dilluns, 2 d’abril de 2018

Stephen Hawking (1942-2018)


El passat mes de març va morir a l'edat de 76 anys, Stephen Hawking, prestigiós cosmòleg que va revolucionar la forma de pensar i entendre l'Univers. Nascut a Cambridge on va estudiar física, decantant-se després per la física teòrica, tot i que ell volia iniciar-se en matemàtiques.

Va fer el doctorat amb un altre gran cosmòleg anglès, en Dennis Sciama, i el va obtenir el 1966 fent una tesi sobre Les propietats de l'univers en expansió. Des del 1979 va ocupar el lloc de professor titular de la Càtedra Lucasiana de matemàtiques fins el 2009, càrrec havia estat ocupat prèviament per Sir Isaac Newton.

Als 21 anys se li va diagnosticar la malaltia de l'ELA, esclerosi lateral amiotròfica, i els metges li van donar, com a molt tres anys de vida. Encara i tot, es va casar i va tenir tres fills.

La seva imatge s'ha convertit en la del major divulgador de la ciència, especialment l'astronomia, a un nivell similar al de Carl Sagan. Si haguéssim que triar entre les seves activitats més destacables, hauríem de començar sense cap dubte pel treball sobre els forats negres, intentant fer una descripció de la seva evolució des del punt de vista de la física quàntica. També va descriure (1976) la radiació, anomenada de Hawking, que permet que un forat negre, en contra del que es pensava, es pugui arribar a evaporar. Això sí, en milers de milions d'anys.

També va estudiar les lleis bàsiques que governen l'univers. Amb en Roger Penrose van proposar que el forats negres eren com el Big Bang, però del revés. Partint de la Teoria General de la Relativitat d'Einstein deduïren que l'espai i el temps va tenir el seu principi en el moment del Big Bang i tindran la seva fi com forats negres. Encara que aquesta fi sigui d'aquí a 20.000 milions d'anys.


Un altre estudi sobre la qual va destacar va ser la Teoria del Tot, on suggereix que l'univers evoluciona segons unes lleis ben definides. Deia que aquestes ens poden dur a trobar les respostes de com va ser l'origen de l'univers. Igualment cap a on va i com acabarà. Abans del moment del Big Bang, defensava, que no existia res, que aquell moment va ser una singularitat en la qual no aplicaven les lleis de la física.

Tota aquesta temàtica tan complexe intentava difondre-la de forma senzilla tal com va assajar a La breu història del temps (1988), llibre del qual va vendre 10 milions d'exemplars. I el va tornar a atacar de nou amb Brevíssima història del temps (2005) on intentava fer-se comprendre millor.

Altres llibres seus van ser Forats negres i universos primitius i altres assajos (1993), L'univers en una closca de nou (2001), El gran disseny (2010).

Darrerament es va interessar en temes d'intel·ligència artificial, que veia com un risc per la humanitat, o en el canvi climàtic, indicant que el planeta Terra es convertiria en inhabitable, tal com ho és Venus, si no es frenava el descontrol de temperatura ambiental.

Descansi en pau.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 220 de l'abril de 2018

dilluns, 5 de març de 2018

Més coses de la Lluna


A un anterior article sobre la Lluna, març 2012, ja vaig explicar les coses més comunes sobre el nostre satèl·lit. Avui aprendrem unes quantes més.

Quan va haver l'impacte d'un cos planetari amb la Terra, fa uns 4.500 milions d'anys, el satèl·lit que es va formar, la Lluna, es trobava només a 22.000 km, molt més a prop que ara. Al cap de cent-mil anys ja estava a 65.000 km i ara està prop dels 400.000 km. Aquest distanciament ha implicat una variació de la durada del dia. Tot al principi era d'unes 6 hores. Fa 500 milions d'anys ja durava 20,5 hores, i, ara, 24.

Això és degut a un principi físic denominat conservació del moment angular, el mateix que afecta als patinadors quan giren sobre sí mateixos. L'origen de tot plegat són les forces de marea. La Terra no és un cos sòlid, sinó deformable, i amb una certa forma el·lipsoide. És 1/300 més ampla que alta.
Aquests bonys tiren de la Lluna i l'acceleren, fent-la marxar una mica de nosaltres. Se'n va 37 mm cada any i el dia s'allarga 2 mil·lisegons cada segle.

De fet, el sistema Terra-Lluna està considerat com un sistema planetari doble, com Plutó i Caront.

Respecte la seva composició interna el seu nucli és només el 3%, format per ferro o sulfurs de ferro fosos. El mantell forma un 90% i l'escorça, de gruix variable, seria la resta.
En aquesta trobem terres altes i mars. Aquests darrers no són d'aigua, sinó grans planúries de lava. Les terres altes són de color més clar i abruptes amb molts accidents. El terra està format per un material nomenat regolita, pols molt fina procedent de l'impacte de meteorits amb les roques lunars.

Lluna creixent.
Foto de Santiago Llobet (Wikicommons)

Per observar la Lluna amb un telescopi el pitjor moment és quan es troba en fase de plena o 3-4 nits abans o després i és recomanable utilitzar un filtre protector. No causa cap problema fer-ho sense, però acabes enlluernat en pocs segons. L'única avantatge de fer-ho en aquest període és la possibilitat d'observar els sistemes radials dels cràters de Tycho, Copèrnic i Kepler, tres grans astrònoms.

El millor és mirar-la quan es troba en un quart, creixent o minvant, ja reflexa prou llum i ofereix la possibilitat de veure més contrastos del seu relleu. Els raigs de llum solar incideix més obliquament i el relleu es destaca amb més contrast. També ajuda el poder-la mirar quan estigui el més amunt possible en el cel per evitar la turbulència atmosfèrica. Cal dedicar una especial atenció a la zona coneguda com terminador, el límit entre la part il·luminada i la fosca a l'ombra. Aquí destaquen molt millors les ombres dels cràters i muntanyes.

És millor començar-la a observar amb pocs augment i anar pujant per poder aprofundir a les zones que captin el nostre interès. L'observació continuada ens permetrà veure com avancen les ombres o la claror i observar els contrastos. Si ens animem poden portar un quadern i un llapis i entretenir-nos en fer un dibuix, es tracta també d'una branca de l'astronomia que arrossega molts aficionats.



Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 219 del març de 2018

divendres, 2 de febrer de 2018

Sismes al Sol


Ens pensem que només existeixen sismes a la Terra, o sigui terratrèmols. Però estem equivocats, les estrelles també en tenen i la branca de la ciència que els estudia s'anomena Heliosismologia, car bàsicament estudia el Sol, l'única estrella al nostre abast. Potser els podríem nomenar com soltrèmols?. Però també existeixen també a les altres estrelles. Ara es coneix que totes les estrelles vibren, fins les nanes blanques. El seu estudi és l'astrosismologia.

A la Terra es produeixen per raó del xoc entre plaques tectòniques que generen ones sísmiques de vibració i permeten conèixer què passa al subsòl del planeta. En el Sol ocorre el mateix.
Els científics ja havien predit teòricament, el 1972, la generació d'ones sísmiques a l'interior del Sol a partir de les erupcions solars. El 1996 es va capturar unes imatges pel satèl·lit SOHO de la NASA, veure foto, on s'aprecien clarament la formació i propagació d'aquestes ones, tal com l'aigua a un estany. Va ser just després d'una erupció solar i la seva energia es va calcular en 500 cops superior al terratrèmol més important ocorregut mai a la Terra. Correspondria a una magnitud d'11,3.

Es va comprovar que les ones recorrien una distància de 10 diàmetres terrestres en una hora. La seva velocitat accelerava des dels 35.000 km/h inicials fins un màxim de 400.000 km/h quan desapareixia.

Amb aquesta tècnica s'ha pogut determinar millor l'estructura dinàmica de les zones radiatives i convectives del Sol. S'ha pogut saber quina és la velocitat de rotació del Sol a diverses profunditats. A la superfície gira més ràpidament que als pols i es manté igual fins a uns 2/7 parts del radi. Més a l'interior tot gira com si fos un sòlid rígid, amb la mateixa rotació a tots els punts. Per sobre d'aquest límit el moviment, i transport energètic, s'efectua per convecció. És a dir, per una combinació de diferència de densitat i gravetat.

Les mesures a la part del nucli són molt més difícils de fer i menys precises.

Aquestes ones sísmiques s'estudien tan mitjançant telescopis terrestres com per sondes espacials com la SOHO amb heliosismògrafs. Amb aquests aparells podem estudiar les freqüències de les ones que es propaguen pel seu interior i deduir les característiques físiques de l'interior solar. Aquests sons ens permeten conèixer com és el Sol, o altre estrella, per dintre. Sembla que el Sol gira interiorment quatre cops més ràpid que la seva superfície. Altres sondes que també fan aquests estudis són la MOST, la primera llançada pel Canadà el 2003. També la Corot, Wire, i Kepler.

Per poder estudiar el Sol de forma continuada, s'ha creat una xarxa nomenada Global Oscillation Network Grup (Grup de la Xarxa d'Oscil·lació Global,GONG). Formada per sis estacions d'imatges de velocitat extremadament sensibles i estables situades a la Terra per obtenir observacions, gairebé continuades, de les oscil·lacions o pulsacions del "cinc minuts" del Sol. Aquesta és la freqüència a la que el Sol «respira».


Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 218 del febrer de 2018

dilluns, 8 de gener de 2018

La Teoria del TOT

Quan els humans van començar a veure que les lleis de la naturalesa es podien descriure amb fórmules matemàtiques, a les que van anomenar lleis, van intentar cada cop anar més enllà en la formulació d'aquestes. Les primeres que podríem dir eren universal van ser les de Kepler i després Newton. Altres podrien ser, per exemple, les d'Ohm, Maxwell o Mendel.

Poc a poc es van anar descobrint interrelacions entre la matèria i es va trobar la nova força electromagnètica. La força de la gravetat ja es coneixia. Molt més endavant, cap el 1970, es van conèixer les forces relatives a les partícules que formen els àtoms, com són les forces nuclears fortes i febles, però que a nivell quotidià no les podem apreciar per no ser de llarg abast i actuar només a nivells atòmics.

Quan va aparèixer Einstein en el món de la física, a primers del segle XX, tot el coneixement fins el moment va trontollar. En part també el va ajudar Planck, creador de la teoria quàntica. Les coses ja no van ser com fins aleshores. Einstein va intentar tota la seva vida unificar la força gravitatòria amb la quàntica sense aconseguir-ho. El que volia era ajuntar en una única fórmula matemàtica les lleis que afecten la matèria macroscòpica (gravetat) amb la microscòpica (quàntica)

No va ser fins els anys 60 del segle XX en que van començar a sorgir teories que unificaven les noves forces aparegudes, ja conegudes d'uns anys abans. Així el 1969 Weinberg, Glashow i Salam van definir una teoria per ajuntar la força electromagnètica i la nuclear feble dins del model electrofeble. Posteriorment es va definir el Model Estàndard de la física de partícules que descriu les relacions entre interaccions fonamentals conegudes, tres de les quatre forces, i les partícules elementals que composen tota la matèria. És una teoria quàntica de camps desenvolupada entre 1970 i 1973 i que és consistent amb la mecànica quàntica i la relativitat especial, per tan no inclou la gravetat, la quarta força existent.


El que es busca és aquesta Teoria del Tot, en anglès se la coneix com ToE (Theory of Everything), és que permeti unificar la mecànica quàntica amb totes les altres quatre forces fonamentals, inclosa la gravetat. Ara per ara, els esforços es concentren en la Teoria de Cordes, coneguda també com Teoria M. Aquestes cordes tindrien una mida de 10-35 metres que correspon a la distància de Planck.
Segons la freqüència de vibració d'aquestes cordes s'originaria una partícula o una altra, així podríem obtenir un electró o un protó.

Però no acaben aquí els problemes, aquesta teoria necessita per poder funcionar l'existència de 10-11 dimensions, quan nosaltres nosaltres només som capaços de percebre quatre, les tres dimensionals i la del temps. Segons aquesta teoria la resta de dimensions estan plegades i no les notem. Per ara els físics i matemàtics treballen sobre el tema però encara l'han de continuar desenvolupant, fins i tot els hi falta teoria matemàtica per arribar a resoldre-la.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 217 de gener de 2018


dissabte, 2 de desembre de 2017

60 anys de l'Sputnik

El 4 d'octubre de 1957 va fer 60 anys que va començar la carrera espacial amb el llançament del satèl·lit artificial Sputnik per part de l'URSS, l'antiga Unió Soviètica. Així va començar l'exploració, i al temps, l'explotació de l'espai al voltant del nostre planeta.

Perquè aquest any?, bastant fàcil. Aquell any va ser l'Any Geofísic Internacional, promogut pel Consell Internacional d'Unions Científiques, entitat fundada el 1931 com una organització internacional no governamental abocada a la cooperació internacional per l'avanç de la ciència.
I aprofitant el fet, el president Eisenhower dels Estats Units va declarar que, al llarg de l'any, posarien un satèl·lit en òrbita.

Els russos, Koroliov, enginyer en cap de l'oficina de disseny OKB-1, i Tijonràrov, col·laborador seu, ja estaven preparant un llançament. Tenien un coet propulsor, un Semiorka modificat, capaç per pujar un satèl·lit d'1,4 tones de pes i posar-lo en òrbita. Però vista l'amenaça de que el nord-americans guanyessin la partida, van optar per reduir el pes del satèl·lit i deixar-lo en 30 kg. Així va néixer el Proteishi Sputnik, el Satèl·lit Simplificat, o PS-1.

Com podeu veure a la imatge es tracta d'una esfera metàl·lica polida de 58 cm de diàmetre i 83 kg de pes. Eren dos hemisferis fabricats en alumini de 2 mm de gruix units amb 36 cargols i una junta de goma. El seu interior estava pressuritzat amb nitrogen a 1,3 atm. No tenia cap sistema d'estabilització i al seu interior contenia un parell de transmissors i un sistema de control de temperatura i pressió molt senzill. Les seves típiques antenes feien 2,4 i 2,9 m de llargada.

Viatjava a una velocitat de 29.000 km/h i es podia veure amb dificultat, magnitud 6, des de la Terra. Cada 96,2 minuts feia una òrbita. El que sí que es veia era una etapa del coet de 27 m. visible amb magnitud 1. El van llançar des de les estepes del Kazakhstan, on encara es troba el Cosmòdrom de Baikonur.

Els científics russos van obtenir informació de la densitat de les capes altes de l'atmosfera i la propagació de les seves senyals de ràdio va ajudar a comprendre millor la ionosfera.

Els EEUU no van llançar el seu primer satèl·lit orbital fins l'1 de febrer del 1958 amb l'Explorer 1 el que va descobrir els cinturons de radiació de Van Allen. Però els russos els hi havien guanyat la partida. Segur que molts radioafeccionats del moment van seguir la seva pista capturant el seu conegut bip-bip.

Va ser l'nici de les deixalles espacials que actualment ja puja fins a 17.000 objectes residuals dels 40.000 enviats. De tots ells només un 10% estan actius.

Els senyals van continuar durant 21 dies fins que la vida de tres bateries de plata-zinc, que pesaven 51 kg, dues per als transmissors i l’altra per a la ventilació, es van esgotar el 26 d’octubre. Sputnik es va cremar en tornar a entrar a l’atmosfera de la Terra el 4 de gener de 1958 després de fer 1.440 òrbites. El camí cap a les estrelles era obert, va dir en Koroliov.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 216 del desembre de 2017

dijous, 2 de novembre de 2017

Sonda Juno a Júpiter

Aquesta sonda llançada el 5 d'agost de 2011 per la NASA va arribar a Júpiter el juliol de 2016, després de rebre una assistència gravitacional per part de la Terra, l'octubre de 2013. S'espera que estigui orbitant el planeta durant 20 mesos i acabi la seva feina el febrer de 2018, després d'haver efectuat 37 òrbites al planeta.

El principal objectiu de la sonda és entendre l'origen i evolució de Júpiter i la seva densa capa de núvols que defensen els secrets de les condicions de la formació del sistema solar. Es vol conèixer millor la composició, temperatura i patrons de moviment d'aquests núvols. Júpiter és un exemple, proper, d'un planeta gegant que ens pot ajudar a entendre la formació d'altres sistemes solars descobert prop d'altres estrelles.

Amb tota la seva instrumentació investigarà l'existència d'un nucli planetari sòlid, farà un mapa del seu intens camp magnètic, que es pensa està originat per un nucli d'hidrogen tan compactat que ha esdevingut metàl·lic i es comporta com un fluid. Mesurarà la quantitat d'aigua i amoníac a la seva atmosfera més pregona. També observarà les seves aurores.

L'actual teoria sobre la formació del sistema solar comença amb el col·lapse d'un gegantí núvol de pols i gas, la major part del qual va originar el nostre proto-sol. Com el Sol, Júpiter està format majoritàriament per hidrogen i heli, capturant les restes que el Sol va deixar. Ara, com va ocórrer no està clar. Els científics es pregunten si primer es va formar un nucli planetari que va capturar gravitacionalment el gas o si una regió, inestable dins del núvol de gas, va engegar la formació de planetes.

Júpiter, degut a la seva mida i de que, segurament, va ser el primer planeta en formar-se, va tenir una clara influència a la formació i evolució de la resta de cossos que orbiten el Sol. Tampoc es coneix quant oxigen conté ni com s'origina el seu potent camp magnètic. Tampoc es coneixen fins a on, en profunditat, arriben les seves bandes acolorides de núvols.

El planeta es troba cinc cops més lluny del Sol que la Terra i, per tant, rep 25 vegades menys de llum solar que nosaltres. Malgrat això Juno serà la primera sonda alimentada amb energia solar a pesar de la distància. Així que els seus tres panells solars s'estenen des del cos hexagonal de la sonda donat-li una envergadura de 20 metres. Mentre orbita gira dos cops per minut per a mantenir l'estabilitat i que tots els aparells tinguin l'oportunitat d'apuntar cap a Júpiter. Pren 14 dies fer una òrbita completa al planeta, el qual gira sobre sí mateix cada 8 hores.

La sonda s'aproximarà fins a una distància de 5.000 km i també intentarà evitar les zones d'intensa radiació al voltant del cinturó equatorial per protegir els seus aparells. Al cap de dos anys d'orbitar-lo, Juno haurà completat la seva missió principal i els científics decidiran el seu final.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 215 del novembre de 2017

dilluns, 2 d’octubre de 2017

La sonda Cassini-Huyghens

Fa 20 anys, el 1997, va ser llançada aquesta sonda a l’espai amb la idea de fer un llarg viatge per visitar el planeta Saturn i fer-hi una llarga estada. Es tracta d’una sonda no tripulada projectada per la NASA, ESA i ASI (Agència Spaziale Italiana).

Va se llançada des de Canyaveral el 15 d’octubre de 1997 i va estar 7 anys viatjant per arribar a l’òrbita de Saturn l’1 de juliol de 2004. Constava de dues parts, la pròpia nau Cassini i la sonda Huyghens. El desembre del mateix any es van separar. La Huyghens va anar a estudiar Tità, el major satèl·lit de Saturn, i es va posar a la seva superfície el gener de 2005. Ha sigut la nau que ha tocat la superfície d'algun lloc més lluny de la Terra.

La Cassini va continuar orbitant Saturn per estudiar-lo en profunditat, convertint-se en la primera nau que se li posa en òrbita, encara la quarta nau que el visita. Abans l’havien visitat la Pioneer 11 i les Voyager 1 i 2.

Teòricament havia d’acabar el 2008 però, finalment s’ha allargat fins el 15 de setembre 2017, en el que la Cassini amb el combustible esgotat s’enfonsarà dins l’atmosfera gasosa del planeta autodestruint-se. Amb aquesta maniobra s’evitarà que es pugui estavellar contra Tità o Encèlad i s'evitarà qualsevol risc de possible contaminació.

El principal objectiu d’aquest projecte era l’estudiar de prop el planeta i el seu sistema d’anells i llunes. Tenint un especial interès per la seva dinàmica magnestosfera i per la superfície i atmosfera de Tità. Durant l’estudi d’Encèlad es va descobrir que enviava partícules de gel cap a l’espai, tenint aquest raig més de tres vegades el diàmetre de la pròpia lluna. A més aquestes partícules ajudaven a engreixar l’anell E de Saturn. Com que es va apropar fins a 25 km de la seva superfície va poder observar que en ella existia una mena d’oceà, susceptible de contenir vida.
Saturn eclipsant el Sol (Foto: NASA)

Un cop finalitzats els seus teòrics 4 anys d’estudi i, veient que es podien allargar, van fer les missions Equinocci i Solstici.

A finals de 2016 va començar la darrera fase que es va anomenar el Gran Final, la qual per sí mateixa podria ser considerada una tercera missió. A partir d’aquest abril de 2017 va començar tot un seguit d’agosarades òrbites, aprofitant per passar ben a prop de Tità, voltarà prop dels anells de gel, per a fer finalment una sèrie de 22 capbussades entre el planeta i els seus anells. I el 15 de setembre de 2017 es submergirà a l’atmosfera de Saturn, autodestruint-se.

Finalment haurà fet 293 òrbites a Saturn i visitat Tità en 126 ocasions. Per arribar a Saturn va ajudar-se gravitacionalment de Venus, la Terra i Júpiter. Va implicar a 33 països amb unes 5.000 persones involucrades. El cost va superar els 3.000 milions de dòlars.

Amb la sonda Cassini hem pogut veure en longituds d'ona que l'ull humà no hi pot veure i sentir el camp magnètic i les diminutes partícules de pols que cap mà humana podria detectar, segons explica la NASA. Quan hi tornarem?

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 214 de l'octubre de 2017