Aprende a observar el cielo y el universo.

La magnitud de las estrellas Seguro que alguna vez has oído hablar de la magnitud de las estrellas. Unas tienen una magnitud pequeña y otras más grande. Incluso las hay que tienen una magnitud negativa. ¿Qué es la magnitud y qué mide? Con el término “magnitud” nos referimos al brillo de una estrella. Este término viene de la antigüedad. En el siglo II a.C. uno de los primeros astrónomos, el griego Hiparco hizo un catálogo de las estrellas del cielo. Entonces sólo pudo tomar nota de las que veía a simple vista, unas 1000 estrellas. Las agrupó en categorías según su brillo, y a estas categorías las llamó magnitudes. A la primera categoría, magnitud 1, le asignó las estrellas más brillantes. Las menos brillantes, las que apenas se podían distinguir a simple vista, pertenecían a la sexta categoría, a la magnitud 6. Por eso, cuanto menor sea la magnitud más brillante será la estrella. Con el avance de la ciencia hemos podido medir “de verdad” la intensidad de las estrellas y hemos visto que los griegos hicieron un buen trabajo en su clasificación, porque la diferencia de un grupo a otro se resume en un número: 2,5. Una estrella con una magnitud 1 será 2,5 veces más brillante que una estrella de magnitud 2. Y ésta a su vez será 2,5 más brillante que una de magnitud 3 (y así sucesivamente). Si tiramos de las matemáticas, podremos ver que una estrella de magnitud 1 será 100 veces más brillante que una de magnitud 6. Con la aparición de los telescopios hemos sido capaces de ver estrellas que ni si quiera sabíamos que estaban allí. Es decir, alcanzamos a ver estrellas cuya magnitud está por encima de 6. Por eso se ha aumentado el número de magnitudes. A simple vista no podemos ver estrellas con una magnitud mayor de 6. Así que para ver Plutón, por ejemplo, que tiene una magnitud 14, necesitamos un telescopio. Con los telescopios amateurs podemos llegar a ver objetos de magnitud 16-18. Los telescopios profesionales que hay en la Tierra detectan estrellas de magnitud 25-27. Y los que están orbitando alrededor nuestra, como es el caso del Hubble, llegan a ver estrellas de magnitud 30. En la actualidad distinguimos entre dos tipos de magnitudes: la real y la aparente. Del mismo modo que vemos más brillante la luz de una linterna situada a escasos centímetros de nuestra cara que un faro marino en el horizonte, las estrellas más próximas a nosotros parecen más brillantes que las lejanas, aunque éstas últimas sean más luminosas. Este efecto lo medimos con la magnitud aparente, que nos indica cómo vemos de brillante una estrella desde la superficie de nuestro planeta. Si fuésemos capaces de colocar todas las estrellas a la misma distancia y medir su brillo, tendríamos sus magnitudes reales. Tabla de magnitudes aparentes. Como es imposible alinearlas todas, los científicos estudian cómo sería el brillo de una estrella si la colocásemos a una distancia determinada (10 parsecs, o lo que es lo mismo, unos 32,6 años luz). Así establecen el valor de la magnitud real de las estrellas. Por ejemplo, el Sol que tiene una magnitud aparente de -26,8 ha dado una magnitud real de 4,83. Es decir, que no es de las más brillantes del cielo. La Teoría de las Cuerdas La Física, tal y como la conocemos en la actualidad, está gobernada por dos teorías: Teoría de la Relatividad: Habla de las cosas grandes (estrellas, galaxias...). Mecánica Cuántica: Habla de las cosas más pequeñas (mundo subatómico). Al intentar unirlas, pese a ser teorías de un mismo universo, no encajan. ¡Son incompatibles! Vamos a ver por qué. Imagina que el universo es una película. La película empieza con el Big Bang, esa gran explosión que expandió el universo. Su fuerza fue tan grande que el universo se expandió y expandió. De hecho, aún sigue en expansión. Pero cada vez lo hace con mayor lentitud porque la fuerza de gravedad de los cuerpos que lo forman frenan esa expensión. Llegará un momento en que el universo dejará de expandirse y empezará a contraerse. Al principio lo hará lentamente e irá acelerando hasta terminar colapsándose en un punto. Al final de esta segunda película se le conoce como el Big Crunch. Todo se hace más pequeño, más caliente, más denso... Pero hay un momento en que esa película se atasca: cuando se juntan las dos teorías: La Teoría de la Relatividad y la Mecánica Cuántica. Se atasca en instantes tales como el Big Bang, el Big Crunch, los agujeros negros y, en general, siempre que lo enorme se hace minúsculo (instante en que el mundo de la Teoría de la Relatividad entra en el mundo de la Mecánica Cuántica). Aquí nuestras teorías físicas se vienen abajo y obtenemos resultados sin sentido. La evolución del universo, según la teoría del Big Bang (NASA). Analicemos por separado las dos teorías y veamos lo diferentes que son más allá del ámbito matemático: La Teoría de la Relatividad predice un tejido espacio-temporal liso, suave, tranquilo... Mientras la Mecánica Cuántica predice un tejido espacio-temporal accidentado, caótico, impredecible, que se puede doblar, hasta el punto que en ese tejido no sabes sí estas en un sitio, en otro, en los dos a la vez, o si estas en ese sitio antes de haber llegado. La Teoría de la Relatividad habla de la gravedad en el universo. Según Albert Einstein, la gravedad se produce por la curvatura que produce una masa como el Sol en el tejido espacio-temporal. Algo así: Mientras, la Mecánica Cuántica habla de las otras tres fuerzas de la naturaleza: la fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil y la fuerza electromagnética. Parece imposible pero sí, la teoría de cuerdas intenta unir esas dos teorías tan diferentes de forma que esa nueva teoría que obtengamos no se venga abajo nunca y sirva para todo (dos palabras muy difíciles y con muchos recovecos). Uno de los primeros pasos en la teoría fue darse cuenta de que las fuerzas de la naturaleza se pueden explicar mediante las partículas. Entre la materia existen unas partículas llamadas 'partículas mensajeras' encargadas de transmitir la información correspondiente de esa fuerza. Por ejemplo: entre dos imanes, la partícula mensajera es el fotón, que transmite la información de la atracción. Ya se han encontrado las partículas mensajeras de las cuatro fuerzas fundamentales. Por eso, la teoría de las cuerdas se basa en las partículas. Al estudiar las ecuaciones de esas partículas, los científicos se dieron cuenta que las partículas más elementales no eran puntuales. Me explico: Antes de la aparición de la teoría de cuerdas, el átomo que se conocía estaba dividido en partículas más elementales, como los protones, que a su vez, contenían en el interior unas partículas aún más pequeñas, llamadas Quarks. No se sabía nada más. Pero entonces llegó la teoría de cuerdas con su concepto revolucionario que le da nombre: las cuerdas. Esas cuerdas son hilos de energía vibrantes extremadamente pequeños. Son tan pequeños que si un protón tuviese el tamaño de todo el sistema solar, una cuerda tendría el tamaño de un árbol. Estos hilos de energía vibran y, según como lo hagan, condicionarán las características de lo que formen. Por ejemplo, si una cuerda vibra de un modo configurará un fotón, y si esa cuerda vibra de otro modo configurará un electrón. Pero, de mano de Einstein, aparecieron problemas: Einstein predijo que el tejido espacio-temporal no es estático, es decir, se puede mover, moldear, etc., pero con ciertas limitaciones. Según la teoría de las cuerdas, el espacio tiempo puede llegar a rasgarse hasta crear agujeros de gusano. Un agujero de gusano es un “atajo temporal”: Una de las limitaciones de la teoría de la relatividad de Einstein es que el tejido espacio-temporal no se puede rasgar. Otra de las consecuencias del estudio de las ecuaciones de la nueva teoría de cuerdas (también conocida como teoría M o de supercuerdas) que incluía estas membranas que acabamos de ver, es que la gravedad no es tan fuerte como parece. Los físicos vieron que la fuerza de la gravedad es unas 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 veces más débil que la fuerza electromagnética, y muchísimo más débil aún que las otras dos fuerzas de la naturaleza, es decir, la fuerza débil (o atómica) y la fuerza fuerte (o cuántica). Si quisiésemos escribir aquí lo débil que es al compararla con ellas, no tendríamos sitio para poner tantos ceros. Los físicos se preguntaron el porque de tal debilidad. Tras mucho investigar, se plantearon la posibilidad de que la gravedad debía ser igual de fuerte que las demás fuerzas, pero por algún motivo no podemos sentir toda su fuerza. La solución final estaba, como no, en las cuerdas. Vamos a tratar de verlo con un ejemplo. Imaginemos una mesa de billar. Las bolas sólo se pueden desplazar en dos dimensiones y no pueden salirse de ellas, porque los bordes de goma de la mesa se lo impiden. Cuando una bola golpea a otra, oímos un sonido seco, algo así como un "toc". Y nosotros no estamos dentro de las dos dimensiones de la mesa, ¿verdad? Así pues, algo que sí consigue escapar de la mesa: las ondas sonoras. Vamos a transformar ahora la mesa de billar en una de las membranas en la que vivimos. Las bolas son los universos y la gravedad son las ondas sonoras. Resulta que, según la teoría, las cuerdas ordinarias están unidas por los extremos a la membrana formando un archo (como las asas de una bolsa). Pero los gravitones, que son las partículas responsables de la gravedad, están cerradas. Estas partículas son un círculo, por lo que no tienen nada que les frene ni les atraiga. Así, todas las membranas del multi-universo compartimos una misma gravedad que viene del “centro” del universo, una zona teorizada en la cual hay una atracción gravitatoria enorme. Esto responde a la pregunta que nos hemos hecho más arriba de qué pasa con la fuerza de la gravedad cuando las tres fuerzas de la Mecánica Cuántica se han unido. La respuesta es que no pasa nada. Sigue libre, a su aire. Es lógico si pensamos que no tiene nada a donde sujetarse y, por tanto, no tiene limitaciones. Finalmente, se predijo que el Big Bang podría ser un choque entre esas dos membranas, ya que, si al final de una membrana hay un universo de 9 dimensiones y choca con otra membrana que en su extremo tiene un universo de 3 dimensiones, esa energía extra que tiene la primera membrana se traduce en materia en la segunda membrana. De ahí surgiría el Big Bang. (Ya lo dijo Newton: Ley de acción y reacción.) Por ahora, toda esta teoría no está confirmada. Únicamente se ha desarrollado matemáticamente y sólo se apoya en esos fundamentos matemáticos. La única forma de confirmar la teoría de cuerdas es con los aceleradores de partículas, intentando observar cómo escapa el gravitón (esa cuerda cerrada encargada de la gravedad de la que hablábamos). Es decir, los científicos van a tratar de detectar su ausencia tras su presencia teórica. Además, hay una teoría llamada Supersimetría (SUSY por sus siglas en inglés) que predice que junto a una partícula tiene que existir otra partícula asociada a ella mediante diversos procesos cuánticos muy complicados de explicar aquí. Esta partícula asociada sería muchísimo más pesada que la partícula normal. Por eso se les llaman partículas S o partículas súper-compañera. Aún no se han detectado en los aceleradores pero se cree que es por su “enorme” masa. De encontrarse se afirmarían parcialmente varias teorías, incluida esta magnifica, elegante y vibrante teoría. Esta imagen de M. C. Escher muestra el concepto de la Supersimetría, que dice que a cada partícula le corresponde una compañera supersimétrica, llamada súper-compañera. Pase lo que pase, sea cierto o no, como dijo uno de los más grandes genios de la historia de la tierra y padre de esta teoría: “No podemos culpar a la gravedad de que la gente se enamore”. Siete estrellas por el precio de dos Una buena forma de comprobar nuestra agudeza visual es mirar hacia la constelación de la Osa Mayor y ver si podemos distinguir Mizar y Alcor, dos estrellas muy próximas situadas en el segundo vértice desde el oeste. En 1603, en el catálogo estelar de Johan Bayer conocido como Uranometría, este par de estrellas figura como una única estrella llamada Ursa Mayoris. Con algo de agudeza visual verás que esa estrella que aparece marcada en rojo, en realidad son dos puntitos de luz. Cuando Galileo y sus colaboradores observaron por primera vez estas estrellas con un telescopio, pudieron comprobar inmediatamente que en realidad allí hay más de dos estrellas. Lo primero que se observa es que la brillante Mizar es en realidad un sistema doble visual, algo que descubrió por primera vez usando un telescopio, un colega de Galileo llamado Benedetto Castelli. A su izquierda (al oeste) y un poquito más débil, se encuentra Alcor. Pero entre Alcor y el sistema doble de Mizar, se distingue aún otra estrella más débil, conocida como Sidus Ludoviciana. Lo que parecía un par de estrellas es ya un grupo de cuatro. Pero las apariencias no acaban aquí. Las dos estrellas de Mizar son a su vez cada una un sistema doble. Echemos cuentas: seis estrellas, por ahora! Desde que Galileo empezó a observar el cielo con su telescopio, hace ahora 400 años, buscó denodadamente observar y medir en alguna estrella conocida una propiedad llamada paralaje estelar, como forma de probar definitivamente la hipótesis Copernicana de que la Tierra orbita alrededor del Sol. El gran astrónomo Tycho Brahe no había podido medir ni un paralaje estelar. El gran Johannes Kepler, que estuvo asistiendo a Tycho Brahe hasta su muerte, escribió a Galileo en 1597, pidiéndole encarecidamente que intentara medir paralajes estelares. Galileo conocía muy bien Mizar, Alcor y Sidus Ludovicana, y consideró que este grupo de estrellas eran ideales para intentar una medida de un paralaje estelar. Pero ¿qué es un paralaje estelar? Si realmente la Tierra orbita alrededor del Sol como proponía Copérnico, al recorrer la Tierra su órbita a lo largo del año, una estrella cercana parecería seguir una elipse sobre el fondo de estrellas más lejanas. Este es el mismo efecto que observamos al mirar nuestro dedo, cuando al taparnos primero un ojo y luego el otro, vemos que el dedo cambia de posición en relación a los objetos que están detrás. El color y el tamaño de la Luna La salida de la Luna llena en verano es digna de verse. Y si hay alguna nube a su alrededor, mejor aún. Pero, ¿por qué tiene ese color rosado? Y, ¿por qué es tan grande? ¿Por qué cambia de tamaño según sube por el cielo? La causante es la atmósfera. Sus partículas tienen el mismo tamaño que las longitudes de onda de los rayos de luz. Cuando un rayo de luz incide sobre ellas, se descompone en sus colores básicos (los del arco iris). Si el tamaño de la partícula fuese mayor que la longitud de onda del rayo de luz, no habría dispersión, que es lo que pasa con las nubes y por eso son de color blanco. La atmósfera está compuesta principalmente de oxígeno y nitrógeno. El tamaño de estas partículas es similar (un poco más pequeño) que la longitud de onda de los rayos de luz procedentes de Sol. Cuando los rayos del Sol inciden en estas partículas, el haz de luz se dispersa, es decir, se divide en varios colores. Cuando hace mucho Sol y llueve, vemos el arco iris. El efecto es exactamente el mismo: las gotas de agua hacen de prisma y dispersan la luz blanca procedente del sol, dividiéndola en los siete colores que conocemos. El arco iris es un efecto producido por la dispersión de la luz al atravesar las gotas de agua en suspensión en la atmósfera. Cuando estamos en la superficie de la Tierra, los rayos de sol que llegan a nosotros han tenido que pasar por la atmósfera, por lo que han sufrido una dispersión. Según donde se encuentre el Sol con respecto a nosotros, los rayos de luz nos llegarán con un ángulo determinado. Este ángulo determinará que veamos el cielo de un color o de otro. Así, cuando el Sol se encuentra en todo lo alto, la luz que dispersa la atmósfera nos llega con una longitud de onda correspondiente al azul. Al atardecer, la luz tiene que atravesar más atmósfera para llegar a nosotros, por lo que la longitud de onda que recibimos es la correspondiente al rojo (al naranja, más bien). De ahí que al atardecer el cielo sea rojizo. A este efecto se le conoce como Dispersión de Rayleigh, en honor a su descubridor, John William Strutt, tercer Barón de Rayleigh. Y ¿qué tiene que ver todo esto con la Luna? La Luna refleja la luz del Sol. De hecho, la vemos brillar en la noche porque su superficie refleja los rayos de luz que le llegan desde el astro rey. Es decir, un observador situado en la superficie de la Tierra recibe rayos de luz procedentes del satélite. Estos rayos han de cruzar la atmósfera hasta llegar a él, al igual que ocurre con los rayos de luz procedentes del Sol. Así pues, la dispersión que hemos visto con los rayos solares es igualmente aplicable a la luz procedente de la Luna. Cuando ésta está cerca del horizonte, la luz que llega hasta el observador ha de atravesar mucha atmósfera, por lo que la dispersión hace que recibamos las ondas lumínicas con una longitud equivalente al rojo (al naranja, más bien). El efecto es conocido: la Luna, cuando sale por el horizonte, tiene un color rojizo. El tamaño del universo Uno de los principales problemas a los que han tenido que enfrentarse los astrónomos a lo largo de la Historia ha sido el tamaño del Universo. Sus proporciones son tan descomunales en comparación con nuestro entorno, que cualquier distancia parece enorme. Cuando querían poner sobre el papel la distancia que nos separa del Sol, el resultado era un número escalofriante: 149.597.870,691 kilómetros. Pero cuando querían expresar la distancia a otros cuerpos, los números resultaban sencillamente impracticables. Por ejemplo, la galaxia más cercana está a 23.652.000.000.000.000.000 kilómetros. Eso, ¡no hay quien lo pronuncie! Una UA es la distancia que nos separa del Sol. Se buscaron nuevas formas de medida. Por ejemplo, se habló de la Unidad Astronómica (UA), que es la distancia que hay desde la Tierra hasta el Sol. Así pues, dos UA será el doble de la distancia que nos separa del Sol. Pero, a cuántas UA se encuentra la galaxia que veíamos antes. Pues a 15.760.000.000.000 UA. Hombre, es verdad que el número es más manejable, pero sigue siendo una locura. Así pues, se inventó otra unidad de medida: el año luz. Utilizaron como unidad la distancia que recorre la luz en un año. Y redujeron el número impronunciable de kilómetros que nos separa de Andrómeda a una cantidad más razonable: dos millones y medio de años luz. Pues parece que los astrónomos han conseguido su propósito y ahora trabajan con unidades de medida más manejables. El problema es que todos los que no somos astrónomos, no nos enteramos de nada. Somos incapaces de imaginar cómo está de lejos algo situado a 150 UA de nosotros, o a 150 años luz de distancia. Estas unidades de medida no nos dicen nada. No tenemos referencias cercanas que nos ayuden a imaginar estas distancias. Así pues, muchos tuvimos que renunciar durante mucho tiempo a comprender el tamaño de nuestro sistema solar, de esta galaxia en la que vivimos o, por qué no, del mismísimo universo. Y ha sido así hasta que el ingenio de un astrofísico español dio con la solución. Juan Fernández Macarrón (que así se llama este joven visionario) vive por y para la astronomía. Le encanta compartir sus conocimientos con los demás, instruir a niños y a adultos e invitarles a imaginar el universo con él. Pero siempre se encontraba con el mismo problema. Parecía que su público le acompañaba sin problemas cuando hablaba de la Luna, del Sol o de algunos planetas cercanos. Pero. En el momento en que saltaba distancias más largas, se encontraba solo. Nadie le seguía. No eran capaces de imaginar algo desconocido. Así pues, ideó un sistema para hacer comprender estas grandes medidas. "Si la gente no puede imaginar estas grandes distancias astronómicas, tratemos de utilizar otras más familiares para ellos". Y se puso a trabajar en esta línea. El resultado es sorprendente. Utilizando objetos cotidianos, como un garbanzo, una pelotita, granitos de azúcar, banderines o un campo de fútbol, consigue que cualquier persona (independientemente de su edad o conocimientos técnicos) comprenda el tamaño de nuestro sistema solar, de la galaxia o del propio universo. Nuestra galaxia, la Vía Láctea. La materia oscura Cuando miramos al cielo vemos miles de estrellas. Si huimos de la contaminación lumínica de las ciudades, llegaremos a ver la Vía Láctea, o por lo menos uno de sus brazos. Sabemos que nuestra galaxia tiene forma de espiral y que cuenta con varios brazos. Nuestro sistema solar se encuentra en uno de estos brazos y lo que vemos en las noches claras es su brillo. Las galaxias giran en torno a su centro. O mejor dicho, es su centro quién gira y arrastra en este movimiento al resto de materia de la galaxia. El movimiento es similar al que vemos cuando damos vueltas al café con una cucharilla. En el centro de la taza, el café se mueve a mayor velocidad que en los bordes. Así pues, el sistema solar, que se encuentra en uno de los brazos de la galaxia, se mueve a menor velocidad que el centro de la Vía Láctea. En 1975 se realizó una medición de la velocidad de giro de las galaxias. El resultado fue sorprendente. Los científicos se encontraron con que la velocidad de giro en los extremos de la galaxia, en las posiciones más alejadas de los brazos, era mucho mayor a la esperada. ¿A qué era debida esta diferencia de velocidad? La única explicación plausible parecía ser que las galaxias tenían más masa de la que suponíamos. Así, la fuerza de gravedad de esta gran masa invisible arrastraría a las estrellas en el giro, por lo que su velocidad sería mayor a la predicha por las leyes de Newton. Pero, ¿existía de verdad esta “materia oscura” que habitaba en las galaxias? La respuesta nos la da la fuerza gravitatoria. Einstein afirmó que la fuerza de gravedad es tan fuerte que afecta incluso a los rayos de luz. Según este científico, un campo gravitatorio desvía la trayectoria de las partículas de luz. Fuente Algunos de mis otros post: ¿Estudiar Ingeniería? Desmitificando. ¿Ingeniería? ¿Trabajo? Mis trabajos en AutoCAD Nikola Tesla, el post que merece Rompiendo la barrera del sonido. El fin de los transbordadores espaciales ¿Cómo imponer tu ideología sobre los demás? Viajes en el tiempo y extraterrestres.. Posibles [Stephen H] La Máquina de Goldberg ¿Qué estudiar? Un tema importante en Argentina La sociedad humana más aislada del planeta. Fotos de Alemania