción! Ese día (afortunadamente para nosotros) el viento soplaba hacia el Oeste, empujando la pluma de cenizas sobre Chile y el Pacífico. Del lado argentino se ve, opuesta a la pluma, una región triangular más clara sobre la estepa patagónica: es la ceniza acumulada.

Cuando Ron viajó por primera vez al espacio se emocionó con la belleza del planeta en medio de la negrura del cielo, la magnífica estructura de la Estación Espacial, y el contraste que representaba esta extraordinaria obra de ingeniería con las muchas necesidades de mucha gente en la Tierra. Especialmente le impresionó la desigualdad de la distribución del agua, en la delgada capa que ocupamos los seres vivos sobre el planeta. Así que cuando regresó fundó Frágil Oasis, una organización destinada a inspirar y a ayudar, de distintas maneras, en particular difundiendo la visión de la humanidad compartiendo la Tierra como oasis y refugio de vida. Vale la pena visitarlos.

Esta es otra de las lindas fotos de Ron. Muestra la Luna casi nueva alzándose sobre el horizonte. Se ven varias capas de la atmósfera de la Tierra, la delgada película de aire que nos mantiene vivos, abrigados y protegidos de la inclemencia radiactiva del cosmos. Se ve el borde superior de las nubes, a algunos miles de metros de altura. Las tres cuartas partes de todo el aire se encuentra por debajo del borde superior de la capa roja, que marca el cambio de la tropósfera a la estratósfera. Ese borde es más o menos por donde viajan los grandes jets, y hasta donde llegó la ceniza del Caulle el 4 de junio (cuando le decíamos Puyehue). El aire súper tenue de las capas superiores brilla de color celeste. Vemos también la cara oscura de la Luna nueva iluminada por la luz solar reflejada en la Tierra, un fenómeno llamado luz cenicienta, y explicado por primera vez por Galileo Galilei. En inglés tienen una expresión encantadora para describirlo: dicen que es la Luna Nueva en brazos de la Luna Vieja. La Luna Nueva es mañana domingo, así que pueden tratar de verla en brazos de la Luna Vieja antes del amanecer después de la puesta del Sol durante toda la semana, hacia el Oeste.

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Las imágenes son, of course, de Ron Garan y las expediciones 27 y 28 de la ISS. Gracias a Diego, que se dio cuenta del error sobre la Luna de la semana que viene y me avisó!

No astronaut left behind

La Estación Espacial Internacional está en órbita de la Tierra, un recorrido casi circular a unos 350 km de altura. La estación se mantiene allí arriba no porque esté volando como un avión, con sus motores encendidos, sino porque está girando alrededor de la Tierra a gran velocidad, como la Luna. El viejo Newton ya lo explicó: si se lanza un proyectil horizontalmente con la velocidad suficiente, a medida que cae, la superficie de la Tierra se curva debajo de su trayectoria. Con la velocidad suficiente, el proyectil se mantiene permanentemente en "caída libre". ¡Eso es caer con estilo, sin dar nunca contra el suelo! En la época de Newton esto no era más que un "experimento pensado", un Gedankenexperiment como los llamaba Einstein, porque no existía una plataforma suficientemente alta para lanzar el proyectil por encima del efecto de la fricción del aire. Pero así es como "vuelan" hoy en día los satélites artificiales, como comentábamos hace poco en ocasión del lanzamiento del SAC-D.

350 km es bastante alto, nadie podría respirar allí arriba. Pero aún así hay un poquitititito de aire, y esa pequeñísima fricción le va haciendo perder velocidad, y por consiguiente altura, a la Estación. Lo mismo les pasa a todos los satélites artificiales en órbita baja, y por eso cada tanto nos enteramos de alguno que cae al terminar su vida útil (como el UARS y el Rosat hace pocos meses). En Heavens Above, un sitio donde puede consultarse la órbita de cualquier satélite, tienen este gráfico que muestra la evolución de la altura de la Estación. Se ve que, cada tanto, usan un cohete para darle un empujoncito. No vaya a ser que se caiga. Seguro que sobre Bariloche, este año, para colmo de males ;-)

Los astronautas a bordo de la Estación Espacial viven en un estado que comúnmente se llama de "ingravidez", pero que estrictamente se llama "caída libre", por la misma razón que dijimos arriba. Ellos mismos están en órbita alrededor de la Tierra junto con la Estación y con todo el equipo. Todos a la misma velocidad, en la misma órbita. De manera que pueden flotar lo más contentos mientras reflexionan sobre la Primera Ley de Newton: Un cuerpo en reposo permanece en reposo mientras no exista una fuerza externa neta actuando sobre él. El astronauta siente la gravedad de la Tierra y la fuerza centrífuga, que se compensan para mantenerlo en órbita, de manera que la fuerza neta es cero. Sin fuerza no hay aceleración, sin aceleración no hay peso. (Sí, dije centrífuga, que nadie se espante.)

Cuando prenden los cohetes para hacer subir la Estación, la fuerza neta sobre la Estación deja de ser cero, y por eso cambia de órbita. ¿Cómo sienten ésto los astronautas? En octubre pasado los astronautas de la Expedición 29 hicieron un video durante el encendido de los cohetes, que se puede ver en Youtube. Está buenísimo. Vean y después seguimos.



De golpe, la Estación no parece esa cámara de ingravidez que tantas veces vimos. Parece un pozo por el cual los astronautas están cayendo. Mientras el astronauta se mantiene agarrado de las paredes, la fuerza impartida por el cohete a la estación se transmite a su cuerpo, y él mismo cambia de órbita junto con la Estación. Pero cuando se suelta, la fuerza neta vuelve a ser cero: sólo la gravedad y la fuerza centrífuga, que con sus dedos invisibles siguen actuando sobre su cuerpo. Entonces él sigue en su propia órbita mientras la estación se acelera a su alrededor. Pero, desde el punto de vista del astronauta, él no siente que la estación se acelera hacia arriba. ¡Él siente que está cayendo dentro de la Estación! Es decir, siente peso. Un peso ligerísimo, como se puede ver, pero peso al fin. Entre el tiempo 0:50 y el 1:10 se ve al Sr. Furukawa recorrer la longitud del primer módulo, que parece medir unos 4 metros. Si recordamos del libro de Fernández y Galloni que x = 1/2 a t², y despejamos a, obtenemos a=0.02 m/s². Es decir, un quinientosavo de la aceleración de la gravedad en la superficie de la Tierra. Furukawa debe haber sentido como si pesara menos de un cuarto kilo.

El Principio de Equivalencia, que juega un rol fundamental en la Relatividad General, dice que los dos fenómenos son indistinguibles. Que es lo mismo estar parado en un campo gravitatorio o en una estación acelerándose. La masa gravitatoria y la masa inercial son la misma cosa. Se han hecho muchísimos experimentos delicadísimos para verificarlo, y siempre se ha encontrado esta equivalencia postulada por Einstein en 1915, que también fue un Gedankenexperiment en su época. Y que hoy en día los astronautas están acostumbrados a experimentar en sus propios cuerpos.

De la mecánica de Newton a la mecánica de Einstein. Además parece divertidísimo. Dan ganas de probarlo, realmente. Lástima que por ahora es un poco caro.

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Gracias a Phil Plait, ya que vi el video en su excelente blog BadAstronomy, que no me canso de recomendar. La foto y el video son de la NASA, obviously.