Hasta que la muerte los separe (en pedacitos) I

No es que nos vayamos a poner románticos, pero hablemos un poco sobre la separación, por lo general drástica, que marca el final de la vida de una estrella. En primer lugar veremos estableceremos lo que entendemos por "vida" de una estrella para entender las formas posibles en las que puede concluir.

Estrella muerta y adecuadamente despedazada. El pequeño punto brillante del centro es lo que quedó del núcleo, mientras que la estructura en forma de anillo de colores es lo que constituyó en el pasado la parte exterior de la estrella. Este es un ejemplo de nebulosa planetaria llamada M57.

Como ya se había mencionado en otras entradas (véase Brillando bajo presión) las estrellas son sistemas regulados por el calor que producen. Y siempre hemos de recordar que una estrellas es una enorme esfera de gas (ok ok, en realidad es plasma, pero un tipo de gas a fin de cuentas). Y al estar la parte interna de esta esfera de gas sometida a muy alta presión por tener que soportar el enorme peso de las capas exteriores se calienta llegando a temperaturas sumamente elevadas, y como el hecho de que un cuerpo se encuentre muy caliente implica que sus partículas se estén moviendo muy rápido, se tienen las condiciones suficientes como para iniciar el proceso de fusión nuclear, que consiste en chocar un núcleo de un átomo contra otro a velocidades tan altas que se queden pegados formando un nuevo núcleo mas grande. De esta manera, las estrellas fusionan su componente mas abundante que es el Hidrógeno para generar Helio el cuál se va a cumulando en el centro (por ser mas pesado que el Hidrógeno, el Helio "cae" al centro de la estrella).

De esta manera la estrella va fabricando átomos cada vez mayores, pasando por el litio, berilio, oxigeno, nitrógeno, etc etc, hasta llegar al Fierro. Pero las condiciones de presión y temperatura necesarias para fusionar Fierro no las puede alcanzar una estrella ya que se requiere tanto calor, por lo tanto, un presión tan elevada que implica un masa que haría que la estrella se autodestruya instantáneamente antes de alcanzarla. Por lo que tener un núcleo lleno de Fierro implica el final de la actividad normal de una estrella. Es lo que se le llama "fin de la vida adulta de la estrella" o en términos astronómicos, "salir de la secuencia principal".

En cuanto suceda que la estrella sale de la secuencia principal pasa a una etapa llamada "Gigante roja" que dura unos cuantos millones de años (muy poco para términos de la vida de una estrella) en la cuál fusiona Helio para producir núcleos de átomos mayores. Pero el tiempo que tarde dentro de la secuencia principal y lo que pase cuando sale ya dependerá de cada estrella, veamos algunos casos:

Posibles rutas de evolución, es decir, diferentes tipos de "vidas" que pueden tener las estrellas en función de la masa que tengan.

Estrellas muy chicas.- Para estrellas que tenga la mitad de la masa del sol o menos, tardarán mucho en terminarse el hidrógeno disponible ya que en sus núcleos tendrán presiones y temperaturas para mantener la fusión sólo en regiones limitadas. Y al terminar de fusionar todo el hidrógeno del núcleo y llenarse este de Helio, la estrella se encontrará en una situación en la que será una esfera de Helio cubierta de una delgada capa de Hidrógeno. Pero esa capa no será lo suficientemente pesada como para comprimir el Helio lo suficiente como para fusionar el Helio, por lo que la fuente de energía de la estrella se apagará y la estrella habrá terminado su "vida" entrando en una etapa conocida como "enana roja" en la cuál se irá enfriando lentamente hasta llegar a ser una "enana blanca" y por último una "enana negra". Esta última es ya la etapa final, un cuerpo frío que no genera energía y es muy parecido a un planeta como Júpiter en versión gigante.

Estrellas de masa media.- Cuando la estrella es mayor a las 0.5 masas solares el Helio producido se acumula formando un núcleo de considerable masa cuya gravedad llega a comprimir las capas de Hidrógeno directamente sobre él permitiendo que continúe la fusión aunque esta vez sería fuera del núcleo. Este proceso continúa hasta que se acumule tanto Helio que se den las condiciones para iniciar la fusión de este elemento. Así comienza a cadena CNO que es una seria de reacciones nucleares que produce toda una variedad de elementos químicos pesados. En estas estrellas, se genera una gran cantidad de energía en esta etapa tardía de su vida, por lo que las capas exteriores se calientan y se expanden, pero dicha expansión provoca que la parte mas exterior de la estrella sea mas fría y se vea roja, de ahí que estas estrellas viajas se les llama "gigante roja".
El final de esta etapa llega cuando el cuerpo se torna inestable y comienza a arrojar las capas exteriores formando una nebulosa planetaria, al suceder esto el núcleo se queda sin las capas que lo presionaban y consecuentemente se detiene la fusión por lo que se comienza a enfriar y termina sus días como una enana blanca.

Estructura de una estrella muy masiva de edad avanzada. Se muestran las zonas de fusión de varios elementos dejando un núcleo de Hierro.

Estrellas muy masivas.- Ahora llegamos a lo bueno, las estrellas masivas. En estos cuerpos con núcleos enormes, no solo se fusiona Hidrógeno y Helio sino que se logran las condiciones para fusionar otros elementos expandiendo la estrella hasta tamaños considerables, y como se mencionó antes, llegando hasta el Hierro. Pero en estos casos el momento en el que se detiene la fusión es cuando el núcleo se llena de Hierro, lo que causa un repentino descenso en el temperatura. Y manda a las capas exteriores acelerándose en caída sobre el núcleo hasta que "rebotan" sobre él y chocan unas partes contra otras generando una explosión muy violenta llamada "super-nova". Durante este proceso es cuando se generan los elementos mas pesados que el Hierro y suele terminar con un remanente estelar (lo que queda del núcleo) que puede llegar a ser de masa considerable.
Lo que pase de este remanente de supernova dependerá de su masa y será tema para la siguiente entrada ya que se requiere mucho mas espacio para hablar de las opciones, enanas blancas, estrellas de neutrones y hoyos negros.

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Contando bajo la lluvia

Contar bajo la lluvia puede conllevar serias consecuencias para la salud si no se toman las precauciones debidas. Pero si la lluvia es de estrellas se tiene una mayor probabilidad de recuperarse y en cualquier caso, una convalecencia mas corta. Todo este hablar de las lluvias de estrellas se debe a la proximidad de las Leónidas, una de las lluvias mas famosas por sus meteoros brillantes y continuos.

Imagen del cometa Holmes, donde se muestra la expansión de la nube de fragmentos y gas despedidos por el cuerpo principal.

Primero veamos lo que es una lluvia meteórica. Estas lluvias tiene su origen en los cometas. Como ustedes ya saben, los cometas son cuerpos de hielo de varios gases contaminados con polvo, este hielo, al acercarse al sol se gasifica y forma la enorme cola con la que se caracteriza a dichos cuerpos. Dicha cola esta formada en su mayor parte de gas, pero contiene algunos cuantos fragmentos del hielo que solía constituir al cometa. Los fragmentos salen disparados del cometa pero a velocidades relativamente bajas, por lo que suelen quedarse en la vecindad de la órbita del cometa durante varios años (en realidad puede llegar a ser siglos).

Fotografía de larga exposición de las Leónidas.

De esta manera tenemos una gran nube de pedacitos de hielo que miden alrededor de un milímetro (los mas grandes andan en aproximadamente 5 mm, con los ejemplares mayores siendo muy raros) que comparte una órbita en torno al Sol muy parecida a la del cometa de donde salieron, con la particularidad de que se van separando poco a poco de la trayectoria original. Si se da el caso de que dicho cometa tenga una trayectoria que lo lleve "cerca" de la órbita de la Tierra (existen mucho cometas con órbitas que los llevan a distancias considerables de nuestro planeta pero que son cercanas en términos astronómicos), llegará el momento en la nube de fragmentos se acerque los suficiente a nuestro planeta como para permitir que la gravedad terrestre las capture y las haga caer a la atmósfera, donde se calentarán y quemarán por el calor derivado de la fricción con el aire, con lo que emitirán luz y se podrán ver desde la superficie del planeta.

Y por su puesto si el cometa pasó por la cercanía del Sol recientemente se encuentran muchos fragmentos nuevos en la nube y se puede dar que se presente una tormenta meteórica, es decir una lluvia de muy considerable intensidad.

Ejemplar particularmente brillante y famoso de las Leónidas, este meteoro era de tamaño suficiente como explotar al llegar a la atmósfera baja y dejar tras él una nube de gas. La animación son fotografías abarcando mas de una hora mostrando la disolución de esa nube en nuestra tropósfera.

De esta manera tenemos que los meteoros que vemos en una lluvia meteórica son en realidad fragmentos de algún cometa dado. En vista de ello, el estudiar los fragmentos será una forma indirecta de estudiar al cometa, cuerpos que de otras forma suelen ser difíciles de estudiar. De aquí que la información obtenida, si se el recolecta con cuidado puede ser de gran utilidad. Entre los datos mas importantes que se toman de una lluvia meteórica están: la cantidad de meteoros por unidad de tiempo (ejemplo, por minuto), el brillo, y en caso de ser posible, el color.

Simulación de la órbita del cometa Holmes, se ve como se acerca a la órbita de la Tierra sin llegar a tocarla.

Si se dedican a buscar un poco de información sobre las lluvias meteóricas, verán que suelen tener un nombre derivado de alguna constelación, esto es por que les otorga el nombre e la constelación donde esta el radiante, es decir, el punto en el cielo de donde aparentan venir los meteoros, astronómicamente es el punto que se encuentra en línea recta con el movimiento de la Tierra en su órbita. Y como cada lluvia es en una fecha diferentes, esto corresponde a diferentes constelaciones.

Grabado en madera de las Leónidas hecho en el siglo XIX durante uno de los eventos de "tormenta" cuando la intensidad es mucho mayor a lo normal.

En caso de que deseen observar y registrar lluvias meteóricas, se les recomienda visitar la pagina de la IMO para obtener mas información. Y si simplemente quieren disfrutar del espectáculo basta con que se abriguen bien y no se duerman. A propósito, se les recomiendan las Gemínidas, que será del 7 al 17 de Diciembre con un pico de actividad el 14, se pronostica que será la mejor del año.

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Alerta de Observación

E sta noche, del 16 al 17 de Noviembre es cuando se calcula será el pico de actividad de la lluvia meteórica Leónidas. La siguiente entrada será sobre la naturaleza de las lluvias de estrellas, pero por mientras les aconsejo que si pueden se desvelen un poco (la actividad buena suele ser entre la medianoche y las 5 am) para poder apreciar este espectáculo. Claro, sin embargo que los pronósticos no son muy buenos y que las Leónidas de este año no será como las de los pasados (en particular, el 2001). Pero si entre los lectores se encuentra un astrónomo "con el quasar en los huesos" bien podría apreciar el show.

Para observar una lluvia de estrellas no se necesita instrumentos, solo ropa abrigada y una buena tasa de café, en caso de que deseen hacer algún conteo y mandarme luego los resultados (con sus datos personales) sobre cuantos meteoros vieron en cuanto tiempo (por ejemplo; cada 10 o 5 minutos entre tal hora y tal otra se vieron X meteoros), su localización y la cantidad de estrellas que vieron en la constelación de Orión (luego les explico, en la próxima entrada) con gusto lo reportaré con su nombre ante la Organización Internacional de Meteoros.

Recuerden que no importa hacia donde se voltee ya que la lluvia será por todo el cielo, se recomienda el uso de sillas de jardín y una buena chamarra :)

¡Buena suerte y cielos despejados a todos!

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Las luces de los osos

Las auroras boreales son de los espectáculos mas llamativos de la naturaleza y a pesar de que salen en muchos comerciales de refrescos junto con osos polares y villas navideñas alas cuales suele llegar la alegría por estas fechas, siguen siendo de los fenómenos menos entendidos.

Fotografía de una aurora sobre las regiones polares de la Tierra. Nótese el paisaje nocturno en el horizonte. A pesar de que las auroras se presentan las 24 horas del día, es de noche cuando el tono oscuro del cielo favorece ver este fenómeno.

En primer lugar, para aquellos que no son viven entre osos polares o no ven mucha televisión les diremos lo que son la auroras. Se trata de unas cortinas de luz que se ven en la atmósfera alta sobre la regiones polares del planeta.

Esquema de la magnetósfera terrestre cerca del planeta, se presentan las dos zonas circumpolares donde las partículas del viento solar se adentran en la atmósfera.

En realidad todo es culpa del Sol, nuestra amarilla y caliente estrella gusta de emitir cantidades considerables de partículas cargadas eléctricamente en lo que llamamos "viento solar" y el cual impregna la totalidad del sistema planetario. Pero cuando estas partículas cargadas entran en contacto con un campo magnético interaccionan con él. En el caso del campo magnético de la Tierra (conocido como Magnetósfera), tanto el viento solar empuja al campo magnético dándole forma de la cola de un cometa y la magnetósfera desvía al viento solar. Esto es una considerable gracia, ya que es el primer escudo que protege a nuestro planeta de un potencial peligro, ya que el viento solar podría, poco a poco erosionar nuestra atmósfera de no estar protegida por tan intenso campo magnético (se piensa que esta es la explicación de por que Marte tiene hoy una atmósfera tan tenue si existen tantas evidencias de que solía tener una muchas mas considerable, Marte no tiene una magnetósfera tan intensa como la de la Tierra pero si le han detectado débiles auroras).

Espectro de las auroras, se trata de la firma lumínica de los compuestos que están brillando. Estas imágenes revelan la presencia de Oxigeno y Nitrógeno en el aire.

Ahora bien, el campo magnético desvía al viento solar evitando que llegue a la Tierra, pero este proceso no es perfecto, una reducida fracción del viento solar llegar a nuestra atmósfera. Esto es gracias a que existen dos lugares donde tales partículas, si siguen a las líneas de la magnetósfera, serán guiadas hacia abajo, esos lugares son los polos. Sobre los polos, el mismo campo magnético que evita la proximidad del viento solar, lo obliga a adentrarse en nuestra atmósfera. En tales casos, las partículas cargadas chocan con las partículas del aire y al hacerlo se disipa la energía en forma de luz.

Imagen desde el espacio de la Aurora Austral sobre la región polar sur de la Tierra.

Por lo tanto, cuando el viento solar llega y entra en contacto con la magnetósfera Terrestre, esta lo desvía y le permite entrar solo a una reducida fracción y únicamente por las regiones polares. En estas zonas, cerca de los puntos mas al norte y sur del planeta se da la interacción entre el viento solar y el aire causa la emisión de luz, y para cada átomo diferente, la luz será de diferentes color. Todo esto nos genera un espectáculo muy entretenido con cortinas de colores en el aire.

Una característica llamativa de las auroras es que la parte superior es muy difusa, es decir, empiezan a brillar poco a poco conforme bajan. Y el brillo en la parte inferior termina abruptamente. Esto se debe a la presión atmosférica, en las regiones mas altas se tiene poco aire con el cuál el viento solar interactuará, por lo que inician poco a poco haciéndose mas brillantes conforme bajan. Y se llega un momento en el cuál el aire es tan denso que ya no permite la penetración del viento solar que se ha ido debilitando poco a poco (cada interacción frena alguna partícula del viento solar).

Y claro, en cualquier planeta con magnetósfera fuerte se presentarán auroras, por ejemplo; en Júpiter.

Auroras en Júpiter. Las bases del fenómenos son las mismas, pero en este caso los satélites Galileanos interfieren al modificar el campo magnético del planeta.

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Un tubito de plástico negro

Como ya es conocido, este año a sido el "Año Internacional de la Astronomía" (AIA) declarado por la ONU en conmemoración de los 400 años del uso del telescopio por Galileo y la publicación de las primeras dos leyes de Kepler. Esto fue con el propósito de contribuir a la divulgación e investigación astronómica a nivel mundial. Pero algo poco conocido es el proyecto abanderado del AIA, el Galileoscopio. Y no es que me haya dado por imitar a otros blogs que se dedican a hablar de tal o cual producto para fines publicitarios (aunque lo interesante es que si uno les dice un par de no muy halagüeñas verdades también pagan) pero si creo que vale la pena hablar un poco sobre este producto.

Logotipo del Galileoscopio como proyecto abanderado del Año Internacional de la Astronomía, muestra las Pléyades, la Luna y Júpiter, algunos de los principales objetos estudiados por Galileo.

Primero responderé a la pregunta mas natural que salta a la mente: No, el Galileoscopio no es un aparato para ver a Galileo. Es un aparato utilizado para poner a la gente en contexto histórico. El Galileoscopio es una replica del telescopio de Galileo (el último), aunque solo en el aspecto óptico. El diseño fue obra de varias instituciones entre las cuales se encuentran el instituto Smithsoniano y la Unión Astronómica Internacional, es decir, las ligas mayores.

He tenido oportunidad de armar y observar con uno de estos aparatos, (aquí, en el Área de Astronomía de la Universidad de Sonora adquirimos 15 :) y he tenido el encargo de familiarizarme y dar algunos talleres con dicho "juguetito") y en realidad me pareció que su diseño es impresionante. No solo es muy sencillo armarlo, sino que se puede reconstruir una gran cantidad de veces gracias a que no tiene partes que se quiebren fácilmente durante el ensamblaje. De igual manera la óptica es muy buena, a pesar de que los lentes de los oculares son de plástico (solo el lente objetivo es de vidrio de alta calidad) se logra una visión muy buena.

Imágen de Júpiter y sus 4 lunas mayores, los llamados "satélites Galileanos" en honor a Galileo por haberlos descubierto en 1609. La fotografía fue tomada con un Galileoscopio.

Pero lo principal del Galileoscopio es que permite ponerlo a un en contexto histórico. La forma en la prefiero usarlo es cuando inicialmente se le habla a un grupo de gente sobre la obra de Galileo, sobre sus observaciones de la Luna y Júpiter, y después guiarlos en el proceso de ensamblaje para salir y usarlo.

El pequeño Galileoscopio parece casi ridículo ante lo enormes y potentes telescopios modernos, muchas de las personas que han asistido a los talleres donde los ensamblamos ya han visto por otros instrumentos, incluyendo mi CPC 11", con el cuál se pueden observar nebulosas y galaxias lejanas dejando a la computadora la tarea de encontrarlas y rastrearlas o se puede dar uno un "paseo" por la Luna o las Pléyades. Pero cuando uno sabe que con un instrumento de la misma potencia del Galileoscopio, se pueden notar los detalles sobre el relieve de la Luna, los satélites de Júpiter y descomponer la Vía Láctea en estrellas individuales y que con estas observaciones Galileo le quitó lo divino al cielo y lo hiso parte del mundo natural, se aprecia el impacto de este aparato.

Para los astrónomos, el cielo es nuestro lugar de estudio, el laboratorio donde aprendemos sobre el universo, pero para mucha gente el cielo es casi igual a como era en tiempos medievales, una esfera con algunos detalles en su superficie y para algunos es algo "divino y perfecto". Y para ellos, el ver por un telescopio moderno, les puede parecer casi cosa de magia, el instrumento es algo misterioso de funcionamiento oscuro. Pero si a estas mismas personas se les pone en las manos un Galileoscopio que ellos acaban de ensamblar, y vieron los detalles y el efecto de las lentes en la luz, entonces se darán una noción de lo se significa escudriñar el cielo y descubrir cosas que uno nunca antes vio. Entonces entienden la relevancia de la obra de Galileo y el por qué, 400 años después conmemoramos la publicación de sus primeros estudios declarando al 2009 "Año Internacional de la Astronomía".

Los astrónomos solemos decir que estamos celebrando el nacimiento de la ciencia moderna al utilizar los Galileoscopios. Pero los que hemos estudiado filosofía de la ciencia sabemos que lo que estamos haciendo es utilizar ese tubito de plástico negro para ayudar a las personas a dar el primer paso del método científico, la observación de un fenómeno nuevo.

Galileoscopio ya ensamblado.

Tal vez descubran cosas ya conocidas, como las montañas de la Luna o los satélites de Júpiter, pero también se darán cuanta de lo mismo que Galileo, el cielo es un lugar mas que podemos estudiar y tan natural como la Tierra.

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Librandola con la libración

Un cuerpo dado del sistema solar tiene siempre algún movimiento propio. Y cuando vemos animaciones de los planetas los vemos moviéndose en sus órbitas de manera muy limpia y elegante, rodeando al Sol y trazando unas muy bonitas de bien definidas trayectorias elípticas.

También con los satélites naturales, se les ve moviéndose de manera elegante y muy digna en torno a sus planetas respectivos trazando sus propias elipses. Y por supuesto nuestro satélite, se mueve también en una elipse. Y ya se ha mencionado que la Luna se encuentra en un estado de "amarre" gravitatorio con la Tierra, esto implica que siempre vemos la misma cara de la Luna. Entonces solo podemos ver el 50% ¿verdad?, por lo tanto, si queremos fotografiar la Luna sin que la cámara salga de nuestro planeta solo podemos fotografiar el 50% ¿verdad? Es decir, la Luna ira orbitándo a la Tierra en su respectiva elipse y siempre nos dejará ver solo el 50% de su superficie ¿cierto?... pues no.

Esquema de la órbita de la Luna. Se ve el efecto de la elongación de la órbita en la libración este-oeste (arriba) y de la inclinación del plano orbital lunar en la libración norte-sur (abajo).

Resulta que con un poco de paciencia podemos ver, desde la Tierra, el 59% de la superficie de la Luna. Esto es gracias a que el movimiento de nuestro blanco y cacarizo satélite es mas complejo de lo que se suele pensar.

En primer lugar el plano en el que orbita la Luna no es el mismo que el plano del ecuador, por lo que en ocasiones está "mas hacia el norte" o "mas hacia el sur" por lo que un observador en algún punto de la Tierra verá en ocasiones un poco mas o menos de las regiones polares de la Luna. Y si consideramos que la órbita de la Luna es elíptica entenderemos que habrá fechas en las que la Luna no solo será mas grande o mas pequeña por variar su distancia sino que le veremos un poco de los "costados". Este fenómeno de ver partes adicionales de la Luna por efecto de la órbita es lo que se conoce como "libración lunar". Y es lo que permitiría a un astrónomo amateur armado con paciencia y una cámara fotografiar el 59% de la Luna, inclusive pueden hacer una animación como la inferior:

Animación de la Luna en diferentes fechas, mostrando el efecto de libración lunar, tanto la libración norte-sur como la este-oeste.

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¡Todos al agua!

Hace unos 400 millones de años los animales comenzaron el camino para colonizar la superficie de la tierra, hace unos 370 millones ya existían animales con extremidades que los podían sacar completamente del agua. Este es considerado como uno de los momentos mas relevantes en nuestra evolución y en general como un evento fundamental en la historia de la vida en la Tierra.

Pakicetus, vivió hace 53 millones de años.

Y aparte del interés histórico, se tiene el científico, ya que la evolución de las extremidades usadas fuera del agua y consecuentemente los mecanismos especializados, tales como las alas de aves y murciélagos y la mano humana no son mas que variantes de las aletas de los peces. El camino para salir del agua, ya fue explorado en la entrada "La mano del pez" especificando el muy ligero cambio que se requirió, en términos genéticos, para transformar una aleta en una pata. Pero se dió también el proceso inverso, es decir, la evolución de un animal terrestre a uno marino.

Indohyus, de hace 48 millones de años.

Me refiero a la evolución de los mamíferos marinos en particular de las ballenas. Los primeros ancestros que claramente se separaron de su linea evolutiva de criaturas terrestres fueron los Pakicetus, criaturas de hace 53 millones de años que eran unos animales carnívoros muy parecido a los lobos pero con pezuñas y colas mas largas y gruesas. La relación entre Pakicetus y las ballenas se debe a la estructura del oído, ya que es tan especial que solo las ballenas y los Pakicetus la tienen. De igual manera, los dientes del Pakicetus eran mas parecidos a los de los tiburones y ballenas que a los de los lobos. Aún así el Pakicetus era un animal completamente terrestre.

Kutchicetus, de hace 55.8 a 40 millones de años.

Después del Pakicetus, algunas otras especies aparecen en el registro fósil que, como en muchos otros casos, permiten rastrear el paso de una forma definida de animal a otra muy diferente. Pero lo que llama la atención sobre el paso del Pakicetus a las ballenas modernas es la falta de dirección que tiene la evolución y se muestra como un argumento mas en contra del antropocentrismo. Veamos como es esto.

Ambulocetus (su nombre significa "ballena que camina"), vivió de hace 50 a 59 millones de años.

En el caso del Pakicetus, las características que tenía en común con las ballenas modernas (hago la aclaración por que se considera al Pakicetus como la primer ballena) y que luego les heredó eran resultado de adaptaciones hechas en tierra para un animal que se la pasaba en suelo firme. Pero las características que fueron dando a las ballenas su forma actual vendrían después, al pasar cada vez mas tiempo en el agua las siguientes especies en la lista de descendientes. Entre estas están el nadar ondulando el cuerpo de arriba a abajo, como la columna vertebral de un mamífero que camine en cuatro patas, mientras que los peces y tiburones nadan oscilando la columna hacia los lados. Otra característica de las ballenas es el hecho de tener crías vivas, tal como los mamíferos terrestres y a diferencia de los peces y tiburones que ponen huevos, y luego las madres amamantan a tales crías.

Rhodoncetus, de hace 47 millones de años.

Pero ¿Por que son la ballenas un argumento mas en contra del antropocentrismo? Una manifestación del antropocentrismo (tendencia de pensar que el ser humano es lo más importante en el universo) es la opinión de que la vida "debe" de alguna manera llevar hacia la inteligencia en el sentido humano. Es decir, que el "camino" de la evolución es generar especies cada vez mas inteligentes. Pensar que el mismo camino que llevó a la aparición de humanos en la Tierra se ha de repetir en cualquier otro mundo habitado. Pero las ballenas y su truculenta historia muestran como esto es falso.

Protocetus, de hace 45 millones de años.

De animales marinos que se adaptaron para aprovechar una oportunidad (explotar un ecosistema virgen en tierra firme) y luego regresar al mar adaptándose para explotar una nueva oportunidad (un nicho vacío como depredadores marinos), la historia de las especies, no solo de las ballenas es una de oportunidades imprevistas que se aprovechan cuando es posible y se dan las condiciones.

No es que las patas sean mejores de las aletas es simplemente que en ese lugar, en esa época, para ese animal, era mejor apoyarse sobre sus extremidades que usarlas para nadar. Luego para algún descendiente lejano, fue mejor usar sus extremidades para nadar que para apoyarse. Lejos de tener un plan "fijo" la directriz de la evolución es simple: sobrevive, como sea, donde sea, sobrevive.

Basilosaurios, de hace 38 millones de años.

De igual manera, no somos "mejores" que alguna otra especie por el hecho de tener la habilidad de resolver ecuaciones y construir ciudades (como al ballena no es mejor que nosotros por poder aguantar la respiración mas tiempo), simplemente somos diferentes.

Durodon, contemporáneo de los Basilosaurios.

Y la supervivencia de una especie no es algo que cuente con planeación a largo plazo, se trata del "aquí y ahora". Es en el "aquí y ahora" cuando los seres con las adaptaciones adecuadas den origen a una nueva especie y los demas mueran. Y lo que se entiende por "adaptaciones adecuadas" cambia según el lugar, tiempo y especie muy particular, y no son un solo juego de "adaptaciones adecuadas" sino que pueden ser muchas combinaciones diferentes, nadar, volar, correr, cambios de conducta, cambios metabólicos o de tamaño, todos son candidatos a solución de algún problema dado. Claro, es probable que una especia simplemente no genere una adaptación adecuada (las mutaciones son aleatorias) lo cuál suele ser la mayoría de los casos, cuando esto pasa, la especie se extingue.

Cototerium, ya era una ballena muy parecida a las modernas donde los orificios nasales se encuentran sobre la cabeza.

Si el ser inteligentes fuera "el destino" y por lo tanto, aquellas especies que lo logren fueran "las mejores" no quedarían especies microscópicas ni plantas. El hecho de que existan ballenas que haya habido Ictiosurios y que los humanos coexistamos con bacterias implica la falta de dirección que tiene la evolución y en sí la falta de un "propósito" la falta de un "propósito" para la vida en la tierra aparte de sobrevivir. El ver la inteligencia como la mejor solución se debe a que es nuestra solución. O visto de otra forma, ya que para una ballena lo mejor es poder nadar, pues ¡todos al agua!

Árbol familiar de las ballenas, incluyendo a los angulados, mostrando el largo y tortuoso camino que sigue la evolución. Si todo fuera planeado, con un solo resultado como "optimo" no habría tal diversidad en un grupo tan pequeño.

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Historia Mundial 21

Eón Fanerozoico (actual)
Era Cenozóica (actual)
Periodo Cuaternario de hace 2.58 millones de años hasta hoy.

Probablemente pueda escribir mas sobre estos últimos 2.58 millones de años que sobre los anteriores 4,500. Llegamos al periodo Cuaternario, el final de nuestro recorrido por la historia de nuestro mundo y el periodo en el cuál ocurren los últimos y decisivos pasos de nuestra evolución.

Uno de los eventos relevantes del Cuaternario es la expansión de la biósfera hasta la órbita baja. La última expansión de la biósfera fue hace mas de 500 millones de años, cuando la vida en su forma mas sencilla colonizó tierra firme.

Pero regresemos al final de la última entrada, cuando el joven istmo de Panamá apenas unía Norte y Sur América. Esto alteró las corrientes marinas y consecuentemente la distribución de calor en la Tierra. Un efecto de esta alteración fue el comienzo de periodos de glaciaciones frecuentes y la desertificación de la región norte de África y el descenso en los niveles de humedad en todo el continente.

Por lo general no me meto a tal detalle sobre los cambio climatológicos, pero este en particular fue muy importante. La reducción en las selvas donde habitaban los primeros homínidos que se la pasaban cómodamente refugiados en las ramas de los árboles comiendo cuanto fruto tenían a su alcance (y tenían muchos) les impuso un cambio en las condiciones de vida que marcaría a su especie y al mundo para siempre. La menor humedad implicó menos arboles, el paso de selva a savána y la perdida del habitat ideal de estas criaturas. Este fue el primero de una serie de pasos que dieron origen a un evento poco frecuente en la evolución, el paso de conducta de herbívoro a carnívoro de un tiempo tan corto. El tan curioso cambio se dio por que si bien se perdieron los arboles repletos de frutas se ganó la oportunidad de consumir carne, no de animales cazados por estos homínidos primitivos sino, extraída de las sobras de los grandes carnívoros (en especial los felinos).

Ejemplos de productos generados en el cuaternario. En ambos casos se trata de la misma filosofía, tomar sustancias de la tierra y someterlas a procesos diversos para modificarlas y darles la forma que sirva a algún propósito. Ambas son de prácticamente el mismo momento en la historia en la escala que hemos tratado en este blog.

En cada ocasión en la que esto sucedía implicaba una modificación extensa al pasar de la antigua especie a la nueva, pero en el caso de los primeros homínidos, no fue así. El cambio fue tan rápido que los procesos metabólicos apenas se ajustaron para procesar las proteínas de la carne consumida mientras preservaban la dependencia en los vegetales y frutos como forma de extracción de nutrientes. Pero la estructura física si se modificó y se pasó de tener un sistema digestivo tipo "barril" como el de los herbívoros donde llevar a cada la muy lenta digestión de las plantas a un sistema mucho mas pequeño tipo "botella" como el de los carnívoros. Este nuevo escenario generó una nueva familia de especies, un conjunto de criaturas como nunca antes se habían visto. Eran omnívoros con sistema digestivo de carnívoro y con un problema muy particular, ¿como quitarle la comida a seres mucho mas fuertes, ágiles y con sentidos mucho mas finos?

Este problema se podía solucionar al menos parcialmente si se aprovecha una fuente de proteínas que suele no explorarse por los felinos, la médula de los huesos. Bien, el homínido podría esperar a que el felino case algo y se coma casi todo salvo al medula de los huesos y que deje estos últimos abandonados. Pero luego ¿como saco la médula si esta dentro del hueso y ni las fuertes mandíbulas de los tigres dientes-de-sable la lograron sacar? Afortunadamente, los homínidos tenían sus manos libres y un pulgar con el cuál manipulaban frutas ( o cualquier objeto de tamaño parecido) y un cerebro con la habilidad analítica como para que se les ocurriera usar otros elementos de su entorno como ramas y piedras para romper el hueso y ahuyentar a hienas y otros carroñeros. La reducción en el tamaño antes mencionada del sistema digestivo implicó también una economía en cuanto a la energía que este consumía, energía que ahora el animal podía utilizar para impulsar otro sistema que consume mucha energía, el sistema nervioso. En estos pocos millones de años, cambiamos intestino por cerebro y adquirimos la habilidad de manipular nuestro entorno.

He aquí lo relevante de este grupo y por qué se marca al periodo cuaternario como el momento en la historia en la cuál aparecen los primeros miembros de un nuevo tipo de animal. Ya había animales-que-comen-plantas, animales-que-respiran-oxigeno, animales-que-comen-animales, animales-que-caminan-sobre-la-tierra y animales-que-vuelan pero nunca criaturas así, nunca animales-que-modifican-su-entorno o mejor dicho, animales-que-entienden-su-entorno.

El cuaternario vio la llegada de las glaciaciones repetitivas, una modificación insignificante en la posición de los continentes y algunos ajustes en el nivel del mar. Pero sin duda el evento mas relevante fue la aparición de la familia que entendería, controlaría y cambiaría al mundo y que eventualmente expendería el imperio de la vida mas allá de los límites del planeta; la familia Homo Sapiens (incluyendo sus tres miembros, los Arcaicus, Neanderthalis y Sapiens).

Un relato de la historia del universo sería al menos tres veces mas largo y tendría que abarcar tantos ambientes diferentes que me sería imposible escribirla. Y aunque esta serie de entradas termine aquí aun podremos especular sobre lo que depara el futuro. Habrá nuevos continentes, nuevos ambientes, nuevos retos para la vida y nuevas especies que desafíen esos retos y ambientes. Dentro de unos millones de años algún otro periodo iniciará y si todo marcha como se planea, pronto una historia de la vida tendrá que incluir también a la Luna y Marte (al menos en los próximos 50,000 años, después, otros cuerpos serán parte de nuestras biósferas, pero eso ya serán temas para algún "blogger" del futuro lejano).

Si llegamos a Australia y América, es cuestión de tiempo antes de que pisemos Marte.

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Brillando bajo presión

Una buena forma de pensar en una estrella, tal como el Sol, es como si fuera una olla de presión. Es un sistema que contiene material que se calienta por la entrada de energía de una fuente dada y que se ve obligada a regular su temperatura por medio de diversos mecanismos que permiten la salida de energía de diferentes formas.

Estructura del Sol, la superficie no es mas que una de las capas mas exteriores del Sol y la que funciona como regulador, evita la fuga descontrolada de la energía producida por el núcleo, mientras permite que una fracción de ella sea transmitida al espacio.

En una olla de presión, la substancia a calentar es el agua, la entrada de energía es la flama debajo de la olla y los mecanismos de salida de calor son la radiación térmica (el calor) que se despide de las paredes externas de la olla en forma de rayos infrarrojos, la convección del aire que rodea la olla (el aire que se calienta se lleva parte del calor) y el vapor que sale despedido por la válvula (esta es el agua mas caliente que contiene la olla y por lo tanto al salir disparada se lleva calor).

En el caso de la olla, el diseño le permite acumular una gran cantidad de calor y por lo tanto aumentar al temperatura por que los mecanismos de salida de calor no son tan eficientes como el proceso de entrada de energía, la exposición a la flama.

Arriba, estructura de un par de manchas solares causadas por lineas de campo magnético que salen y entran del Sol.
Abajo, distribución típica de manchas en el sol.

En el caso del sol, el proceso de producción de energía y el de su expulsión deben de mantenerse con igual efectividad pues de lo contrario una gran cantidad de claro será almacenado y el sol se expandiría.Por lo tanto, el hecho de que el Sol preserve su tamaño implica que la cantidad de energía que sale por su superficie (mas bien, su fotosfera) es igual a la que se produce en su núcleo.

Esto nos ayuda a entender la actividad solar, ya que si bien es sol es relativamente estable, pasa por ciclos de actividad que están bien catalogados y estudiados. Y estos ciclos son necesarios en el sol ya que la eficiencia de las capas exteriores (en particular, la fotosfera) no es exactamente tan alta como debería de ser, por lo que se acumula energía que luego se libera en forma de manchas solares (curiosamente cuando se tienen manchas solares el sol brilla mas) y otros fenómenos. Estos mecanismos funcionan como válvulas que se están abriendo y cerrando en torno a un punto de equilibrio.

En estas fechas, el sol se encuentra en un mínimo pero ya esta saliendo, así que se espera que pronto su actividad aumente considerablemente. Pero además de las estrellas pequeñas y tranquilas como el sol, existen otras que se caracterizan por tener conductas mucho mas antisociales, estas son la mayoría de los tipos de estrellas llamadas variables.

Erupción solar, una de las formas que tiene el Sol de liberar energía. Estas son anomalías en el campo magnético que hacen que parte del plasma (material muy susceptible a campos magnéticos) sea disparado al espacio.

Mientras planeo otras entradas sobre estrellas variables les invito a seguir la actividad solar para presenciar esta parte del ciclo solar.

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Historia Mundial 20

Eon Fanerozóico (actual)
Era Cenozóica (actual)
Periodo Neógeno, de hace 23 a 2.58 millones de años

El periodo Neógeno fue el segundo de los tres que marcan la era de dominio de los mamíferos. Este periodo se vio marcado por cambios en los dos grupos dominantes (aves y mamíferos) y algunos pequeños cambios en la geografía del planeta se serían de vital importancia para el futuro.

Depósitos de minerales ricos en sal en la región que hace millones de años fue el fondo del Mediterráneo.

Después de la rápida evolución de las aves y mamíferos que llegó después de la extinción masiva de hace 65 millones de años algunas especies comenzaron a especializarse aumentando su tamaño de manera considerable dado origen a la Mega-fauna tan popular de la prehistoria. En particular se dio una división muy interesante, en Sur América aparecen y dominan durante varios millones de años especies de gigantes de aves depredadoras, mientras que en Norte América y lo que hoy es el viejo mundo aparecen especies de mamíferos depredadores, en particular los felinos.

Smilodon, ejemplo avanzado de la familia de los felinos, de los principales depredadores mamíferos.

Entre los hechos mas curiosos de este periodo fue la desecación del Mediterráneo. Esto se dio por la elevación o cierre temporal (la causa exacta aún no está determinada) del estrecho de Gibraltar. Al bloquearse el flujo de agua desde el Atlántico, la perdida de agua por evaporación del Mediterráneo superó a la ganancia por el flujo de los ríos que desembocan en él. El resultado fue la continua caída del nivel del mar en esta región. Pero no solo se tenía un mar mas bajo, sino que al tener menos agua la sal se concentraba mas y se terminó generando una gran extinción de depósitos de minerales ricos en sal. Mientras tanto los ríos que desembocaban en la cuenca mediterránea cavaban cañones que llegaron a una profundidad de varios cientos de metros. Esto provoco una extinción de los animales marinos no solo por la reducción dramática del volumen habitable sino por el incremento de la salinidad.

Austrolipecino, habitante de las selvas de África y ávido consumidor de frutos finamente manipulados con sus diestras manos, aunque no desaprovechaba algún ocasional insecto o verdura que se encontrara.

Mientras esto ocurría, miles de kilómetros mas al sur, en las extensas selvas de lo que hoy es África una familia de mamíferos evolucionaba adaptándose a un cómoda vida en las copas de los árboles ricos en frutas. Estos mamíferos no solo tenían la habilidad innata de los mamíferos de aprender en base a la experiencia sino que eran sorprendentemente inteligentes y sus manos, adaptadas para tomar y manipular frutos poseían una gran cantidad de articulaciones que les daban la habilidad de manipular objetos como ningún otro animal lo había logrado.

Mas adelante, casi al final del periodo, los continentes de Norte y Sur América se acercaron lo suficiente como para formar un puente de tierra entre ellos. Este istmo, el istmo de Panamá jugaría un papel muy importante en el futuro de la vida en al Tierra. Pero eso ya lo veremos en la siguiente entrada.

Istmo de Panamá, formado durante el Neógeno tendría repercusiones importantes en el futuro.

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¡Choque de LCROSS contra la luna esta noche!

Esta noche es el impacto de la misión LCROSS contra la luna esta noche a las 4:31 de la madrugada del viernes 9 (tiempo de Hermosillo, Sonora). Para los interesados, estaremos transmitiendo en vivo la región del impacto desde las 4:00 am por televisión en @stroTV en la dirección:

http://cosmos.astro.uson.mx/webtv/bbuson.htm

este será un programa bajo la producción de Miguel Ángel Franco donde estaré junto con Julia Canizales y Julio Saucedo comentando sobre esta misión y su lugar en la exploración espacial y establecimiento de una base permanente en la Luna.

El sitio de la misión LCROSS es:

http://lcross.arc.nasa.gov/

espero nos puedan acompañar.

P.D: ahorita andamos un poco atareados en el Área de Astronomía de la Unison, pero en estos dias meteré otra entrada.

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Una guia sobre el guiado, tips para aficionados.

Para aquellos que ya tienen algún tiempo de usar un telescopio, es común que les surja la idea de intentar tomar fotografías de cuerpos celestes. En estos casos a uno le saltarían dos preguntas a la mente, primero ¿que cámara usar? y luego ¿como usarla?

Ejemplo de uso de guiado adecuado, aquí se tomaron tres fotografías de 15 segundo cada una (una en rojo, otra en azul y otra en verde) de la nebulosa M57 y se sumaron para dar esta imagen en color real.

Los primeros experimentos serían probablemente con cámaras electrónicas comunes, las cuales pueden dar muy bueno resultados en manos de alguien experimentado, pero no son accesibles a todo el mundo. Lo ideal, desde un punto de vista científico son las cámaras CCD especiales para astronomía, pero estas son todavía mas caras. Así, que al igual con los telescopios, en necesario pensar en el propósito de las fotografías, ¿queremos que sean estéticas o que tengan valor de estudio? En esto se basará nuestra elección de la cámara. Mientras que una cámara común nos dará imágenes muy bonitas, una CCD nos dará las mas útiles (aunque alguien realmente experimentado puede sacar muy bonitas imágenes con CCDs).

Usando la misma técnica que en la imagen anterior, se tomaron tres exposiciones de 10 segundos para dar esta fotografía a color de Júpiter.

Pero ya luego hablaremos de cámaras. Ahorita me enfocaré en el guiado del sistema que usemos. Por lo general este sistema es el de un telescopio y una cámara acoplados. En estos casos, el guiado, es decir, la habilidad de mover el telescopio de manera que compense la rotación de la Tierra es fundamental.

La rotación de la Tierra puede ser muy molesta la ver por un telescopio, al grado que las monturas mecanizadas o computarizadas tienen como propósito fundamental el compensar este movimiento. Es decir, el telescopio rota en sentido inverso a la Tierra durando también 24 horas en dar una vuelta entera, de esta manera, cuando lo apuntamos a un lugar del cielo, si todo va bien, el telescopio se mantiene fijo en ese lugar. Esto es muy importante ya que muchas de las mejores fotografías del cielo se realizan con exposiciones largas, es decir, dejando a la cámara recolectar luz durante un periodo prolongado.

Beneficios de la exposición larga, ambas imágenes son del cúmulo globular M13, la de arriba es de 1 segundo y la abajo de 3.

Así pues, un telescopio con la alineación polar bién hecha será fundamental para lograr una buena fotografía. En caso de que uno quiera usar un telescopio con montura alt-azimuthal se debe de fijar mucho en tenerla computarizada ya que son difíciles de usar a la hora de rastrear, mientras que las monturas polares son mucho mas versátiles (inclusive se puede lograr un guiado manual prologado con una montura polar bien instalada).

Pero las monturas computarizadas no necesariamente nos resolverán todos nuestros problemas, ellas moverán el telescopio tal como deben, pero depende de que notros les ayudemos. En primer lugar, la computadora de control asumirá una serie de cosas que nosotros nos debemos asegurar que se cumplan, estas variarán de acuerdo a la montura particular, pero pero algunas esenciales, son la horizontalidad de la base, la orientación al polo, etc. Pero estas mismas computadoras están programadas para mover el telescopio, no el conjunto de cámaras, filtros o cualquier otro equipo que colguemos del telescopio. Por lo que hemos de tomar en cuenta el balance del telescopio ya con todo lo que usemos y en caso de ser necesario, utilizar contrapesos.

Imágenes de la galaxia M100 tomadas con un problemas de guiado. La imagen superior es una exposición de 20 segundos y la inferior de 60, en esta última se nota la acumulación del error, las estrellas trazan líneas en lugar de puntos. En este caso el telescopio no tenía el contrapeso adecuado.

La necesidad de guiar bien un telescopio se debe, como ya se mencionó, se debe a que muchas exposiciones serán de larga duración (la exposición de una cámara normal dura una fracción de segundo, por lo que "largo" puede ser de 2 o 3 segundos hasta varias horas) y durante todo ese tiempo se debe de mantener la cámara, y por lo tanto el telescopio apuntando al mismo lugar del cielo, de lo contrario se tendrá en lugar de puntos líneas en la imagen.

Así que, cuiden el balanceo del telescopio, la posición de los contrapesos y el estado de los motores, y si tienen alguna pregunta referente a un equipo en particular mándenla y veremos que se puede hacer.

Todas las imágenes tomadas por el autor, son libres de usarlas para cualquier propósito educativo cualquier otro uso queda bajo la licencia general del blog Creative Commons (en pocas palabras, hagan lo que quieran siempre que den el crédito adecuado y no las vendan).

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Historia Mundial 19

Eón Fanerozoico (actual)
Era Cenozoica (actual)
Periodo Paleógeno (de hace 65 a 23 millones de años)

Después de la extinción en masa que terminó con los dinosaurios y una gran cantidad de reptiles sucedió de nuevo lo que pasa al inicio de cada nueva era de estabilidad ecológica, nuevas especies compiten por ocupar los nichos ecológicos vacíos. En esta ocasión fueron los mamíferos los principales beneficiados aunque no los únicos.

Basilosaurio, antepasado de las ballenas actuales. Aún tenían patas traseras.

Durante unos pocos millones de años las aves fueron los principales de predadores, pero la aparición de los primeros miembros de los luego serían las familias de mamíferos depredadores (en especial los felinos y caninos) fue demasiada competencia. El rápido aprovechamiento de las mutaciones que ocurrían ante la disponibilidad de nuevas oportunidades generaba nuevas especies y les permitía especializarse rápidamente, adaptándose a nuevas situaciones mucho más rápido que las aves.

Hyaenodon, mamíferos carnívoro del Paleógeno.

Pero como suele suceder, la evolución deparaba algunas sorpresas, entre ellas que los mamíferos no se quedarían en tierra firme, sino que se adentrarían en el agua y tomarían vuelo para colonizar el aire. La adaptación al agua fue particularmente llamativa ya que representó entre otras cosas un proceso inverso al observado en los anfibios al colonizar la tierra en lo que se refiere a las extremidades (ver La mano del pez). Sin embargo en los mamíferos marinos no se perdió la habilidad de extraer oxigeno del medio original (aire) por lo que están aún condicionados a regresar a la superficie para poder respirar.

Mesohippus, antepasados del caballo, solo que tenían dedos y eran de tamaño de un gato adulto.

La aparición de mamíferos planeadores y voladores también se dio con la especialización pero no amenazó el dominio que las aves tenían del aire.

Prorastomus, antepasado de algunos mamíferos marinos (morsas y similares) actuales y emparentado con los elefantes.

Esta es ya una fauna muy parecida a la actual, con mamíferos ocupando cada continente en una variedad de nichos y con gran cantidad de especies junto con algunos reptiles y aves. El siguiente periodo (y ultimo de la serie) vería la aparición de algunas de las especies mas extrañas en la historia.

Mesonyx, otro importante depredador y antepasado de depredadores actuales.

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