Norte

Es muy común oír que el Sol es la estrella mas importante para la humanidad ya que casi todo el ecosistema de la Tierra (incluyéndonos) depende de su radiación, y resulta que la segunda estrellas mas importante es... Alfa Ursae Minoris, mejor conocida como "Polaris" o "estrella del norte".

Mientras que la radiación de Polaris no alimenta en lo mas mínimo al ecosistema, su luz nos ha sido de relevancia en la historia. Pero para entender por que es esto, hablemos un poco sobre la esfera celeste.

 

Sistema de coordenadas celestes mostradas rodeando al Tierra.

La esfera celeste se puede dividir por coordenadas, tal como el terreno en la tierra. Por lo general usamos una versión de las misma coordenadas que salen en nuestros mapas terrestres, es decir, dividimos el cielo en una mitad (hemisferios ) norte y sur y cada uno esta surcado por lineas que corren este-oeste y otras norte-sur generando variantes de nuestras coordenadas de latitud y longitud (llamada "ascensión recta"). Así que cada objeto en el cielo (de hecho cada punto imaginable) se designan con un par de números que designan a las dos coordenadas. Las coordenadas norte-sur se designan por "grados", mientras que la linea que divide el cielo en norte y sur se llama ecuador celeste el punto justo sobre nuestros polos son también los polos celestes y al igual que en la Tierra, los polos celestes están a90° del ecuador. Mientras que la distancia este.oeste se podría dividir en grados (360 para dar la vuelta entera) se opta mejor por hacerlo en horas (24 de ellas, claro se les distingue de las horas normales diciendo que son horas de ascensión recta o h.A.R.).

Polaris, justo sobre el polo norte terrestre.

Pero estas coordenadas no solo sirven a los astrónomos a buscar sus blancos  entre los millares de objetos celestes sino que también nos pueden ayudar a orientarnos en la Tierra. El caso mas fácil y usado en encontrar que tan al norte o sur estamos. Si consideramos lo que se dijo en el párrafo anterior, de que el ecuador celestes esta justo sobre el ecuador terrestres y el polo norte (o sur) celeste justo sobre el polo norte (o sur) terrestres entonces se deduce que alguien parado en el polo norte tendrá el polo norte celestes justo sobre su cabeza. Y resulta que en ese punto se encuentra una estrella fácil de ver, la estrella llamada Polaris, Estrella del Norte, Alfa Ursae Minoris, Cynosura, Alruccabah, Phoenice, Navigatoria, Star of Arcady, Yilduz, Mismar, Поля́рная звезда́, 1 Ursae Minoris, HR 424, BD +88°8, HD 8890, SAO 308, FK5 907, GC 2243, ADS 1477, CCDM 02319+8915, HIP 11767 o cualquiera de sus otros nombres (como 勾陳一), aquí le llamare simplemente Polaris. La posición de esta forma esa estrella indica que se puede usar como un punto de referencia en todo el hemisferio norte ya que si esta a una altura de 90° sobre el horizonte (justo sobre nuestras cabezas)  es por que estamos a 90° de latitud norte, es decir en el polo norte (cuidado con los osos), mientras que si esta a 0° de altura en el cielo (sobre el horizonte) es por que estamos a 0° de latitud norte es decir sobre el ecuador. Además, si la estrella la tenemos frente a nosotros, estamos viendo al norte, si esta a nuestra derecha, estamos viendo al oeste.

Una de las formas mas fáciles de encontrar Polaris, usando la constelación de la Osa Mayor, (Polaris esta esta en la Osa Menor).

Considerando esto veamos posible aplicación, la que mas se le ha dado en la historia, la de guiar barcos. Digamos que quieren viajar desde Europa a la costa de América, en primer lugar se han de posicionar de forma tal que tengan a Polaris a la derecha (para ir al Oeste) y han de viajar de frente, asegurándose de ir tan al norte o sur según deseen para hacer a Polaris subir o bajar hasta que su altura sea igual a la de la latitud del lugar a donde quieran llegar. Para regresar no han mas que poner el barco de forma tal que Polaris quede a la izquierda.

 Sextante, instrumento para medir la altura de objetos celestes sobre el horizonte, muy usado en navegación.

Así, ya que en Europa no se conoció  el invento Chino de la brújula hasta tiempo después, Polaris fue la forma de navegar y lograr los grandes viajes de exploración y todas las repercusiones que tuvieron en la historia.

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HELP! (y no me refiero a la canción de The Beatles)

En la ciencia pasa algo con la instrumentación, el desarrollo de nuevos instrumentos suele ser obedeciendo a la necesidad de observar algún fenómeno en particular de manera especifica. Siempre es observar cosas mas tenues, grabar datos mas rápido, ver en otra longitud de onda, etc. Pero suele suceder que en cuanto se logra utilizar algún nuevo instrumento para recolectar datos se descubre algo nuevo, no esperado, que cambia la ciencia.

Telescopio Espacial Kepler, puede tomar mediciones de brillo (y por lo tanto de su variación) con una precisión mucho mayor que cualquier otro instrumento.

Casos de esto son la clave de algunos de los descubrimientos y desarrollos mas importantes en la ciencia. Por ejemplos tenemos al telescopio y el tubo de vació (o de rayos catódicos). En el caso del primero, Galileo se dio cuenta de que el cielo era tan natural como las piedras y en el caso del segundo, su uso llevo al descubrimiento del electrón. Lo inesperado es siempre parte del desarrollo científico y es lo que lleva a nuevos descubrimientos y al subsecuente progreso en el conocimiento humano. Bien, ol inesperado también puede meter a los científicos en aprietos, aunque sea un tipo de problema muy bienvenido. Tal es el caso de la misión Kepler.

Ya en una entrada anterior hablamos sobre la misión Kepler (ver Hagan sus apuestas), la misión que pondría un telescopio en el espacio especialmente diseñado para buscar planetas al rededor de otras estrellas y que seria el primero con la posibilidad de descubrir un planeta tan pequeño como la Tierra. Bueno, Kepler a estado en el espacio ya algún tiempo y ya tiene 15 exoplanetas confirmados y 1,200 candidatos lo que hace de esta misión un rotundo éxito y aun tiene tiempo adelante para continuar operando. Pero por la forma de trabajar de Kepler, tomar mediciones increíblemente precisas del brillo de miles de estrellas, a originado el "problema" de que ahora tienen una enorme cantidad de datos, mas de los que los astrónomos contratados para el proyecto Kepler (que bajo contrato, solo se puede dedicar a buscar exoplanetas) pueden procesar , así que están ansiosos de que alguien trabaje con esos datos buscando.....lo que sea. Ya se han encontrado algunos ejemplos de sistemas estelares que van de lo "poco usual" a los "realmente raro" (los astrónomos de la misión Kepler los llaman los OQD por Objetos "¡¿¿¿Qué Demonios???!" ).

Zona del cielo estudiada por Kepler, calculada para maximizar la posibilidad de encontrar planetas. Y donde encontró una enorme cantidad de sistemas estelares curiosos y OQDs.

Así que si alguien tiene algo de tiempo libre puede visitar el sitio en Internet de la misión Kepler y tener acceso a los datos y ser uno mas de los aficionados a la astronomía que descubren sistemas peculiares entre los OQDs y de esta forma ayudar al progreso de la ciencia. No es que les este dando ánimos, pero como ya se dijo, el descubrimiento de lo imprevisto es de las mejores formas que tiene la ciencia de avanzar, y con la resolución en a toma de datos que puede obtener Kepler no es de sorprender que aparezcan toda clase de cosas nuevas.

Así que, por favor, ayuden a la pobre gente de Kepler que sufrieron una inundación de datos.

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La variedad de esta noche

En el cielo se pueden ver una gran cantidad de galaxias, nebulosas, cúmulos, etc. y existen muchos tipos y subtipos de cada uno de estos. Y con tales cantidades, es imposible generar nombres propios para cada uno de ellos, se pueden encontrar cientos de millones de galaxias en la constelación de Andrómeda, no a todas las llamaremos "Galaxia de Andrómeda". De aquí que en astronomía se utilizan los catálogos para tener nombres para cada objeto relevante. El mejor conocido de todos es el catálogo Messier, creado por el astrónomo francés Charles Messier. Este catálogo es muy usado por los aficionados a la astronomía por consistir en objetos relativamente brillantes y fáciles de ver desde el hemisferio norte (Messier observaba desde París). Pero ¿que pasas con los objetos brillantes que no se pueden ver desde París pero si desde otros lugares mas al sur?

A mediados de los 90's el famoso divulgador de la astronomía británico Sir Patrick Caldwell-Moore (mas conocido como Patrick Moore) publicó un catalogo de cuerpos celestes con objetos que se encontraban en los catálogos Messier y NGC. La publicación de dicho catálogo generó una serie de reacciones apasionadas a favor y en contra. Mientras que muchos aficionados a la astronomía criticaron a Moore por andarle poniendo nombres adicionales a sus amados objetos Messier (lo que para muchos amantes de los Ms es casi una blasfemia) otros se limitaron a decir que era una linda colección de objetos sin razón aparente. Pero la pregunta que uno debe hacerse es: ¿de que sirve el catalogo Caldwell? Para objetos de cielo profundo ya esta e NGC, para uso profesional tenemos el SDSS y similares, mientras que para uso de aficionados el Messier ha funcionado bien............a medias, ya que, como se mencionó, este catálogo es de objetos visibles desde París y los observadores del hemisferio sur no pueden ver muchos de ellos. Otro aspecto es que el catálogo Messier fue creado como auxiliar en la búsqueda de cometas, por lo que se incluyó todo lo que cumplía el criterio de parecerse a un cometa (para saber que NO era un cometa) y en esos tiempos, las galaxias y nebulosas se veían como cometas.

La razón de ser del catálogo Caldwell es esa, la de servir como un muestrario de cuerpos celestes. Tiene tantos objetos en el hemisferio norte como en el sur y es mas variado que el Messier mientras que tiene una cantidad similar de objetos (109 para el Caldwell y 110 para el Messier). Así que mas que un ataque de megalomanía, la creación del catálogo Caldwell fue una buena idea para hacer divulgación y para disfrutar de una variedad de objetos celestes. Así que para los habitantes de latitudes muy al sur, que difícilmente obtendrán buenas imágenes de las galaxias M100 o M98, disponen de C101 o C77.

Galaxias C97 (arriba) y C101 (abajo), dos de los objetos fáciles de ver en el

Abajo pueden encontrar la imagen descargable del mapa celeste de los objetos Caldwell. Para los aficionados a la astronomía les recomendaría observar cada objeto disponible desde su latitud. Inclusive para aquellos que habiten en el hemisferio norte, ya que este catálogo incluyo objetos adicionales a los Messier y es una buena fuente de variedad celeste.

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Paseo por el cielo de Octubre

Para aquellos que disponen de unos binoculares o telescopio aunque sea pequeño, he aquí una pequeña guía de los objetos que se pueden encontrar en el cielo de Octubre. Estas guías están pensadas para observadores que están iniciando en la astronomía pero tienen ya algunos conceptos básicos, asumiré que tiene cielos suburbanos que disponen de instrumentación portátil y algún lugar relativamente oscuro para observar (patio de la casa, algún sector del parque, etc). En particular los mapas son del cielo visto desde Hermosillo, Sonora (coordenadas 110 O 29 N, mas exactamente es la vista desde el domo Observatorio Solar Carl Sagan de la Universidad de Sonora) entre las 8:30 y 9:00 pm, pero bien puede usarse en cualquier lugar del norte de México y sur de Estados Unidos así como cualquier región cercana a los 29° Norte de Latitud, basta con utilizarlos a la misma hora en tiempo local. Es decir, se pude usar en el norte de África, norte de la India y el sur de China, siempre entre las 8:30 y 9:00 pm . Para usarlos mas tarde basta con considerar que todo el cielo deberá desplazarse hacia el Oeste 15° cada hora.

Comencemos con el cielo al sur-oeste. En primer lugar hemos de localizar las constelaciones de Sagitario y Escorpión. Como saben, nuestra galaxia, la Vía Láctea es visible en cualquier época del año como una banda de luz, una región alargada de recorre todo el cielo, pero en al dirección de estas constelaciones se donde se hace mas anche y brillante ya que es la dirección del centro de la galaxia y se ve el núcleo en lugar de solo el disco. Toda esta región del cielo es muy interesante y una buena zona para usar binoculares y telescopios pequeños ya que proveen campos de visión muy amplios y uno puede apreciar una gran cantidad de estructuras brillantes. En la siguiente imagen se puede apreciar esta región del cielo donde en esta época tenemos a Ceres.

Si nos acercamos a la región sobre Sagitario veremos que encontramos muchos ejemplos de nebulosidad, en particular tenemos la nebulosa de la Laguna y la Trifida.

Explorando un poco mas alto en el cielo tenemos las nebulosas del Aguila y la Omega.

Volteando hacia el sur-este. veremos un par de estrellas muy brillantes, son Fomalhaut y el planeta Júpiter. si cuentan con telescopio pueden intentar localizar los planetas de Urano y Neptuno. Mientras que con unos binoculares, se pueden apreciar el brillante Júpiter y si tienen suficiente cuidado y buen pulso notarán algunos de talles de su superficie dividida en bandas y sus lunas, los cuatro satélites Galileanos.

Ahora, ya que terminen con los planetas, giren a su izquierda hasta ver el noreste. En esta región podrán encontrar a la constelación de Cassiopeia que sirve de marcador para encontrar la constelación de Andrómeda. en la constelación de Andrómeda se encuentra la galaxia del mismo nombre (también llamada M31). Esta galaxia, se puede ver como una nubecita o borroncito claro en el cielo. Este es el objeto mas lejano visible a simple vista (mas de dos millones de años luz) y es fácil de encontrar con binoculares, pueden usar las dos imágenes inferiores para encontrar M31.

Ahora, volteando hacia el cenit (el punto directamente arriba) tenemos la imagen que se ve a continuación y en la que se puede ver la constelación de Hercules, pueden usar la imagen siguiente para encontrar el cúmulo de Hercules en esta contelación.

Como sugerencia, también pueden buscar el cometa 103P/Hartley, usen el mapa inferior para localizarlo encontrando suposición dependiendo en al fecha, noten que pueden usar la constelación de Cassiopeia como referencia, en teoría el cometa se podría ver ya con binoculares, pero requiere algo de paciencia localizarlo.

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Mas vale maña que fuerza

Uno de los temas mas populares en al astronomía contemporánea es la búsqueda de planetas extrasolares, tanto por su interés en la búsqueda de potenciales lugares habitables como por su estudio dentro de la astronomía planetaria, sobre todo son importantes para mejorar nuestros modelos sobre la formación planetaria. Proyectos como Kepler y Corot que han puesto en orbita telescopios destinados al estudio de estrellas en búsqueda de planetas que las estén orbitando son los que hacen descubrimientos que mas fácilmente llegan hasta los oídos del público.

Diagrama de una gráfica que muestra el brillo de una estrella y la forma en la que disminuye (en escala exagerada) al pasar un planeta frente a ella. Este es el método de detección planetaria por Tránsito.

Pero un aspecto poco conocido es el método para detectar los planetas. Un planeta es un cuerpo muy pequeño y oscuro que se encuentra muy cerca de una estrella, por lo que detectarlo es sumamente difícil. Es como intentar ver un mosquito que camina sobre un foco de muy alta intensidad. Así que la solución típica que se aplica en la astronomía cuando se requiere observar algo nuevo, recolectar mas luz, no sirve en este caso. Aquí no sirve aumentar la fuerza bruta, en cambio la solución es tener mas maña. No se necesitan telescopios mas grandes, sino saber usar mejor los datos de los telescopios existentes, es decir desarrollar métodos nuevos mas eficientes.

Algunos de estos métodos son de lo mas ingenioso, los dos mas populares consisten uno en observar con detenimiento la estrella y estudiar su movimiento para detectar la leve influencia gravitatoria de algún planeta que la orbite (método de corrimiento Doppler), el otro consiste en medir con la mayor precisión posible para intentar detectar cuando un planeta pase frente a ella y bloquee parte de la luz (por pequeña que sea) y así cause que desde la Tierra la estrella se vea un poco mas tenue (método de detección de Tránsitos). Estos dos métodos han dado cuantiosos resultados pero tienen un inconveniente; que con la tecnología actual solo se pueden detectar planetas gigantes, y salvo contadas excepciones estos son considerablemente mas grandes que Júpiter, los pequeños planetitas como la Tierra siguen siendo indetectables.

Gráfica mostrando el método de detección de Tránsitos con las medidas exactas del tiempo de inicio y conclusión. Observando alteraciones en estos tiempos se podrían encontrara planetas adicionales al causante del Tránsito.

Este problema podría finalmente quedar resuelto por un equipo de astrónomos de Alemania, Polonia y Bulgaria. Este equipo, liderado por Gracjan Maciejewski de la universidad de Jena (Alemania) combinó los dos métodos principales mencionados anteriormente. La nueva forma de detección consiste en tomar mediciones muy precisas del brillo de la estrella, como ya se hacía al detectar tránsitos, pero a diferencia del método anterior, cada tránsito se estudia y se compara con cálculos realizados en computadoras sobre la orbita de los planetas que son responsables del Tránsito, todo esto para lograr detectar pequeñas variaciones en el tiempo en el cuál inician y terminan los Tránsitos (cada órbita del planeta corresponde a un Tránsito)con el propósito de detectar pequeñas perturbaciones, no en la estrella, sino en el planeta que sean causadas por otros cuerpos orbitales de menor masa. Es decir, detectar la influencia gravitatoria de un planeta pequeño empujando o jalando al planeta mas grande responsable del Tránsito. De acuerdo a los cálculos del equipo, un planeta como la Tierra podría alterar el momento de inicio o final del Tránsito de un planeta parecido a Júpiter en un minuto.

Por el momento están usando un telescopio de 0.9 metros para estudiar estrellas y ya han encontrado un planeta con este método, llamado WASP-3c que tiene unas 15 masas terrestres (aproximadamente la masa de Urano) que perturbaba el Tránsito de otro planeta (WASP-3b) de 630 masas terrestres. Hasta el momento es el único planeta detectado con este nuevo método y no es muy pequeño que digamos pero esperemos que se aplique a mas estrellas y sea puesto a prueba.

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¿Qué es lo que mejor hace una estrella? 2

Ya vimos en la entrada anterior de la serie (¿Qué es lo que mejor hace una estrella? I) como es que una partícula cuántica puede lograr acercarse mucho a otra de la misma carga, venciendo la fuerza de repulsión electromagnética. Vimos como se pueden dar en el centro del Sol las condiciones para que se dé el tunelaje cuántico (aunque la probabilidad de tunelaje es reducida, con un porcentaje modesto se puede generar suficiente energía para una estrella).

Entonces veremos que es lo que pasa dentro del Sol. En primer lugar veremos rápidamente los núcleos de algunos elementos e isótopos. Definimos "elemento químico" según la cantidad de protones (partículas con carga positiva) un átomo de una sustancia. Es decir si dos átomos tienen 3 y 4 protones en su núcleo respectivamente, serán cada uno de un elemento distinto (Litio para el de 3 y Berilio para el de 4) y un "isótopo" es un átomo de un elemento dado que tiene una cantidad anormal de neutrones en su núcleo (partículas sin carga). Por ejemplo, la sustancia llamada "Deuterio" es un isótopo del Hidrógeno por que tanto el deuterio como el hidrógeno tienen 1 protón en su núcleo, pero el Hidrógeno no tiene neutrones, mientras que el deuterio tiene uno. Por lo que vemos que un isótopo es una forma rara de un elemento, así el deuterio es una forma rara del Hidrógeno.

Ejemplos de varios núcleos atómicos. Los elementos se definen por la cantidad de protones y los isótopos por la de neutrones.

Todos estos elementos son creados dentro de las estrellas. Como pueden deducir, para transformar un elemento en otro debemos de alterar la cantidad de protones en su núcleo. Y si consideramos que el elemento mas abundante es el Hidrógeno (el núcleo de Hidrógeno contiene solo 1 protón y 0 neutrones) seguido en segundo lugar por el Helio (con 2 protones y 2 neutrones). entendemos que podamos fabricar todos los demás elementos añadiendo partículas a estos núcleos tan simples (a esto se le llama "fusión nuclear"). Pero pensemos ¿como pegar un protón a otro si tienden a repelerse?... Exacto, tunelaje cuántico.

Esquema de recciones en la cadena protón-protón, desde el Hidrógeno 1 hasta el el Helio 4, (la versión estable del Helio).

Dentro del Sol, que esta compuesto de un 75% de Hidrógeno y 25% Helio la principal fuente de energía es el choque (auxiliado por el tunelaje cuántico) de un núcleo de Hidrógeno con otro. A esto se le llama la cadena protón-protón y esta activa durante toda la vida "normal" de una estrella, las etapas de vejez se definen como el periodo en que otras reacciones nucleares ocurren, como la fusión de Helio en lugar de hidrógeno.

Otro esquema similar al anterior, solo que un poco mas detallado.

Como puede verse en los diagramas anteriores, la cadena protón-protón, junta dos núcleos de Hidrógeno para formar uno de Deuterio, liberando otras partículas y energía. luego los núcleos de Deuterio se fusionan con otro Hidrógeno para formar el isótopo Helio 3 que luego pasa a Helio 4, es decir la forma normal del Helio. En cada una de estas reacciones se libera energía que puede tardar hasta 1 millón de años en salir el Sol. Pero como vemos el resultado es que una estrella transforma Hidrógeno en Helio y en ese proceso libera cantidades enormes de energía.

Y si consideran que una estrella como el Sol transforma varios cientos de toneladas de Hidrógeno en Helio cada día, entenderán que mi respuesta de que "lo que mejor hace una estrella es Helio" esta muy justificada (y comprenderán que se podría decir también que es muy buena haciendo neutrinos ya que son producto secundario de todas estas reacciones).

Mi respuesta no habrá sido cursi, pero era astronómica y cuánticamente correcta.

P.D: Al final de la misma película (ver inicio de la entrada ¿Qué es lo que mejor hace una estrella? I) se planteó otra situación astronómica que tenía que ver con el paralaje, en la cuál también opiné de manera diferente al público, pero ese es tema para otra entrada.

¿Qué es lo que mejor hace una estrella? I

En una de las muchas ocasiones en que los físicos hemos sido injustamente calificados de insensibles, fríos, secos, antirománticos y demás elogios similares se cuenta la ocasión en que en un cine se formuló (en medio de una película de lo más cursi) la pregunta "¿Qué es lo que mejor hace una estrella?" y la gente esperaba la respuesta "brillar" , y yo respondí "Helio" (aunque he de confesar que "neutrinos" sería mas correcto).

Y en realidad las estrellas son muy buenas haciendo Helio y neutrinos pues estos son los productos de "desecho" de su proceso de obtención de energía, es decir, de la cadena protón-protón (p-p). Para entender como funcionan las estrellas hay algo que es necesario entender primero, un efecto en la mecánica cuántica llamado "efecto túnel". Veamos si lo podemos explicar (sin matemáticas es un poco difícil, pero lo intentaré).

A diferencia de la física clásica, en física cuántica las partículas no tienen una posición definida, sino una distribución de probabilidad de lugares donde se le puede detectar. Esta distribución se determina como la función de onda.

En primer lugar recordemos algo; en física cuántica no existe el concepto de posición. Es decir, no tiene sentido preguntar si una partícula se encuentra a 3 o 5 metros de alguna referencia. Lo que se puede preguntar es "¿que tan probable es que la partícula esté a 3 o a 5 metros?" Ya que como cuánticamente no existen posiciones definidas, nos tenemos que limitar a decir donde es mas probable encontrar la partícula. Bien, entonces nos quedamos en que las partículas cuánticas tienen una distribución de probabilidad y alguna región donde es mas factible encontrarla.

Ahora pensemos en la energía potencial. Esta es la energía que tiene un objeto cuando se encuentra dentro del campo de alguna fuerza. Por ejemplo, digamos que el campo sea la gravedad de la Tierra (el campo gravitatorio) y la partícula es una esfera que sostengo con la mano. Como la intensidad del campo es mayor en regiones cercanas al centro del mismo que en regiones lejanas, la energía potencial es mayor según la distancia del centro del campo a la esfera. Es decir si mido la energía potencial con respecto a un punto, la calle por ejemplo, y sostengo la esfera con la mano, tendrá una energía potencial menor que si pongo la esfera en el techo de un edificio. Adicionalmente si suelto la esfera, esta energía potencial se transforma en energía cinética (energía que depende de la cantidad de masa y la velocidad). Por lo que al dejar caer la esfera desde arriba del edificio conseguiré que la esfera tenga mayor energía cinética al tocar el suelo que si la suelto desde mi mano. Y de igual manera, se puede transformar energía cinética en potencial.

De esta manera, a diferencia de los casos clásicos donde las barreras son impenetrables, en la cuántica existe una leve probabilidad de que se logre atravesar cualquier barrera, mientras más energía y en consecuencia mas grande sea la distribución de probabilidad de la partícula, mas fácil será atravesar la barrera.

Un ejemplo útil es imaginar que mandamos la esfera rodando por una calle que sube una colina. Al arrojar la esfera le damos una velocidad (energía cinética) y la esfera al subir la colina gana altura (energía potencial) mientras pierde velocidad (energía cinética), por lo tanto transforma energía cinética en potencial (por esta razón las cosas pierden velocidad al ir de subida y aceleran al bajar). Comprendemos pues que para hacer que la esfera llegue a la cima de la colina y pase al otro lado, tendremos que darle una velocidad adecuada para que suficiente energía cinética se transforme en potencial. Claro, mientras mayor la colina, mas energía necesita, es decir, mas velocidad.

Ok ya hablamos mucho de energías y de estar subiendo colinas, pero esto se relaciona con las estrellas por que esta es una forma de explicar el proceso de fusión nuclear. La función nuclear consiste en pegar dos núcleos de átomos de manera que se produzca uno mas grande. El principio es sencillo, hacer que los núcleos se muevan a altas velocidades (tengan mucha energía cinética) y de preferencia en lugares donde las colisiones sean frecuentes (por ejemplo donde la densidad es alta, como en el interior de las estrellas). Y el problema a vencer es que los núcleos de los átomos están todos cargados con partículas positivas (los protones) por lo que la tendencia será a repelerce (recuerden, cargas iguales se repelen y las opuestas se atraen). Esta fuerza que hace a los núcleos repelerce es la fuerza electromagnética y como toda fuerza genera un campo y podemos tener energía potencial. Por lo que un núcleo en presencia de otro tendrá una energía potencial electromagnética.

En el interior de las estrellas, como el Sol, en núcleo es la región donde es mas probable encontrar las condiciones para el tunelaje cuántico.

Pero regresemos al caso de la calle con la colina y veamos que es la misma situación que en la fusión nuclear. El núcleo incidente es representado por la esfera y el campo de potencial por la colina que se debe subir. Entonces el problema de la fusión nuclear es el mismo que con la esfera subiendo la colina, darle suficiente energía cinética (velocidad) como para vencer la barrera de potencial. Y al igual que la colina, donde al alcanzar la cima, la pendiente nos hace permanecer de ese lado, en el caso de los núcleos atómicos también existe una distancia a la cuál la fuerza nuclear supera en intensidad a la electromagnética, por lo que el objetivo es acercar los núcleos a esa distancia (subir lo suficiente la colina).

Pero cuando se calculó la temperatura necesaria para que ocurra la fusión nuclear (recuerden, la temperatura no es mas que una manifestación de la velocidad de las partículas en un cuerpo) se vio que el centro del sol (la parte mas caliente) ¡no tenia la temperatura suficiente! Es decir, ¡los núcleos no se mueven lo suficientemente rápido como para permitir la fusión! Es como si aventáramos la esfera con un velocidad tan baja que no pueda llegar a la cima de la colina. Pero puesto que es evidente que el sol brilla, es también evidente que de alguna manera la fusión ocurre (las esferas no llegan a la cima de la colina, pero por alguna razón se amontonan del otro lado).

Condiciones dentro del sol, en el núcleo la densidad y temperatura aumentan, incrementando la viabilidad del tunelaje.

Aquí entra en juego el dichoso tunelaje cuántico. ¿Recuerdan que en cuántica no se tienen posiciones exactas, sino probabilidades de encontrar la partícula en tal o cuál lugar? Pues si las esferas antes mencionadas fueran cuánticas, entonces al acercarse a la cima (aunque no lleguen) tendrán cierta probabilidad de "aparecer" del otro lado. Esto es por que como una partícula no tiene mas que probabilidades de estar en algún lugar, no se viola ninguna ley física si la partícula de repente "desaparece" de donde está y "reaparece" en algún lado, aunque esto será mas probable si la diferencia de lugares es reducida, es decir cambia poco de posición. Este es el llamado "efecto túnel" que desde un punto de vista macroscópico se interpreta como un repentino cambio de posición de la partícula. Se llama "túnel" por que en el caso de la colina, es como si la esfera pasara por un túnel de manera que no tenga que llegar a la cima para alcanzar el otro lado. De igual manera algunos núcleos dentro del sol pueden "tunelear" atravesar el campo de repulsión electrostático y llegar a la zona donde domina la fuerza nuclear y lograr así fusionarse.

En la segunda parte veremos que papel juega el tunelaje cuántico en la cadena protón-protón.

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