dissabte, 6 de maig de 2017

Centro de Astrobiologia - CAB

Fa uns dies vaig tenir l'oportunitat de visitar aquest centre que es troba a Torrejón de Ardoz, prop dels terrenys on hi ha la base aèria del mateix nom. Podríem dir que és una subseu del centre d'astrobiologia de la NASA. Dintre hi ha de l'ordre de 160 científics, (físics, biòlegs, matemàtics, químics, paleontòlegs, geòlegs, enginyers) que estudien i fan experiments sobre astrobiologia. Partint de la premissa inicial de que es tracta d'una ciència de naturalesa interdisciplinar, l'objectiu de la qual és trobar resposta a les incògnites relacionades amb la vida, que serien:

Què és la vida, com va sorgir la vida a l'univers, hi ha o hi ha hagut vida a d'altres llocs de l'univers o si hi ha alguna relació entre l'evolució de la vida i la de l'univers donades per la universalitat de la física i de la química, que asseguren que idèntics processos han d'ocórrer quan els mateixos components es troben en el mateix entorn.

En quan a què és la vida, comencen descrivint les característiques d'un organisme viu, que serien: autorreplicació, metabolisme i separació de l'entorn. Prenent com seves dues definicions de vida, una de Schroëdinger, autor del llibre Què és la vida?, on la defineix com ...el que aconsegueix evitar caure en l'equilibri. O bé la de l'Scripps Research Institute que la cita com ...un sistema autosostingut capaç d'evolució darwiniana.

Tot plegat es podria resumir en que la vida seria una maquinària metabòlica proveïda d'una membrana que la compartimenta i amb una plantilla de mecanismes genètics.
Les activitats científiques que duen a terme al CAB es classifiquen en tres grups, tal com indiquen a la seva pàgina www.cab.inta.es:
-observació, experimentació i modelització, en astrofísica, ciències planetàries, biologia i ecologia microbiana
-teoria aplicada a les matèries en les que la investigació del CAB està focalitzada (hidrodinàmica, emergència, fenomens de l'equilibri, auto-organització, fragmentació i fractalitat.
-tecnologia de suport (bioinformàtica, computació, sistemes avançats de comunicació, telemàtica, robòtica)

Per tirar endavant el seu treball cerquen entendre l'origen i l'evolució inicial de la vida requereix, per tant, entendre els cicle dels elements químics a l'Univers, especialment en la formació i evolució de molècules complexes. També la recerca de planetes extrasolars, caracteritzant la seva potencial habitabilitat. Desenvolupar la instrumentació adequada per l'exploració in situ d'ambients planetaris. Desenvolupar eines que permetin la simulació en microescala d'ambients planetaris com Mart o Europa. Entendre els principis bàsics de la vida, la seva evolució inicial i la seva adaptabilitat a condicions extremes. Trobar i analitzar biomarcadors que permetin la recerca de la vida a diferents entorns. Entendre els mecanismes bàsics de la complexitat.

Només tot això.


Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 210 del maig de 2017

dilluns, 3 d’abril de 2017

Per què mirar el cel?

Hi ha molts motius per a fer-ho. Cadascú pot triar el seu. Però el meu llistat començaria per la lluna, tan gran, tan a prop, tan rodona. Per mirar-la en fase plena, cal fer-ho amb un filtre en cas d'utilitzar telescopi, i dedicar-se a buscar mars i muntanyes, uns d'un color altres d'un altre. Però també es molt maca, o potser més, mirar-la en fase creixent. Quan les seves muntanyes projecten ombres sobre sí mateixa, o, com a vegades passa, es veu un punt de llum en mig d'una zona fosca. Què és això?, només és el cim d'una muntanya a la que li toca el llum solar il·luminant-la i la seva base encara roman a la foscor.

Mirar planetes també es espectacular. A simple vista en podem veure cinc, però observar-los amb un telescopi és magnífic. En especial, Júpiter i Saturn. Quan guaites un dia darrera l'altre els moviments del satèl·lits galileans et quedes sorprès de veure un sistema solar en miniatura. I quan el que mires és Saturn sempre quedes bocabadat en veure els seus anells.

Altres objectes celestes dignes de mirar són els cúmuls, tan oberts com tancats, aquestes agrupacions de tantes estrelles juntes. N'hi han molts de destacables. Altra cosa a mirar són les estrelles dobles, especialment quan són de diferent color entre elles. I encara ens queden les observacions de galàxies, com Andròmeda, visible a simple vista o de nebuloses, com la d'Orió.

Si ja tenim un telescopi una mica potent ens poden entretenir en trobar més objectes estel·lars, els del catàleg de Messier, format per 110 unitats, que per les dates de l'equinocci es poden veure gairebé tots.

Tot això són activitats que més o menys es poden fer sempre. Altres, com observar les caigudes d'estels fugaços, meteors seria la paraula correcta, ja no passa cada dia, també és engrescador. Un altre tipus d'observació, que us recomano a tots, és veure un eclipsi total de Sol. No té comparació amb cap altre fenomen astronòmic, en la meva opinió, és el màxim.

També podem valorar els eclipsis de Lluna, més freqüents que els de Sol, encara que no tan vistosos, però que ens permeten gaudir d'un color cendrós del nostre satèl·lit causat per la nostre atmosfera i molt llargs en quan al temps d'observació.

Ens hem deixat els cometes, uns astres amb cua que passen de tant en tant, però que poden ser de lo més vistós de tota la volta celeste. I també cal posar a la llista les sondes espacials que es passegen pel cel nocturn.


Hem de tenir ben clar que tenir una bona agudesa visual és important, però que encara ho és més el trobar un lloc d'observació que no tingui contaminació lumínica. És a dir que els llums estiguin ben orientats i enfoquin cap el terra, que és cap on s'han de il·luminar, no cap el cel. En especial els llums públics, els dels carrer, que paguem amb els nostres impostos i no ho fem per il·luminar el cel i no poder gaudir del cel.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 208 de l'abril de 2017

dimecres, 1 de març de 2017

L'aigua és calenta o freda?

Com ja sabeu la molècula d'aigua està composta per dos àtoms d'hidrogen i un d'oxigen amb un pes molecular de 18. Si féssim una comparació entre molècules similars a les de l'aigua, substituint l'àtom d'oxigen per altres similars, com sofre, seleni o tel·luri, els tres elements que es troben per sota a la seva columna de la taula periòdica d'elements, veuríem que el seu punt d'ebullició no es correspon en absolut. Segons aquesta comparació l'aigua hauria de bullir a -72ºC, en canvi bull a 100ºC, uns 170º per sobra del que li correspondria.

Sembla que l'aigua és més calenta del que li pertoca.

Això és degut a que la molècula d'aigua té una propietat, la polaritat, que fa que les càrregues dels seus àtoms estiguin desplaçades del punt central, facilitant un pont d'unió entre un hidrogen i l'oxigen d'una altre molècula, i es tornin, com dir-ho, com enganxifoses i els hi costi més de separar-se per poder-se alliberar les unes de les altres i bullir lliurament. Aquest fet es defineix com un «pont d'hidrogen».

Igualment, degut a aquesta propietat enganxifosa té una gran capacitat calorífica. És a dir, absorbeix més quantitat de calor que les seves molècules similars per poder-se desenganxar. Es comporta com una esponja de calor. Degut a això l'aigua del mar puja més lentament de temperatura que la terra o es refreda més poc a poc. Actua com un moderador de la temperatura ambient.

El tenir aquest comportament polar també permet molt fàcilment dissoldre altres substàncies polars. Tenint en compte que els teixits humans tenen el 70% d'aigua, facilita la dissolució de proteïnes, àcids nucleics, sucres i midons, que també són polars. O sigui, la química del cos i de la vida es pot desenvolupar en un fons d'aigua, com serien els oceans primitius.

Altre propietat curiosa de l'aigua, que trenca tots els esquemes és la densitat. Normalment quan es refreda un líquid arriba a solidificar, pujant la seva densitat. Tots els sòlids s'enfonsen en presència del seu propi compost en estat líquid. Però l'aigua no. A 100º té la seva mínima densitat, 0,958 g/cm3 i conforme es refreda va pujant per arribar a 1,000 a 4ºC. Ara ve la part sorprenent, si l'aigua passa a sòlid la densitat torna a baixar. El gel la té a 0,92. Això implica que un 8% del gel sòlid sura per sobre de l'aigua líquida, tal com ho faria un iceberg.

Aquesta propietat és extraordinària per la vida, doncs permet que al congelar-se la superfície d'un oceà, el gel es quedi a sobre i permeti continuar la vida existint per sota. D'altra banda es congelaria completament tot el mar, de baix a dalt, a l'enfonsar-se els gel format, acumulant-se en el fons i no es podria viure. Igualment quan es descongela, tal com es fa ara, la part superior gelada es va fonent poc a poc i permet mantenir l'aigua inferior en estat líquid. Si el gel estigués ja en el fons, per no tenir aquesta propietat, no s'arribaria a descongelar mai i tots els mars del planeta haguessin acabat com bloc de gel sense capacitat per generar vida.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 207 del març de 2017


dimecres, 1 de febrer de 2017

Anells

Quan mirem per primer cop el planeta Saturn de ben segur que el que més ens impressiona són els seus anells, esdevé una imatge inesborrable a la nostra retina per molts anys que passin.

Però què són els anells, de què estan formats i perquè es formen?, tots els planetes en tenen?
Anem per parts, no tots els planetes tenen anells, però en el nostre sistema solar sí que en tenen els quatre planetes exteriors, Júpiter, Saturn, Neptú i Urà. Els planetes interiors no tenen anells.
El més vistosos són els de Saturn i després, a distància, Urà, Neptú i Júpiter, aquests dos darrers quasi empatats.
Anells a Júpiter

Els anells estan formats en el cas de Saturn per trossos de gel d'aigua i roques, alguns de mides com cases, altres de centímetres i, també, per molta pols de gel. En el cas dels altres planetes estan formats per roques fetes de silicats.

Els anells de Saturn van ser vistos per primer cop per Galileu el 1610, però no es va imaginar que eren anells al voltant del planeta sinó una mena de nanses o bonys. Va ser Huyghens el 1659 que els va identificar com anells que voltaven el planeta sense tocar-lo. Encara que s'estenen entre els 7.000 km de la superfície del planeta i quasi els 300.000 km. La massa total dels anells equivaldrien a la d'un asteroide de 500 km de diàmetre.

Els d'Urà van ser descoberts el 1977 per un equip d'astrònoms i confirmats, i ampliats en nombre, per la sonda Voyager 2 i el telescopi Hubble fins els 13 que es coneixen actualment. Els de Júpiter i de Neptú són els més febles de tots i els va descobrir també la sonda Voyager 2. Júpiter presenta tres anells i un halo interior formats tots per pols microscòpica. Neptú presenta cinc anells també formats per pols microscòpica.

En quant a la seva formació, no està gaire clara, però darrerament, el 2010, uns científics americans van proposar que els anells gelats de Saturn s'havien format per l'acció de la gravetat del planeta sobre una o més llunes atrapades i que per la força de marea les va acabar destruint. Això passa quan la força de gravetat és superior a la força de cohesió de la lluna atrapada. Semblaria que els altres planetes en lloc d'atrapar llunes només van atrapar pols.

No només s'han descobert anells en planetes, el 1997 es va descobrir a un asteroide de nom Cariclo. Té 250 km de mida, transita entre Saturn i Urà i es va detectar que alguna cosa li passava, doncs variava de lluminositat. El 2014 es va concloure que estava rodejat per un anell de material que segons com li feia ombra. Van resultar ser dos anells de gel que equivaldrien a una pedra de 4 km de diàmetre feta pols. Se suposa que estan fets de cristalls de gel provinents d'algun impacte i, que a més, hauria d'haver estat suau, d'altre manera el material hagués sortit rebotat i la feble gravetat de l'asteroide no l'hauria pogut retenir.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 206 del febrer de 2017

dimarts, 3 de gener de 2017

La sonda Rosetta de l'ESA

La històrica missió de la sonda Rosetta ha conclòs amb el seu impacte damunt de la superfície del cometa on ha estat investigant per dos anys. Això ha ocorregut el dissabte 30 de setembre 2016.

Aquest descens li va donar la darrera oportunitat d'estudiar el gas cometari, la pols i el plasma que el rodeja des de ben a prop de la superfície, prenent imatges d'alta resolució, com la que s'adjunta, la darrera. Ja mai més ens podrem comunicar amb ella. El forats de la seva superfície mostren un especial interès per l'activitat del cometa per ser les úniques finestres per a veure la seva estructura interna.

La missió Rosetta i el mòdul d'aterratge Philae han donat feina des de fa 20 anys als enginyers i l'examen de les seves dades donarà, encara, feina als científics per dècades.

Des del seu llançament el 2004, es troba ara fent la seva sisena òrbita al Sol. Ha recorregut prop de 8 mil milions de quilòmetres, incloent tres passades a prop de la Terra i una prop de Mart per agafar empenta gravitacional, visitant, de passada, dos asteroides, Lutetia i Steins. Després, el juny de 2011 va hibernar durant 31 mesos, per estalviar energia, i la van despertar el gener de 2014 per arribar el següent agost prop del cometa 67P.

El mòdul Philae va posar-se damunt de la superfície del cometa el 12 de novembre del mateix 2014, sent la primera sonda en fer-ho, mentre Rosetta estudiava l'evolució del cometa en la seva aproximació al Sol, des d'una òrbita propera. En total 786 dies voltant-lo, en els quals va tenir que entrar dos cops en mode de seguretat.
Cometa 67P - Foto: sonda Rosetta

La decisió de fer-lo impactar es va prendre pel fet de que el cometa s'allunyava constantment del Sol, ja apuntava a passar la frontera de Júpiter, i l'energia que rebia la sonda no li permetia mantenir un bon funcionament.

Alguns dels sorprenents resultats obtinguts venen de l'estudi de les corrents gasoses provinents del nucli, que ha permès identificar oxigen molecular, nitrogen i aigua amb una composició diferents dels isòtops que hi trobem a l'aigua dels nostres oceans terrestres. Aquests resultats, tots plegats, apunten a que el cometa es va engendrar en una regió molt freda del núvol protoplanetari del sistema Solar fa més de 4.500 milions d'anys.

Per tant, sembla que cometes com el 67P no van aportar aigua a la Terra, tal com es pensava, però que sí hagués pogut aportar altres components, crucials pel desenvolupament de la vida, ja que es van trobar components com l'aminoàcid glicina (necessari per formar proteïnes) i fòsfor (component clau per formar ADN i membranes cel·lulars), a més d'altres compostos orgànics.

Resumint, la sonda Rosetta ha estat una missió de l'ESA, amb contribucions de la NASA, i la primera en la història de trobar-se amb un cometa i escortar-lo en la seva òrbita la voltant del Sol. També la primera en desplegar un mòdul d'aterratge fins a la superfície del cometa i, finalment, a l'acabar la missió impactar de forma controlada sobre el cometa.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 205 de gener de 2017


dijous, 1 de desembre de 2016

El Sol (3)

Al mateix temps les capes exteriors que embolcallen el Sol aniran expandint-se gradualment, transformant-se en una estrella del tipus gegant vermella i el seu radi arribarà fins a l'òrbita de Venus , o potser, fins i tot, de la Terra. Però ja farà anys que la vida haurà deixat d'existir al planeta. El punt final de la vida del Sol serà la seva explosió originant una nebulosa planetària i un residu en forma de nana blanca.

Les reaccions de fusió nuclear es produeixen en el cor del Sol. Aquest representa una quarta part del seu radi i només un 1,5% del seu volum. En aquesta zona tan calenta els àtoms es mouen tan ràpid que perden els seus electrons i això els permet compactar-se fins a densitats 12 cops superiors a la del plom i es comporten com un gas perfecte.

La meitat de la massa del Sol es concentra en el nucli intern. Així en aquest punt la seva pressió és 300.000 milions de vegades superior a la que tenim damunt del nostre planeta. En aquestes condicions, un fotó produït per una reacció nuclear, només pot avançar una fracció de centímetre abans de xocar amb una altra partícula, a la qual li fa augmentar la seva energia momentàniament i després la torna a emetre. Avançant d'aquesta manera, xoc darrera xoc, el fotó (la llum) que es produeix en el nucli del Sol, que hauria de trigar 2,5 segons en sortir a la superfície si anés en línia recta, pot arribar a necessitar quasi 10 milions d'anys per sortir-ne.

Gairebé bé cinc vegades la nostra distància amb la galàxia d'Andròmeda. Vist d'una altra forma, la llum que rebem ara es va generar fa 10 milions d'anys. Per contra els neutrins, originats també durant les reaccions nuclears, sí que triguen els 2,5 segons esmentats, ja que no interaccionen amb cap altra partícula.

Un cop ens allunyem del nucli, la temperatura del plasma va disminuint. A la meitat de la distància entre el centre i la superfície, la densitat és com la de l’aigua i una mica més enllà, a dos terços del camí, és com la de l’aire que respirem. Hi ha un moment que les condicions són tals que els electrons tornen a adherir-se els nuclis. Els fotons que arriben són absorbits i tot just emesos, de manera que els àtoms s’escalfen.

En aquesta zona, per desfer-se de l'excés d'energia, l'estrella utilitza la convecció, vol dir que produeix bombolles de material calent que pugen cap a la superfície tal com ho fa l'aigua en una olla posada al foc de la cuina per escalfar. Aquesta zona es coneix com la zona convectiva i ocupa un 15% del radi del Sol, els 150.000 km més externs del Sol.

A la superfície, la part visible, hi ha una primera capa anomenada fotosfera, amb una temperatura de 6.000ºC. La pressió és una sisena part de l'atmosfèrica i la densitat menys d'una milionèsima de la de l'aigua.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 204 del desembre de 2016

dimecres, 2 de novembre de 2016

El Sol (2)

Cap el 1920 ja s'intuïen les reaccions de fusió nuclears i, segons aquestes, el Sol necessitava una temperatura de 10.000 milions de graus per poder-les produir. Però, d'altre banda se sabia que la temperatura al nucli del Sol era de només 15 milions de graus. Hi havia un gran conflicte.

El 1927 en Werner Heisenberg ja havia enunciat el seu principi d'incertesa, dins dels postulats de la física quàntica, i va ser el 1929 quan els treballs de Houtermans i Atkinson van permetre entendre que les reaccions nuclears de fusió es produïen pel conegut efecte de túnel quàntic. Es coneguda una anècdota ocorreguda entre en Houtermans i la seva novia, Charlotte Riefensthal, quan una nit sense lluna es va vantar de ser l'única persona al món que sabia perquè brillaven les estrelles. No se sap si va ser per això però es van casar dos anys més tard.

Aquestes reaccions per efecte túnel són molt difícils de que es produeixin, és a dir, són molt poc probables. De fet es produeix una cada mil milions d'anys, però com que al Sol n'hi ha tants àtoms el resultat és el que veiem. Per intentar explicar com funciona l'efecte túnel, intentaré fer-ho amb una comparació. Seria com si un saltador estigués tancat dintre d'un recinte clos de 5 metres d'alçada i no el pogués saltar, amb la nostra física i en condicions normals. Doncs la quàntica ofereix una petita possibilitat de poder-lo travessar sense cap problema, et llences de cap contra la paret i la travesses sense cap mal. Pels humans és com un miracle, però és així.

En transformar hidrogen en heli, el Sol perd 4 milions de tones de matèria cada segon, transformant-la en energia segons l'equació d'Einstein, però no cal preocupar-se, en els 4.500 milions d'anys que porta cremant només ha perdut 5 mil·lèsimes de la seva massa inicial. D'altra banda tampoc ha lluït sempre igual. Des del seu origen fins avui, la seva lluentor ha augmentat un 40%. Dintre de 1.500 milions d’anys, quan tingui una edat de 6.000 milions d’anys, serà un 15% més brillant. Quan sigui així, el clima de Noruega serà semblant al que ara té el nord d’Àfrica.

Hi han experts que pronostiquen que quan aquest augment sigui del 40%, en 3.500 milions d'anys més, l'augment de temperatura superficial del planeta haurà eixugat els oceans i la Terra esdevindrà com ara veiem Venus. Semblaria probable que ja no pogués existir vida sobre el planeta.

Aquest augment de brillantor estarà ocasionat per l'esgotament de l'hidrogen com combustible, que al cremar amb menys intensitat, permetrà que el Sol es contregui cap el nucli. Aquest procés continuarà fins que la força de la gravetat, a l'escalfar el nucli, permeti encendre les reaccions nuclears que permetin, a l'arribar als 100 milions de graus.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 203 del novembre de 2016