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

divendres, 21 d’octubre de 2016

Els forns de calç d'Argelaguer

Prop del Borró, dins del terme d'Argelaguer, es troben dos forns de calç, quasi bessons, de mides poc habituals

Els forns són llocs tancats, normalment cilíndrics, que es sotmeten a altes temperatures per l'acció d'algun tipus de combustió, amb diverses obertures per carregar i descarregar els productes de la combustió i el material que es vol coure. Els de calç es construïen normalment a l'aire lliure en zones amb desnivells. Així es podia aprofitar una bona part del terreny per fer-la servir com a paret sense haver-la d'aixecar; només calia buidar-lo i revestir-lo d'algun tipus de pedra resistent al foc, per tal que no es degradés a força d'anar fent cuites. Amb les altres parets que s'havien d'aixecar es feia igual. Si la pedra era calcària es podien perdre 2 cm de gruix a cada fornada, per aquest motiu intentaven utilitzar-ne d'altra més resistent al foc. En aquesta construcció atalussada s'hi podia carregar la pedra per la part alta i per la baixa, entrar la llenya i buidar la pedra cuita.

Interior i boca interior del forn. Fotos: Ernest Costa


Interior
Un cop aixecat, la part més important de la cuita era la construcció de la volta interior per sostenir la pedra. Abans de començar-la calia fer un forat rodó en el centre del fons del forn per poder recollir les cendres produïdes al cremar els feixos de llenya. Aquest forat es denominava olla i tenia vora d'1,5 m de diàmetre. Per sobre d'aquest forat ja es començaven a posar les feixines, a mena de bastida per poder aixecar la volta. Aquesta estava feta tota de pedra calcària i anava assentada damunt d'un relleix o banqueta que voltava tota la paret interior aproximadament a un metre del terra. Un cop acabada, la volta era prop de 2 metres més alta que el terra, tenia un gruix d'1,5 metres i havia de ser capaç d'aguantar el pes de tota la pedra que s'havia de coure. La volta, com una obra de pedra seca, es començava a aixecar amb pedres petites a l'exterior i s'anaven posant les més grosses i planeres a l'interior fins arribar a la darrera pedra, que com una clau de volta la collava per la part superior.

Quan es tenia tot el material dintre del forn es procedia a cobrir-lo amb pedres no calcàries i fang, excepte a les vores, per deixar-les com a ventilació i facilitar el tiratge. Per controlar que el procés de cocció fos homogeni s'havien d'anar canviant de posició els forats de ventilació, així s'obligava l'escalfor a passar de manera homogènia per tot l'interior i es coïen igual totes les pedres. El procés podia durar fins a 15 dies seguits, durant els quals calia alimentar el forn sense parar, per tal de mantenir els 900ºC necessaris per produir la correcta descarbonatació de la pedra. Així el carbonat càlcic de la pedra perdia l'anhídrid carbònic i es transformava en òxid càlcic o cal viva.

Cuita
El control de la fornada era habitual fer-lo pel color del fum. Al principi era negre i conforme avançava la cocció s'anava tornant blanc. Finalment per buidar-lo, es deixava refredar un o dos dies, es desmuntava la petita finestra que permetia accedir a la cambra de combustió i, amb un pal llarg, es començava a desmuntar la volta poc a poc, fent baixar les pedres amb compte ja que n'hi havia de fins a 100 quilos. Cal dir que al fer la cocció i descarbonatar-se la pedra es produeix una minva de volum de fins el 40 %, per aquest motiu algunes de les pedres de la part superior s'enfonsaven cap a l'interior. Quan es treia la calç se l'enduien de seguida del forn, així no es feia malbé per l'acció de la humitat ambiental. Encara que també tenien tendals per cas d'emergència. Si s'arribava a mullar es desfeia i s'havia de llençar perquè no es podia fer servir per a res.

Tant la pedra calcària com el guix que trobem a les nostres terres han estat dipositats fa milions d'anys en el fons del que va ser el mar de Tethis i la presència d'aquests materials, s'estén des del País Basc fins al cap de Creus. Els ibers i els romans, com ja descrivia Marc Porci Cató, a D'agricola, tenien forns de calç que funcionaven de la mateixa manera que ha arribat fins als nostres dies. Després de 2.200 anys de funcionament, pràcticament res ha canviat.

                                                                    Dos forns bessons
En Jaume Serra de can Lau d'Argelaguer va treballar 10 anys 
als forns de calç. Aquí el veiem acompanyat de l'escriptor i
 fotògraf Ernest Costa. Foto: Carles Puncernau
Anant per l'antiga carretera N-260 de Besalú a Argelaguer, passat el pont del Borró i entrant als boscos de Can Reig, trobem a tocar del riu dos grans forns de calç aixecats després de la Guerra Civil. Ens ha portat fins aquí en Jaume Serra Mercadé, de can Lau d'Argelaguer. Va treballar-hi durant 10 anys. Va començar quan en tenia 16 i ara en té 86, però recorda clarament molts detalls de quan va estar-hi. Eren propietat d'en Joan de la Calç de Beuda, motiu amb el que era conegut en Joan Oliveras de l'Hostal, qui en tenia quatre més al mas Perer de Beuda i d'altres a Sadernes i Monteia.
Les mides del forn gran són de 4,8 metres de diàmetre i 6,5 m de fondària. La paret que queda damunt de la boca ara només fa 3,8 m d'alçada, ja que que la llera del Borró passa molt a prop i se l'ha endut, així com la placeta on guardaven la llenya per cremar i les pedres calcàries després de coure. El segon, a 12 m de distància en línia recta, fa 4,6 m de diàmetre i 5,0 m de fons. El volum de pedra per coure que cabia a l'interior del gran podia superar els 100 m3, més de 200 tones de pes. Per treballar-hi calien tres persones, que feien torns de tres hores de feina i sis de descans en una petita barraca. Sempre hi havia algú supervisant la cuita. El que descansava podia, si volia, fer-se un sobresou fent llenya al bosc o recollint pedra.

Les pedres les hi duien els camions d'en Prujà de Besalú en vehicles que transportaven 5 tones cadascun, capaços de circular per aquelles pistes. Se'n necessitaven uns quaranta per carregar un forn completament i tota la pedra provenia de la llera del Borró. A causa del gran consum de llenya era necessari que quatre o cinc persones treballessin a bosc proporcionant les feixines. Cadascuna pesava uns 30 kg i en gastaven deu cada hora. Aquesta llenya l'entraven empenyent-la amb una branca llarga de pi d'uns 4 metres acabada amb una mena de forqueta metàl·lica petita per ajudar-se, que l'allargava un altre metre, però que el foc s'acabava menjant si hi estava massa en contacte.

Publicat a la revista "Les Garrotxes" en el seu nº 18 de la tardor de 2016

dilluns, 3 d’octubre de 2016

El Sol (1)

Estem tan acostumats a veure'l i sentir la seva escalfor que no ens preocupem més d'ell, tan sols si fa molts dies que està núvol. El veiem petit però té un diàmetre 100 cops superior al del nostre planeta i dintre seu hi cabrien un milió de Terres per aconseguir emplenar-lo. La seva massa és 300.000 cops la de la Terra i la seva densitat, en conjunt, volta cop i mig la de l'aigua.

El Sol ens irradia energia en forma de calor. El segle XVIII en William Herschel va observar que el Sol era capaç de fondre, al migdia, una capa de gel de 3 cm de gruix en 3 hores i 12 minuts. A partir d'aquestes dades es pot arribar a concloure que la superfície del Sol es troba a uns 6.000ºC. Recordeu que una bombeta de filament incandescent es troba a uns 2.000ºC.

A partir d'aquesta dada es va crear, al llarg del segle XIX, tot un debat científic de quants anys portava el Sol cremant a aquella temperatura, si milers, milions o milers de milions d'anys.

El 1904 ja era conegut que la desintegració de l'urani, passant per radi i acabant en plom, es produïa a una velocitat determinada. Fent càlculs es va arribar a determinar que hi havia roques que tenien entre 400 i 2.000 milions d'anys. La física que es coneixia en aquell moment no permetia explicar com el Sol havia pogut estat tan de temps a aquella temperatura i encara ser-hi.

Si el Sol estigués fet de benzina en uns quantes desenes de milers d'anys ja ho hauria cremat tot. De fet cap font química el podria mantenir encès gaires anys més. A finals del segle XIX la teoria Kelvin-Helmholtz proposava que per contraccions gravitatòries (50 m/any) el Sol podia generar energia, però no anaven més enllà dels 20 milions d'anys, lluny del que ja deien els geòlegs de milers de milions.

En George Gamow, un físic d'origen rus, es preguntava que si una cafetera produís calor a la mateixa velocitat que el Sol en funció de la seva massa, quant temps trigaria a bullir l'aigua suposant que estigués perfectament aïllada. La resposta va ser contundent: mesos. Això és degut a que, encara que el Sol allibera molta energia, si la calculem per gram de massa de mitjana dóna 4,4 10-8 cal/s, que és, fins i tot, més baixa que la que alliberen els nostres propis cossos quan fan el metabolisme.

D'altre banda n'Albert Einstein va dir el 1905 que: si un cos desprèn una certa quantitat d'energia (L) en forma de radiació (llum), la seva massa baixa en una quantitat L/c2. El 1919 el químic anglès Francis Aston va inventar l'espectrògraf de masses que permetia determinar la massa d'un àtom particular. Així va determinar que l'àtom d'hidrogen pesava prop d'un 1% més del que li corresponia, vist el pes de l'heli, format per unió de quatre hidrogens. O sigui que un àtom d'heli pesava menys que la suma dels 4 àtoms d'hidrogen originals. Semblava que perdien massa al fusionar-se.

De fet una bombeta de filament, mentre està cremant, també perd una bilionèsima de gram per segon de massa, encara que no es pugui detectar.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 202 de l'octubre de 2016

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