divendres, 2 de setembre de 2016

Galileu

És un dels pocs personatges que es coneix pel seu nom, a l'estil de Napoleó o Miquel Àngel. Va néixer a Pisa al 1564 i va tenir la mala sort de néixer en el lloc i el moment equivocat, a Itàlia quan la paranoia de la Contra-reforma estava en el seu apogeu i ell volia exposar les seves idees científiques renovadores i anti-aristotèliques, que eren la base del dogma cristià, heretat dels grecs i que sostenia que la Terra era el centre de totes les coses. Aquestes idees van ser les que quasi li costen la vida. Va estar nou anys
en arrest domiciliari.

No en el seu temps, però sí més tard, s'ha convertit en un símbol de la lluita per la llibertat de pensament i per l'aplicació del mètode científic en totes les seves observacions, quan abans eren dogmes de fe.

Va començar estudiant Medecina, però ho va abandonar per dedicar-se a les Matemàtiques que era el que li agradava a en ell, en oposició al seu pare.

Quan tenia 19 anys i es trobava a Pisa va fer el seu primer treball científic. Va ser mentre escoltava dins d'una església un sermó massa avorrit que va començar a observar una làmpada d'oli que penjada del sostre es movia per les corrents d'aire del propi lloc. Utilitzant el seu pols com rellotge va adonar-se que la làmpada trigava el mateix temps en completar qualsevol arc, ja fos curt o més llarg. Més tard, de nou a la universitat va continuar experimentant fins a confirmar aquest fet.

Al 1588 va ser convidat a fer un discurs sobre filosofia natural i matemàtiques. Va triar com tema La descripció de la mida, la forma i la ubicació de l'infern de Dant. La xerrada va tenir lloc al palau dels Médici a la via Larga on va explicar entre d'altres, que “Lucifer era quaranta-i-tres cops més gran que l'estàtua d'un gegant a la plaça de Sant Pere de Roma i que l'estàtua era també quaranta-i-tres cops més alta que Dant. Així que Lucifer tenia una alçada de cent vuitanta-tres metres”. També va deduir que l'infern era un domini amb forma de con que ocupava una dotzena part de la massa de la Terra, amb el vòrtex situat en el mateix centre del planeta. Aquestes afirmacions li van valer arribar a ser professor de Matemàtiques a la Universitat de Pisa.

Va ser el primer científic en comprendre que la unió de l'experimentació i les matemàtiques podien obrir un nou camí a la ciència, millor que en Leonardo qui anava més fluix en matemàtiques. Un altre dels seus descobriments, que molta gent ignora, és el anomenat termòmetre de Galileu, tal com es veu a la foto adjunta.

També va experimentar amb el pla inclinat i va trobar que la distància que recorria un objecte era proporcional al quadrat del temps que trigava en recórrer-ho. I tot fent servir el pols com a rellotge, era el millor que hi havia. És ben conegut que va descobrir els satèl·lits de Júpiter el 1610 i que després va observar la Lluna, encara que l'anglès Thomas Harriot se li va avançar uns quants mesos en quan a donar publicitat al fet i als dibuixos elaborats.


Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 201 del setembre de 2016

dilluns, 1 d’agost de 2016

Guia Stellarium

Stellarium és un programa digital gratuït de codi obert que ens mostra a la pantalla del nostre ordinador el cel d'una forma realista, en 3D, tal com es veuria a simple vista, amb prismàtics o amb telescopi. Es pot descarregar en Linux, Mac, Windows, Ubuntu.

La seva pàgina oficial és http://stellarium.org/ i allà podreu trobar el tutorial. Un cop instal·lat el programa s'obre automàticament i ens mostra el cel de París (per defecte) a l'hora i dia que tingui l'ordinador. Caldrà anar amb el ratolí al marge lateral esquerra per obrir un desplegable i clicar sobre l'icona de configuració. Quan s'obri canviarem l'idioma al nostre. Dintre de configuració també podrem actualitzar els catàlegs estel·lars al nostre gust.

Tanquem la finestra de configuració i anem a la d'ubicació, al mateix costat esquerra. Aquí haurem de seleccionar el lloc on fem les observacions i guardar-lo. Podrem triar Girona que ja està prefixat o bé entrar les coordenades del Pla de Martís. Podem definir-les com valors predeterminats. També existeix l'opció de veure el cel des d'alguns llocs del sistema solar, com Mart, Venus i d'altres, jugant amb el desplegable Planeta dintre d'ubicació.

Al mateix marge esquerra tenim una altra opció, la de visualització. Aquesta permet canviar l'aspecte general de la presentació del planetari, com posar i treure línies de les constel·lacions, mitologies, punts cardinals, quadrícula celeste, atmosfera o posar un fons de paisatge determinat.

L'opció de data/hora permet avançar i retardar el rellotge per a veure el cel en un moment donat. Així podreu observar el cel fa mil anys o el dia del vostre naixement, encara que a dates iguals cels iguals. També us permet preparar l'observació de la setmana vinent, per exemple, o saber com estarà la lluna i a quina hora surt o s'amaga, o quins planetes es veuran i a quina hora.

Altre opció es la de situar-se damunt del planetari amb la fletxa del ratolí i fer avançar la rodeta del mateix, permet acostar-se a l'objecte que es marca. Si es pitja sobre Saturn i t'apropes podràs veure tots els seus satèl·lits, encara que llavors es mouran molt ràpidament a la pantalla i hauràs d'alentir el temps amb l'opció de la doble fletxa. També es pot fer amb la Lluna i parar el rellotge per observar-la amb detall.

Si es marca el cel i es fa moure la rodeta del ratolí enrere es veu el cel com en un ull de peix, tot sencer. També es pot fer girar el cel amb l'ajuda del ratolí de forma que mostri el cel des d'un punt cardinal o altre.

Una altre opció molt útil si es surt amb l'ordinador a observar a la nit és el mode nocturn, amb el qual tot el text es veu en color vermell en lloc de blanc per no enlluernar. Per sortir del programa cal pitjar el botó de l'extrem dret al desplegable inferior. El tutorial dóna molta més informació per extreure-li el màxim profit al planetari.


Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 200 de l'agost de 2016

divendres, 1 de juliol de 2016

Els estats de la matèria

Quan anàvem a escola ens van ensenyar que hi ha tres estats de la matèria: sòlid, líquid i gas. Això no és del tot cert. Ara es parla de sis estats, els tres ja esmentats i tres més, plasma, condensats Bose-Einstein i condensats fermiònics.

La major part dels estudiants saben que els sòlids resisteixen la deformació, són rígids i que es poden trencar. Els líquids flueixen, són difícils de comprimir i que s'adapten a la forma del recipient que els conté. Els gasos són menys densos, fàcils de comprimir i, que no tan sols s'adapten a la forma del seu recipient, sinó que s'expandeixen per ocupar-lo totalment.

Ara bé, els nous estats no són tan habituals de trobar, en especial els dos darrers. El quart estat de la matèria, el plasma, és com un gas, fet d'àtoms que han sigut despullats dels seus electrons i ara s'han convertit en ions. El sol està fet de plasma, com la major part de la matèria a l'univers. Normalment és molt calent i es pot mantenir conservat en un laboratori equipat dintre de botelles magnètiques.

El cinquè estat correspon als condensats de Bose-Einstein (BEC), predits per aquest científic hindú conjuntament amb n'Albert Einstein el 1920, però que es no va poder comprovar fins el 1995 quan els científics van refredar unes partícules denominades bosons fins a milionèsimes de grau. En aquest punt totes les partícules es van unir per a formar una única super-partícula que tenia més aparença de ser una ona que a un tros de matèria. Els BEC són fràgils i la llum viatja a través seu molt més lentament. Presenten clarament mostres de superfluidesa, superconductivitat i producció de vòrtexs. Un clar exemple és l'heli-4.


Ara arribem als condensats fermiònics. Els primers es van obtenir el 2001 refredant mig milió d'àtoms de potassi-40 a milionèsimes de grau sobre el zero absolut. S'ha demostrat que també presenten les mateixes propietats que els BEC.

Totes les partícules de la matèria són bosons o fermions. Els bosons són partícules amb espín sencer i els fermions el tenen fraccionari. Diguem que l'espín és una característica definida pel moment angular de cada partícula. Així els bosons no han de complir el principi d'exclusió de Pauli i els fermions sí. Els bosons poden agrupar-se més íntimament i assolir nivells energètics més baixos. El fermions per assolir aquest nivell el que fan és aparellar-se de dos en dos per aconseguir un nivell mínim d'energia i poder estar més junt.

D'aquesta forma s'aconsegueix que les estrelles de neutrons arribin a pesar milions de milions de tones per centímetre cúbic (10¹⁴ gr/cm3).

Un nou estat de la matèria ha estat anunciat l'abril de 2016, el que correspon als fermions de Mejorana. Un nou repte per confirmar.


Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 199 del juliol de 2016

dimecres, 1 de juny de 2016

Eclipsis i trànsits

Per eclipsi entenem l'ocultació total o parcial d'un astre per la interposició d'un altre astre entre ell i l'observador i per trànsit entenem el pas d'un dels planetes interiors per davant del disc solar.

Així d'eclipsis tenim de Sol i de Lluna. El de Sol pot ser total, parcial, anul·lar o híbrid i el de Lluna, només, total o parcial. Els trànsits només poden ser provocats per Mercuri i Venus, planetes interiors i, en proporció, són molt menys vistosos que els eclipsis, doncs només tapen una part molt petita del disc solar. Els planetes exteriors mai podran produir un eclipsi ja que no poden posar-se mai entre el Sol i la Terra pel fet de tenir les seves òrbites externes a la de la Terra, respecte del Sol.

Segons una pàgina de la NASA escrita per en Fred Espenak, en els darrers 5.000 anys hi ha hagut 11.898 eclipsis de Sol, dels quals un 35,3% han sigut parcials (4.200), un 33,3% anulars (3.956), 26,75% totals (3.173) i un 4.85 híbrids (569). Els híbrids són els que en una part són totals i l'altre part, inici o final, anulars.

En quan al nombre d'eclipsis per anys també és variable, pot oscil·lar entre 2 i 5 per any. De totes formes el 72,5% dels anys només en passen dos, un 17,5% tres, un 9,5% quatre i, només, un 0,5% cinc ocasions.

El màxim eclipse total possible és de 7m 31s. El 16 de juliol de 2186 serà de 7m 29s. La durada depèn de la proximitat de la Lluna a la Terra i que sigui d'un tipus o d'altre de l'alineació dels eixos dels tres astres. Des de Catalunya en podrem veure un a l'agost del 2026.
Trànsit de Mercuri 2016 segons previsió de la NASA

En quant a trànsits de Mercuri se'n produeixen uns 13 cada segle i de Venus dos, aparellats cada 8 anys i amb una separació després de 105-121 anys.

Els de Mercuri, aquest tres propers segles, ocorreran a primers dels mesos de maig i novembre. Per cadascun al maig hi haurà dos el novembre. En els de novembre el planeta es veu un 20% més petit per estar més a prop del Sol, periheli. Ocorren amb una freqüència de 3, 7, 10 i 13 anys, sent l'ordre variable, segons passin en un mes o d'altre.

En quan a Venus en els darrers sis segles han ocorregut 81 trànsits, al juny un 54,3% i al desembre un 45,7%. El trànsits succeeixen en períodes de 8 – 105,5 – 8 – 121,5 anys degut a que cada 8 voltes al Sol de la Terra, Venus en fa 13.

També podem veure trànsits del satèl·lits de Júpiter sobre del seu planeta i darrerament amb les sondes enviades a l'espai hem pogut gaudir d'un trànsit de Fobos per davant del Sol vist des de Mart i també ens ha mostrat trànsits de Mercuri des de Mart. També s'ha pogut veure un trànsit de Lluna vist des de la sonda Estereo situada a més d'un milió de quilòmetres de la Terra.


Per a ampliar la informació es pot consultar les pàgines d'en Fred Espenak de la NASA a http://eclipsewise.com/eclipse.html i http://eclipsewise.com/transit/transit.html

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 198 del juny de 2016

dilluns, 2 de maig de 2016

El nostre arbre genealògic

Està clar que venim dels nostres pares i aquests dels seus. Així ens podem anar remuntant per milers de generacions i milions d'anys i arribaríem al primer humà que venia ja d'un primat, digue'm-ne un australopitecus o un dels seus parents.

Però aquest primat també va ser engendrat per uns pares, i uns avis, etc, tornem a fer la llista sencera d'ascendents, fins que, segons el criteri evolutiu d'en Darwin, aquestos havien sorgits d'una altre espècie evolucionada i aquesta d'una encara més anterior, finalment després de molts segles de viatge enrere arribaríem a la primera cèl·lula que va tenir vida.

Però aquesta cèl·lula també està plena de molècules i, en el fons, aquestes són àtoms units entre sí que estan formats per quarks i electrons, aquestos, fins que no es demostri el contrari, sí que són els nostres veritables avantpassats. Especialment els quarks anomenats U, up en anglès i amunt en català, i D, down en anglès i avall en català. A més en aquest nivell original de la matèria també tenim els electrons, com hem dit, i els neutrins. Tots aquest ajuntats d'una o altre manera formen la matèria visible.


Si ara tornem a refer el camí i construïm el nostre arbre genealògic, veiem que els quarks amb els electrons conformen els àtoms, així ajuntant dos quarks U amb un quark D i un electró tindrem l'hidrogen, l'element més bàsic, senzill i abundant, que només es va produir en el moment inicial, mai més s'ha produït hidrogen en cap lloc de tot l'univers. A partir d'aquest àtom bàsic podem anar ajuntant més quarks al nucli de l'àtom i més electrons a la seva òrbita i anirem creant elements químics més complexes, com l'heli, el liti o fins i tot el carboni, amb dotze partícules al nucli, entre protons i neutrons, o l'oxigen amb setze. Això passa a les reaccions nuclears dins de les estrelles.

Ara que ja podem formar àtoms, si els comencem a ajuntar obtindrem molècules que ens serviran per a fer coses més complexes com podrien ser els aminoàcids i les proteïnes que es van crear en els oceans primitius dels que van sorgir les primeres cèl·lules i d'on després començaria a créixer la cadena evolutiva.

De totes formes aprofitarem per a recordar que la massa és una forma de l'energia i que aquesta no es destrueix, només es transforma, per tant els nostres àtoms poden descompondre's fins a la forma elemental o passar a ser únicament energia, sense massa, però que d'aquesta tornarà sorgir nova massa, en algun moment.


Ah¡ i penseu que la matèria visible està per sota del 5% de tota la massa de l'univers, la resta és matèria fosca i energia fosca, de les quals, només de la primera actualment s'intueixen els components, de la segona no se'n sap què la composa.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 197 del maig de 2016

divendres, 1 d’abril de 2016

Ones gravitacionals

Ja les va predir Einstein en la seva formulació de la teoria de la relativitat general, la que inclou la gravetat, el 1916, ara fa 100 anys. Aquest any, 2016, per primer cop ha sigut possible detectar-les. A partir d'ara ja podrem observar l'univers i la matèria que conté d'una altra forma. Fins ara ho fèiem observant les ones electromagnètiques (EM), des de les ones de ràdio fins als raigs gamma i ara ho podrem fer observant ones gravitacionals. Això implica que si abans només podíem estudiar el 5% de l'univers, ara pujarem fins el 23%, doncs podrem observar el comportament de la matèria fosca, la qual no emet cap mena d'ona EM, però sí gravitacionals.

La detecció d'aquestes ones s'ha fet a un aparell anomenat LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) que de fet són dos interferòmetres, un a Livingston i altre a Hanford als Estats Units. I són dos aparells per comparar les deteccions entre ells i eliminar possibles errors degut a petits sismes o d'instrumentació. Cada aparell, amb forma de L i amb una longitud de 4 km a cada braç, consta d'una cavitat òptica, per on circula la llum làser emesa i que en absència d'ones gravitacionals ha de trigar el mateix en fer el recorregut total tan per un braç com per l'altre i per tan, al ser una interferometria s'anul·len les ones i no es produeix cap detecció anòmala.

Ara bé, si existeix una ona gravitacional pel mig la llum es desfasa doncs un braç s'allarga i l'altre s'estira i provoca una detecció. Ens hem d'imaginar les ones com si llancéssim una pedra a l'estany provocant aquest cercles que es van propagant. Aquestes ones modifiquen la posició en l'espai de l'aigua que estava tranquil·lament plana i ara puja i baixa. Les ones gravitacionals fan una acció similar dins del teixit espai-temps que ens envolta fent que les distàncies es modifiquin per la seva acció. El nivell de variació detectat ha sigut de 10⁻19 metres. Una deumil·lèsima de cops més petit que el nucli d'un àtom.
LIGO de Hanford

Així el 14 de setembre de 2015 els dos detectors LIGO van observar una senyal i després de prop de cinc mesos més tard ho han fet públic. L'origen es situa en dos forats negres, de 36 i 29 masses solars, que ens van fondre en un de sol fa 1.300 milions d'anys i que en el darrers 20 milisegons del seu xoc van emetre tres masses solar en forma d'energia com ones gravitacionals. Ha sigut l'explosió més forta observada pels humans després del Big Bang.

Aquest esdeveniment ens obre les portes per observar l'univers amb altres ulls, els de l'espectre gravitacional, desconegut fins ara, però que caldrà anar emplenant amb noves deteccions. De fet ja existeix un segon projecte, aquest cop a l'espai, anomenat LISA Pathfinder i que es completarà amb el eLISA cap a l'any 2034.


Serà molt probable que als investigadors que han participat en aquest projecte els hi arribi el premi Nobel en no gaire temps.


Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 196 de l'abril de 2016

dimecres, 2 de març de 2016

Estrelles dobles

Són les que a simple vista quan mirem el cel a ull nu semblen una sola estrella, però que quan les mirem amb prismàtics o telescopi, les podem descompondre en dues. En molt poc casos som capaços de separar les dues estrelles. Aquest és el cas d'Alcor i Mizar de la Óssa Major que ja eren utilitzades en temps dels romans com una prova de bona vista per poder ingressar a les legions si les podies arribar a veure independentment.

No totes les estrelles dobles són realment parella, molts cops les perspectives fan que estiguin visualment al tocar l'una de l'altre, però físicament estiguin molt allunyades, aquest és el cas de les estrelles dobles òptiques o visuals. En aquesta situació no existeix cap interacció gravitatòria entre elles i és pura casualitat que es vegin juntes.

Quan sí que tenen interacció gravitatòria parlem llavors de sistemes binaris, la de major brillantor sol ser la primària i l'altre la secundària. En el nostre sistema solar si el planeta Júpiter hagués aconseguit tenir deu vegades més massa, s'hagués encès com estrella i estaríem en un sistema binari d'estrelles. Potser llavors no hagués existit la vida.

Les estrelles dobles es poden classificar en quatre grups segons el tipus d'aparell necessari per a detectar-les o per les característiques de la pròpia parella, així tenim:
-Visuals, quan les podem veure amb un telescopi
-Espectroscòpiques, quan cal un espectròmetre per a resoldre-les
-Eclipsants, que poden ser de qualsevol dels dos grups anteriors, però que una estrella eclipsa a la seva companya i fa variar la serva corba de llum. També se les anomena variables.
-Astromètrica, quan no es pot separar amb telescopi, però es detecta una anomalia en el seu moviment orbital degut a la presència de la seva companya invisible.
Sistema doble Alcor i Mizar a l'Óssa Major

La primera estrella doble va ser descoberta el 1650 per l'astrònom italià Riccioli qui va separar l'estrella Mizar en dues, Mizar A i Mizar B. Altres pensen que en Galileu i Castelli el 1617 ja les van observar. Per tant aquest és un sistema, en principi triple, però finalment s'ha descobert que les dues Mizar són al seu temps dobles, així que el sistema Alcor-Mizar complet és quíntuple.

Altres estrelles dobles destacables són:
-Albireo, la principal del Cigne, la del bec, format per una estrella groga de magnitud i una de blava unides gravitatòriament.
-Algol, la segona estrella de la constel·lació de Perseu, que també es coneix com l'estrella del Diable. És un sistema binari eclipsant. Normalment és de magnitud 2,1 però cada cert temps baixa fins a 3,4 durant uns 3 dies degut a que la seva companya l'eclipsa. De fet és un sistema ternari.
-Sírius, la més brillant del cel, al Ca Major, format per una estrella blanca i una nana blanca.

Quasi el 50% de les estrelles estan formades per sistemes binaris i un 10% d'aquest són sistemes múltiples amb més estrelles. Molts sistemes tenen també planetes.


Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 195 del març de 2016