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sábado, 19 de noviembre de 2011

Invierno Rojo

Habrán escuchado decir o habrán leído por ahí (probablemente aquí en Galaxias y Fósiles) que las estaciones son debidas a la inclinación del eje de la Tierra. Es decir, que el hecho de que el eje de rotación de nuestro planeta tiene un cierto ángulo con el plano orbital que NO es 90° es el responsable de que tengamos estaciones.

Comparación entre la inclinación de los ejes y órbitas de ambos planetas.

Esto sucede porque al presentar el eje de rotación una inclinación ( en el caso de la Tierra de 23.5° ) hará que en una parte de su órbita (es decir, en algún periodo del año)  uno de los hemisferios (norte o sur, según sea el caso) reciba la radiación del Sol de forma más directa que el otro y en consecuencia la superficie y atmosfera se calienten generando un verano, mientras que el otro hemisferio recibe la luz de forma oblicua y por lo tanto se enfría produciendo un invierno.
Esta es la razón por la que  se presentan las estaciones en la Tierra y es común encontrar esta explicación en los libros. Lo que casi no se aclara es que el hecho de que la órbita de la Tierra sea elíptica tiene un efecto insignificante, y de hecho mucha gente aun piensa que las estaciones son debidas a la elipticidad de la órbita. Bien, es cierto que el hecho de que la Tierra sigue esa trayectoria elíptica la hace estar en unas ocasiones más lejos del sol y más cerca en las otras, esta diferencia de distancias es ínfima.  Pero ¿Qué pasaría en un planeta donde si haga diferencia? Resulta que uno de nuestros vecinos,  el pequeño y oxidado Marte cumple estas condiciones.

La órbita marciana es dos veces más excéntrica ( en este contexto “excéntrica” implica que es más alargada y por lo tanto menos redonda, no tiene que ver con su forma de vestir o declaraciones públicas) que la nuestra. Mientras que la Tierra se conforma con e=0.06 (“e” es la medida de excentricidad), Marte esta en 0.14 mientras tiene una inclinación similar a la terrestre, de unos 25°. Si reunimos esto con el hecho de que cuando la luz cae más oblicua en el hemisferio sur marciano es justo cuando el planeta está en su punto más alejado del Sol (afelio) y además Marte es 50% mas lejano del Sol que la Tierra, tenemos que en el invierno del hemisferio sur marciano la temperatura ha de caer de forma impresionante.

 Distancia del Sola a Marte en los solsticios y equinoxios del hemisferio norte, por lo tanto el invierno del hemisferio sur ( el que esta en el punto aquí anunciado como "summer solstice") es cuadno Marte está a 1.65 UA del Sol.


 De hecho, Marte también tiene casquetes polares, y la diferencia de temperaturas en los dos hemisferios (norte y sur)  les da una característica muy interesante, el casquete polar norte es de hielo de agua (como en la Tierra)  pero el del sur es tan helado que esta compuesto de hielo de ¡bióxido de carbono!
Comparación entre las dos órbitas.

El bióxido de carbono requiere temperaturas mucho más bajas para congelarse, tanto que en el polo norte marciano no se mantiene congelado, únicamente en el sur. Las noches de invierno en las regiones polares del hemisferio sur marciano han de ser terriblemente frías, combinando los efectos de la inclinación del eje, la distancia al Sol y la elipticidad de la órbita.
Los polos marcianos son ejemplo de las muchas curiosidades que se puede encontrar en el sistema solar, en una futura entrada hablaremos acerca de los polos en otros lugares del sistema solar.

Imagen del casquete polar sur en Marte, se empalman dos imágenes, una de invierno y otra de verano. Se ve al variación en el tamaño.

miércoles, 7 de julio de 2010

Un blog de ciencia con conciencia

Como es conocido, estamos pasando por un proceso de cambio climático debido a nuestra actividad industrial. Esto implica que estamos calentando la atmósfera, lo cual a su vez eleva la temperatura de todo lo que se encuentre en la superficie, incluyendo mares, casquetes polares, etc. Y elevar la temperatura de todo esto tiene consecuencias, en particular en al alteración de la forma en la que se distribuye la energía solar que llega a la Tierra y por lo tanto en el clima.

Roble, ejemplo de árbol, sistema que es muy eficiente y económico para atrapar carbono que de otra forma estaría en la atmósfera haciendo el papel de gas de invernadero.

El centro del problema es nuestra emisión de carbono, en particular monóxido y bióxido de carbono. Estos gases se acumulan en la atmósfera y absorben calor del Sol, el resultado es que nuestra atmósfera contiene mas gases calientes de lo normal. Por su puesto existen mecanismos que eliminan dichos gases de la atmósfera, tales como la absorción por plantas realizando fotosíntesis, o deposición en los océanos. Pero estamos introduciendo mas carbono en la atmósfera del que se puede retirar de forma natural, de aquí su peligrosa acumulación. Simplemente estamos introduciendo tanto carbono que no se podría absorber de forma natural sin que se tome alguna acción. Pero para saber que hacer hemos de considerar que opciones realistas tenemos.

Mientras que estos temas son muy susceptibles a despertar toda clase de pasiones suele ocurrir que se toman acciones que son sentimentalmente satisfactorias pero terriblemente ineficientes, por lo que hemos de considerar que lo mas eficiente es si un gran numero de personas realizamos modificaciones a nuestra forma de vida. Por supuesto, son las grandes empresas las que mas contaminan y de todos los países del mundo es Estados Unidos el principal responsable de los problemas ecológicos (junto con algunos políticos, de salud, seguridad y económicos). Pero es mucho más fácil que uno esté dispuesto a realizar un pequeño cambio. Y existe una forma de medir que tanto carbono entra en la atmósfera por nuestra culpa, una medida llamada "huella de carbono", que es la cantidad total de carbono que viene de nuestras acciones. Por ejemplo, cosas tan simples como tostar un pan, dejan una huella de carbono. La cantidad total de carbono al tostar un pan, es la suma de la contaminación que se debe a la construcción del tostador (extracción materias primas, transporte, transformación, ensamblaje, etc), la elaboración del pan y operación del tostador (generación de energía). De la misma manera, operar un automóvil implica no solo quemar gasolina, sino gastar los neumáticos y el ensamblaje previo del automóvil.

Tomando todo esto en consideración procuré averiguar cual era mi "Huella de Carbono" y resulta que soy responsable de la entrada en la atmósfera de un poco menos de 7 toneladas al año. De las cuales la mitad son causadas por mi subcompacto (motor de 1.3 litros) que uso como medio de transporte y casi todo el resto por mis hábitos de consumo. Así que mientras tomo acciones para reducir mi aportación al incremento de temperatura (prometo optar por productos locales y con la menor cantidad de empaque posible) me pregunté ¿cuál es la huella de carbono de "De Galaxias y Fósiles" (costo de energía eléctrica, uso de computadora, etc )? No tengo idea de los detalles del cálculo pero alguien con una muy buena iniciativa se tomó la molestia de estimar que basta con un solo árbol para absorber el carbono emitido por escribir un blog durante 50 años e inclusive se eliminaría carbono de otras actividades (ir al mandado por ejemplo).

Tan innovadora iniciativa es anunciada en el sitio www.kaufda.de y consiste es solicitar a los bloggers del mundo hacer sus blogs "carbono-neutrales" al escribir una entrada sobre el tema (esta misma) y colocar el logotipo adecuado, a cambio ellos plantarán un árbol para eliminar la huella de carbono. De manera adicional decidí plantar 5 arbustos (y sirven de cerco para que no se salga mi perro "Acritarco" y haga enojar al perrito vecino) y una gardenia, de cuyo bienestar me encargaré, para reducir aún mas mi huella de carbono.

Esta iniciativa es sorprendentemente simple y por lo tanto eficiente que invito a otros bloggers o cualquiera que tenga un sitio en internet a unirse. Si se plantase un árbol por cada blog en la blogosfera, reduciriamos en varios cientos de miles de toneladas la cantidad de carbono en la atmósfera.



Así que mientras manejamos menos, en carros mas pequeños, cuidamos mas la energía y consumimos de forma mas inteligente, plantar algún que otro arbolito no está de mas.

¡¡Bloggers del mundo, unanse!!
(bueno, si no quieren, no se unan, pero de perdida planten un árbol)

miércoles, 7 de abril de 2010

Yendose por al sombrita

Si algo nos queda muy claro sobre el clima es que predecirlo es difícil. Inclusive con los grandes avances que se han dado en simulación computacional y en nuestro entendimiento de sistemas caóticos que nos permiten generar pronósticos relativamente confiables de los próximos días, los pronósticos a largo plazo son complejos y con un margen de error considerable.


El tomate es una de las plantas amantes de la luz intensa y directa del Sol y de las que mas sufren a causa del oscurecimiento global.

Entre los factores mas importantes a considerar es que existen una cantidad impresionante de variaciones que pueden alterar la ya de por si complicada atmósfera. Y esta es la razón para la reducida confiabilidad de nuestros pronósticos. Con esto ya mencionado, veremos en esta ocasión un tema que me pidieron hace unas semanas, el oscurecimiento global.

Se llama Oscurecimiento Global (OG) al fenómeno de recibir cada vez menos radiación solar en la superficie de la Tierra. Es otras palabras, es el efecto que tienen algunas substancias, en especial los aerosoles al bloquear la luz del Sol y causar que al suelo llegue menos radiación. Esto suena como tema de nuevo video de Al Gore pero nos basaremos es algunos resultados de estudios que han estado saliendo.


Erupción del Monte Pinatubo, evento que modifico la cantidad de aerosoles y consecuentemente la cantidad de luz que llega a la atmósfera.

En primer lugar, el resultado esencial que se ha obtenido es que de en las tres décadas que abarcan de 1960 a 1990 la cantidad de luz solar que llega a la Tierra a disminuido en un 4% de forma global (Liepert 2002) (existen indicadores que implican que esta tendencia se esta invirtiendo un poco, probablemente gracias a la prohibición de usar ciertas sustancias en la industria). Esto tiene varias implicaciones.

En primer lugar, este efecto es contrario al calentamiento global (de nuevo recordemos a Al Gore). Esto es por lo que implica que no llegue la luz a la superficie, que se caliente menos. Aunque si se tiene un ligero efecto de calentamiento de la atmósfera que no compensa el enfriamiento del suelo.


Contaminación por aviones. La imagen es de un sector de Europa con considerable trafico aéreo, las líneas blancas son cristales de hielo del escape del motor y reflejan luz de regreso al espacio generando sobra adicional en la superficie.

En segundo lugar, se tiene el efecto sobre la agricultura. Si bien es cierto que para la mayoría de las especies animales, una disminución del 4% en la intensidad de la luz no es muy relevante (sería como una tenue nubecita frente el Sol del medio día), para algunas especies vegetales si tiene un efecto muy fuerte. En particular, algunas de las plantas explotadas en nuestra agricultura se están viendo afectadas (en particular los tomates que requieren mucha luz solar).


Contribuciones y total de variación en el Calentamiento Global, notar como los sulfates enfrían en lugar de calentar.

Entonces por una parte nos evita un poco del problema del calentamiento global, nos causa un problema al hacer nuestra agricultura menos eficientes en algunos cultivos, ya que las plantas que prefieran sombra crecerán mejor, lo que implica la necesidad de ajustar nuestras economías (y recetas) a tener menos de algunas plantas y mas de otras.

En cuanto a las causas, los principales responsables son, como se mencionó, los aerosoles. Pero otras substancias también contribuyen, por ejemplo las erupciones volcánicas y el vapor de los aviones meten ruido. En cuanto a las erupciones volcánicas, se ha metido que desde la erupción del monte Pinatubo en 1991 la cantidad de aerosoles se ha disminuido y en consecuencia se invirtió un poco el efecto de oscurecimiento. Y sobre los aviones, es el desecho de los motores el problema. Cuando el combustible quemado sale del motor del avión lo hace a altas temperaturas, si sucede que el avión cruza una zona particularmente fría, ese vapor sobre calentado se enfriará rápidamente generando cristales de hielo. Estas son la líneas blancas tan distintivas que se ven ocasionalmente tras los aviones al volar. Y como ustedes saben, estas líneas pueden ser bastante largas, de manera que en lugares donde el trafico aéreo es considerable, una parte substancial del cielo se encuentra cubierta de estas líneas que son blancas y reflejan luz de regreso al espacio. Algo interesante es que después de los eventos del 11 de Septiembre (el de las Torres Gemelas en 2001, no la serie de asesinatos cometidos por los gringos en el golpe de estado en Chile en 1973 para imponer la dictadura de Pinochet, un 11 de Septiembre del que aparentemente no se acuerdan), los vuelos comerciales fueron suspendidos y esto reveló un ligero incremento en la radiación medida sobre el suelo (Davis 2002).


Cantidad de aerosoles en la atmósfera, después de la erupción del Pinatubo esto se ha disminuido, en parte por la reducción de contaminantes.

Entonces estos son los aspectos básicos del oscurecimiento global, el fenómeno consiste en tener componentes en la atmósfera que bloquean la luz enfriando un poco el planeta y haciendo la superficie mas oscura. Los responsables son aerosoles y otros elementos contaminantes, mientras que algunos mecanismos reducen la cantidad de este efecto. Las implicaciones son del orden ambiental y potencialmente económico, ambiental por la necesidad de eliminar este efecto o potencialmente de utilizarlo como contra-medida del calentamiento global (lo que no sería recomendable ya que implica mantener un balance delicado, lo que sería complicado). Las implicaciones económicas son por la necesidad de ajustar los cultivos hasta que esto se repare (si es que se repara).

Esta es una muestra de lo realmente complicado de nuestra atmósfera y lo fácil que es perturbarla y causar variaciones en el clima.


miércoles, 28 de enero de 2009

Reporte del clima en el planeta HD80606b

En caso de que este planeando un fin de semana en el planeta HD80606b le vendría bien leer la última información meteorológica. Se pronostican tormentas en todo el planeta cada 111 dias acompañadas de incrementos de temperatura de 500 a los 1200 grados centigrados en un periodo de 6 horas. Y probablemente le interese también que el planeta es gaseoso (4 veces mas grande que Júpiter) y por lo tanto carece de superficie donde clavar la sombrilla de playa.

Lejos de considerarse el Acapulco de la Vía Láctea, este planeta que se encuentra a tan solo 200 años luz de la Tierra fue descubierto en el 2001 por un equipo dirigido por Dominique Naef del Observatorio de Ginebra al estudiar el corrimiento al rojo de su estrella (HD80606). Este mismo equipo encontró su masa, y determinó que la órbita que tenía era la mas excéntrica (la excentricidad es una medida de que tan elíptica es una órbita, una muy excéntrica es muy alargada mientras otra poco excéntrica es casi circular. ) jamas vista en un planeta. Gran parte de su año, que dura 111.4 días lo pasa a una distancia entre 0.7 y 1 UA (Unidad Astronomica = 150 millones de kilometros) pero cuando llega a acercarse a su estrella lo hace a apenas 0.3 UA.

Con estos datos sobre la orbita, Gregory Laughlin y su equipo planeó una observación de 30 horas con el telescopio espacial Spitzer con el propósito de estudiar el calor emitido por el planeta. Para sorpresa de ellos observarón justo el momento en que el planeta pasa detras de su estrella, momento que coincidía con su maxima proximidad a esta, de dicha maneta les fue posible medir cuanto del calor observado era de la estrella y cuanto del planeta.

Los resultados fueron que el planeta, al acercarse a su estrella se incrementa 825 veces con respecto al otro extremo de su orbita, es decir que si uno estuviera en este planeta (no tengo idea de como "estar" en un planeta gaseoso. flotanto tal vez, en alguna especie de globo) uno vería el sol aumentar de tamaño y brillo casi 1000 veces durante medio año y despues desminuir de nuevo a su estado inicial en la segunda mitad del año.

Al obtener los datos sobre la temperatura promedio y la cantidad de radiación que llegaba al planeta Daniel Kasen, director de otro equipo de investigadores utilizó un programa de simulación de dinámica de fluidos y procesos radiativos para estudiar como la radiación de la estrella afecta al planeta. Lo que el programa indicó fue que inicialmente se genera una ráfaga de viento a altas velocidades ( unos 5 km/s ) debidos a que al calentarse la cara que da a la estrella el gas se expande y tiende a irse a la parte nocturna, luego la rotación del planeta se encarga de distorsionar la zona de gas caliente dando como resultado un sistema de tormentas queabarcan casi la totalidad del planeta (probablemente los polos se salven). Basándose en esta información el programa generó una imagen que es la mas realista que se puede obtener hasta la fecha. La imagen se muestra a continuación, así es como se vería el planeta desde la órbita, la zona azul es la parte de día (la imagen es vista desde "atrás" ) mientras que el resto es el fondo negro de la parte nocturna del plantea con las nubes brillando rojas por el calor.

Esta es la primer ocasión en que se obtiene un informe meteorológico de un planeta extra-solar. Pero se espera en el futuro aplicar la misma técnica descrita aquí a otros planetas.



Figura del planeta HD80606b generada por computadora.

Fuente: Universidad de California en Santa Cruz