dissabte, de febrer 17, 2018

Un nord que serà sud: l'erràtic camp magnètic de la Terra

Que una brúixola marca el nord ho sap tothom. Però no sempre ha estat així. I tampoc serà així en el futur.

El nostre planeta gaudeix d'un rellevant camp magnètic. Dic gaudeix perquè, com ara explicaré, aquest camp magnètic, similar al que crea un enorme imant, ens protegeix del bombardeig de partícules perilloses provinents de l'espai.

La Terra té un cor metàl·lic, format bàsicament per ferro i elements afins (com ara el níquel). En el centre del planeta, les pressions i temperatures són brutals, i el nucli metàl·lic es troba en estat sòlid. Però rodejant aquesta part més densa es localitza una capa de nucli en estat fluid, el moviment del qual genera camps elèctrics que, al seu temps, creen el camp magnètic.

El moviment del nucli fluid és degut a 2 raons principals. La primera és que, com tots sabem, el nostre planeta gira. Ho fa en aproximadament 24 hores, un gir força ràpid per a una esfera de 6.400 Km de radi. Però més important que aquest efecte, el moviment de la massa metàl·lica de 'interior de la Terra és impulsat per corrents  de pujada i baixada de material, un mecanisme conegut com a convecció. És el mateix mecanisme que es genera dins una olla amb aigua al foc. El líquid calent del fons puja i es refreda, mentre el seu lloc és ocupat per líquid més fred que baixa, en moviments circulars orientats verticalment.


La tectònica de plaques crea oportunitats per a que l'escalfor de l'interior del planeta s'escapi, i això és el que alimenta la convecció. Venus, per exemple, tot i ser bessó nostre pel que fa a dimensió, no presenta camp magnètic, i creiem que la raó principal, a part que gira molt lentament, és perquè no té l'activitat tectònica de la Terra, i el seu interior queda tèrmicament aïllat, cosa que atura el mecanisme de convecció al no poder-se dissipar part de la calor.

En definitiva, tenim que un nucli metàl·lic fluid en moviment és el que converteix la Terra en un imant gegantí.

Com deia abans, aquest camp magnètic actua com un efectiu escut protector. Gran quantitat de partícules carregades elèctricament es dirigeixen cap a la Terra provinents del Sol i, en general, de l'espai. Arriben a altes velocitats, i els seus efectes sobre els teixits pot ser fatal. També sobre l'ADN, provocant mutacions. A més, poden fregir fàcilment tot tipus d'aparells electrònics.

El camp magnètic del planeta s'estén a l'espai, rodejant la Terra, i atrapa aquestes partícules. Al menys a la majoria. Una magnífica i afortunada protecció per a la vida, i, de rebot, una font de boniques llums polars, que anomenem aurores.

Però les dinàmiques que es produeixen a l'interior de la Terra ens són, en gran part, desconegudes. I resulta que al llarg de la història del planeta blau, el camp magnètic ha oscil·lat tremendament, quasi desapareixent en moments, i canviant la seva polaritat en altres (és a dir, canviant el nord pel sud!).

Les roques antigues guarden el record d'aquests canvis, i ens mostren un comportament erràtic, que no comprenem.

Anem a pams.

Si mirem la situació actual, ens podria semblar estable i controlada (em refereixo al camp magnètic, és clar). Però la realitat és que hi ha grans zones del planeta que presenten intensitats variables del camp magnètic. Per exemple, hi ha una regió del sud de l'oceà Atlàntic que mostra una gran baixada de la intensitat magnètica, i no sabem el perquè. Però l'evidència que ens diu que estem en plena fase de canvi la derivem de les mesures que des de ja fa anys estam enregistrant curosament. En els darrers 175 anys, el camp magnètic de la Terra s'ha afeblit en un 9%.


Com comentava, les roques parlen de canvis radicals en el magnetisme del planeta. Tan radicals com la inversió complerta. Etapes de la història en què una brúixola hagués marcat l'actual sud. O, pitjor encara, hagués generat lectures totalment erràtiques, marcant diferent en funció de la regió en la que ens trobéssim.

Gràcies a les roques hem pogut establir que cada 250.000 anys, per terme mig, la polaritat s'inverteix (inversió entre el pol nord i el sud magnètics). Però, atenció, el darrer canvi es va produir ara fa 780.000 anys. Som, doncs, a punt d'una nova inversió?

Els efectes serien brutals, ja ens ho podem imaginar. Especialment pel que fa a la nostra tecnologia. Vivim en un món altament tecnificat, en el que el fet que una brúixola maqui el nord no és només una cosa útil pels excursionistes. Més preocupant és que els canvis de polaritat no es produeixen tot d'una, sinó mitjançant un procés caòtic que dura milers d'anys. Durant aquests períodes convulsos, la situació del nord magnètic, per exemple, es desplaça al llarg de tot el planeta.  El camp magnètic acaba fragmentant-se, desapareixent el nord i el sud, i apareixent camps individuals repartits per tot el globus (com si es distribuïssin grans imants, orientats cada un de forma erràtica).

De nou l'anàlisi de les roques i dels fòssils ens porta a la conclusió que aquests canvis tan radicals no han afectat al desenvolupament de la vida, al menys en el llarg termini. La vida, les espècies, s'han sabut adaptar a aquests cicles. En altres paraules, les aus, per exemple, no han desaparegut quan ha canviat l'orientació magnètica, o quan quasi ha desaparegut. Repeteixo, al menys vist a gran escala i en el llarg termini. Una altra cosa són els patiments pels que, a ben segur, han hagut de passar nombroses generacions abans no adaptar-se a la nova situació.

És clar que tots aquests canvis, especialment durant les llargues etapes de fragmentació del camp magnètic o del seu afebliment, han malmès l'efectivitat de l'escut protector del planeta. La vida, però, se n'ha sortit (m'imagino que no sense patiment, com deia abans).

Els científics no preveuen, hores d'ara, cap canvi radical en els propers milers d'anys. Però si pensem que la nostra civilització ha de sobreviure un llarg temps (afirmació clarament dubtosa), en un moment o altre haurà de fer front a la situació d'un magnetisme volàtil i capritxós.

De moment, podrem seguir fent excursions a la natura,... sempre i quan no l'haguem destrossat, és clar.

No deix de ser inquietant el poc coneixement que tenim de la personalitat i bioritmes del nostre planeta, quan estem explorant altres mons allà fora. Una prova més de la increïble i magnífica complexitat de la natura. I de la immensa sort que tenim de ser, formant part d'ella.

La natura ens permet estar aquí, a pesar de la seva complexitat. 

A pesar del perill que representem per a altres espècies, i també per a nosaltres mateixos.


dijous, de febrer 08, 2018

En un descapotable vermell cap a Mart. "Planet Earth is blue and there's nothing I can do"

El descapotable Tesla vermell girava lentament, i en aquest gir pel seu parabrises desfilava el Sol i després la Terra. Una bellíssima Terra blava tacada pel blanc dels núvols, com potser mai s'havia vist. Al volant, l'Starman, un maniquí vestit d'astronauta, feia que conduïa, amb un braç al volant i l'altre descansant provocativament sobre la finestra. El quadre de comandament del vehicle anunciava "Don't panic!". La música de l’inimitable David Bowie era interpretada pel sistema d'àudio amb ningú per escoltar-la, ja que a l'espai, sense aire, les ones sonores no es transmeten. Al voltant del cotxe, un munt de petits fragments passaven a tota velocitat, brillant fulgurants amb el reflex de la llum de la nostra estrella, segurament restes de l'operació de posada en òrbita del cotxe. Mentre, a terra, els motors propulsors del coet retornaven de la missió, i aterraven amb precisió absoluta sobre les plataformes preparades per a la recepció.

Milions de persones seguíem, emocionades i sense poder desenganxar els ulls de la pantalla de l'ordinador, la transmissió en directe que les vàries càmeres adossades al descapotable enviaven.

Era un "fake"? Un muntatge? Ho estàvem somiant? S'estava rodant una pel·lícula de Hollywood?

No, allò era real. Elon Musk, el multimilionari propietari de la marca de cotxes Tesla i de la companyia aeroespacial SpaceX, ho havia petat.
(les imatges que apareixen en aquest article són... REALS!).

En aquest relat veureu que hi ha una mescla d'il·lusió i emoció (que va ser desbordada en alguns moments de la transmissió de les imatges, ho confeso), de reflexió científica i tecnològica, però també d’una certa crítica. Tot i que, reconec, aquest darrer aspecte queda, en el meu cas, empetitit pels beneficis de tot el demés.

SpaceX és capdavantera en el negoci espacial, i disposa dels coets que actualment s'estan emprant per posar satèl·lits en òrbita. És un negoci, ja que la NASA fa anys, des que va jubilar la seva flota de transbordadors espacials, no disposa de coets capaços d'enlairar càrregues i posar-les en òrbita. Fins a l'arribada de les naus SpaceX, l'aposta segura sempre ha estat l'etern i fiable Soyuz rus, que s'utilitza fins i tot per a l'abastiment de personal i recursos de l'Estació Espacial Internacional.

Una ullada a la personalitat del senyor Musk ja fa intuir que tot això és molt més que un negoci per ell. És un repte, un somni. Una, també, provocació.



L'any passat Elon Musk va afirmar que aquest any 2018 enviaria un parell de turistes a donar tombs per la Lluna (recordem que l'home no ha explorat l'espai més enllà de la nostra òrbita des de l'any 1972).

Però potser les declaracions més inspiradores i alhora pol·lèmiques van ser les que es referien a colonitzar Mart. No només enviar-hi l'home, sinó establir una colònia. Quan? Començant a la dècada dels 20. Per posar les coses en perspectiva, les grans agències espacials públiques, la NASA en el cas americà, o l'ESA europea, situen de forma vaga els seus escenaris de visita humana a Mart per a ben entrada la dècada dels 30.

Enviar homes a la Lluna amb bitllet d'anada i tornada, o colonitzadors a Mart, requereix tecnologia puntera, és obvi. També necessita la resolució de bastants factors de caire científic, com per exemple la pèrdua de massa òssia que produeix la manca o afebliment de gravetat.


Des del punt de vista tecnològic, es necessita un coet capaç d'elevar i impulsar una càrrega considerable i fer que aquesta escapi de les garres de la gravetat terrestre. En aquest sentit, l’honor de ser la bèstia per excel·lència encara l’ostenta el colossal i més que jubilat Saturn V, el coet dels Apolo de la dècada dels 60 i començaments dels 70 del segle passat (uf... sí, sí, del segle passat!).

Així que SpaceX va decidir ampliar la flota, desenvolupant la nau coneguda amb el nom de Falcon Heavy, amb una potència aproximadament del doble de les naus actuals. I amb tecnologia parcialment reutilitzable, provada ja parcialment en experiments anteriors, basada en components capaços de retornar de l'espai i aterrar plàcidament per a formar part de nous llançaments.

El 6 de febrer de 2018 era la prova de foc del Falcon Heavy. La de debò, sense xarxa de protecció i en directe.


Però, és clar, s'hi havia de posar una càrrega. Sí, s'hagués pogut posar un satèl·lit gran, o qualsevol altra cosa d'utilitat. Però no, Elon Musk tenia el show ben pensat. La càrrega havia de ser un dels seus descapotables vermells. I quan dic dels seus, és una afirmació literal. Un Tesla que ell mateix va conduir i que formava part de la seva flota personal. El tripulant seria el maniquí Starman, anomenat en homenatge a una de les cançons del Bowie, enfundat en el vestit espacial que la companyia vol provar.

La missió consistia en posar en òrbita al voltant de la Terra vehicle i tripulant, i des d’allà propulsar-los, al cap d’unes hores, cap a la llunyana òrbita de Mart.

Si deixem a banda, per uns instants, el component d'espectacle, acordarem que es necessitaran moltes proves, desafiaments, i conquestes si es vol acabar situant l’empremta de l’home sobre la terra marciana. Així que experiments com aquest són, i seguiran sent, imprescindibles.

En la missió es provava el coet, ja ho hem explicat. El retorn controlat de les seves peces. La capacitat d’enlairar una càrrega pesada. La tecnologia per a impulsar la càrrega cap a l’òrbita de Mart. I un munt de coses més que se m’escapen, i que a ben segur formen part de llargues llistes de comprovacions i testos que els tècnics d’SpaceX devien haver confeccionat.

El Tesla vermell, la música de Bowie, les càmeres, Spaceman... tot això sobrava? (un apunt: la música del gran Duc Blanc no sobra mai!)

Com deia abans, es pot criticar l’Elon Musk pel muntatge de caràcter marquetinià al més pur estil estrafolari-multibilionari americà. També es pot criticar, atenció amb això, que prou pena tenim en embrutar el nostre planeta per a que ara, a sobre, ens dediquem a enviar ferralla inútil a l’espai.

Però per un altre costat, milions de persones mai no oblidaran aquelles imatges surrealistes del descapotable vermell circulant al costat del planeta blau. Se’n parlarà durant temps. I segurament generarà interès del públic per tot allò que tingui a veure amb l’exploració de l’espai i, sobre tot, amb el repte d’encarar la propera frontera de la humanitat. El salt al planeta vermell.


La cosa està en el balanç, en si s’ha aconseguit un equilibri. Per alguns, el show haurà pagat la pena. Per altres, haurà estat només l’excentricitat d’algú a qui li surten els bitllets per les orelles (recomano, als que pensin així, que tinguin present que aquest home no ha fet els diners del no-res, i que deu conèixer i manegar bé el poder del màrqueting i el de la inversió en avenços que després es converteixen en abundants ingressos. O algú pensa que el viatge futur a Mart, o el dels 2 turistes a la Lluna, no els pagarà ningú?)

Que consti que ara he estat parlant només del component show, perquè la resta, la part tècnica i científica, penso que significa realment un punt històric en l’exploració espacial.

Deixeu-me parlar un moment de les imatges. Abans deia que eren espectaculars, com poques vegades s’havien vist. I és que l’òrbita del descapotable se situava molt per sobre de la que, per exemple, ocupa l’Estació Espacial Internacional, cosa que fa que la perspectiva sobre la Terra l’abastés per complert, mostrant-nos tota la bellesa de l’esfera blava. A partir de les vistes, vaig estimar en uns quants milers de quilòmetres l’alçada (la de l’Estació Espacial Internacional es mesura en centenars de quilòmetres).

El fet que el vehicle rotés provocava que no te’n poguessis cansar de mirar: s’alternaven vistes directes sobre el planeta, amb moments en què la Terra quedava reflectida a la carrosseria, amb altres dominats per un Sol encegador, i fins i tot, amb moments en els que una Lluna distant en fase treia el cap per un costat. Per cert, la rotació del cotxe no era només un efecte artístic. A l'espai les naus sempre es fan rotar per tal d'equilibrar les temperatures. Sense aire que serveixi de difusor, allà on arriben els rajos del Sol la temperatura es dispara a centenars de graus, i on no hi toca la llum també s'assoleixen centenars de graus, però sota zero.


Podeu (heu de!) visualitzar el vídeo que es va emetre en directe aquí: https://youtu.be/aBr2kKAHN6M

Starman viatja ja cap als dominis de Mart. Però alguna cosa ha fallat, i la trajectòria no va dirigida cap al planeta roig. El vehicle errarà, i acabarà viatjant eternament entre el Sol i algun lloc entre l’òrbita de Mart i de Júpiter. 

Les càmeres ja no funcionen, bateries esgotades. I la música del gran David Bowie fa hores que deu haver parat de reproduir-se.

Però allà va, per sempre, un descapotable vermell creuant el nostre Sistema Solar.



diumenge, de febrer 04, 2018

Què és això que anomenem temperatura?

La temperatura és un concepte quotidià, que tots emprem constantment. Des de la temperatura que farà demà, fins a la que marca el termòmetre que li hem posat al nostre fill. La temperatura del congelador, o la del cafè que ens crema la llengua.

Us heu parat mai a reflexionar què és, en realitat, això que anomenem temperatura? Sembla una cosa esotèrica, màgica. Què és el que fa que un objecte, una cosa, ja sigui gran, com una nebulosa a l'espai, o petita, com una gota d'aigua, tingui temperatura?

Potser sembla una pregunta sense importància?


No val respondre-la dient: "És clar, la temperatura és si una cosa està freda o calenta". Perquè així no ho responem, sinó que donem voltes sobre el mateix concepte. Què és estar fred o calent? Què fa que un glaçó de gel estigui fred, o la flama d'un llumí calenta?

Per entendre-ho, aquest cop no mirarem a munt, a l'espai, sinó cap a dins de la matèria. Com sempre, em permetré fer algunes aproximacions en l'explicació per tal d'intentar fer-la més entenedora (perquè la realitat és un xic més complexa que la que explicaré, especialment si un té en compte els efectes de la mecànica quàntica).

Tota la matèria està composada per àtoms i molècules (que no són més que associacions d'àtoms). En un gas, les seves molècules es mouen lliurement dins l'espai en el que el gas està confinat, omplint-lo de forma homogènia. En un líquid, els àtoms i molècules es troben lligats entre ells, cosa que fa que la substància en qüestió tingui més consistència que un gas. I en un sòlid, aquests enllaços són molt més forts.

Però sigui quin sigui l'estat de la matèria, gasosa, líquida, o sòlida, els seus àtoms sempre estan en moviment. Ja hem comentat com les molècules d'un gas vaguen de forma aleatòria. Les d'un líquid també es mouen, cosa que fa que tot es mescli de forma homogènia. Inclús en un objecte sòlid. En aquest cas, tot i que les molècules es troben, com dèiem, fortament lligades entre elles, el moviment que tenen el podem visualitzar com si fos de vibració. Els àtoms vibren constantment, sense poder escapar-se i trencar els enllaços.

Doncs bé, la temperatura és una mesura estadística d'aquest moviment dels àtoms. Quan un termòmetre ens marca la temperatura, ens està dient com de ràpid o lent es mouen (o vibren) els àtoms amb els que ha estat en contacte.

Una temperatura alta significa que els àtoms o les molècules es mouen ràpidament (o vibren amb força). Si apliquem calor, és a dir si aportem energia a l'objecte, la seva temperatura puja, que vol dir que l'energia que li estem afegint al sistema passa a formar part de l'energia de moviment dels seus àtoms, que ara es mouen encara més ràpidament. Així, pot arribar un moment en el que es moguin tan fortament que els enllaços que mantenien la cohesió en un sòlid es trenquin, i les seves molècules es disgreguin, passant a ser un líquid o un gas.

Si refredem l'objecte, si aquest perd calor, el que estem fent en realitat és minorar l'energia de moviment dels seus àtoms. Aquests calmen el seu moviment o la seva vibració. Com més fred un objecte, menys energia tenen els seus àtoms, menys es mouen.

La transferència de calor entre objectes és, segons tot això, el traspàs de l'energia de moviment dels àtoms. Quan el meu dit es retira ràpidament del ferro roent és perquè els àtoms i molècules que conformen els teixits de la meva pell han adquirit més vibració (que també han transferit a les terminacions nervioses, que han alertat al cervell).

Aquesta transferència de calor, dels objectes més calents als freds és inevitable. És com posar unes tranquil·les boles de billar (àtoms d'un objecte fred) en mig d'una taula plena d'altres boles que circulen a tota velocitat per allà (àtoms calents). Tard o d'hora col·lidiran entre elles i es transferiran energia de moviment: unes guanyant moviment (les que estaven aturades), i les altres perdent-ne (les que es movien ràpidament). Fins a que tot quedi en equilibri.


Hi ha altres formes d'escalfar o refredar que no passen pel contacte entre objectes. Per exemple, l'aplicació d'un fort camp magnètic a una substància la pot escalfar, perquè farà augmentar la vibració dels seus àtoms. O els rajos del Sol ens escalfaran la cara, amb un procés molt similar al que acabem de comentar.

No sé si havíeu sentit mai a parlar de l'anomenat zero absolut. Una temperatura que es defineix com la mínima assolible a la natura (273,15 graus C sota zero). Sembla estrany aquest concepte d'un valor mínim del què no es pot baixar? Amb la definició de temperatura que hem vist ja no és tan rar. Aquest zero absolut seria la temperatura que immobilitzaria els àtoms. Com que la temperatura és una mesura del moviment, i si els àtoms ja no es mouen, doncs allà s'acaba el valor de la temperatura (companys qüàntics, no m'ho tingueu en compte si us plau).

Les temperatures més baixes trobades a l'univers, per tant, es mouen al voltant d'aquesta xifra del zero absolut, però sempre un xic per sobre.

Així que ja sabeu. La propera vegada que llegiu el que marca el termòmetre, recordeu que és com si estiguéssiu mesurant com de nervioses i excitades estan les seves molècules.




dissabte, de gener 20, 2018

El meu tercer llibre ja és una realitat: 100 qüestions sobre l'univers

Era finals d'abril de l'any passat quan em contactava Cossetània Edicions per a proposar-me el projecte d'aquest llibre.

La veritat és que em va costar molt poc entusiasmar-me amb la proposta. La col·lecció de Cossetània "De Cent en Cent" és molt atractiva. Llibres com ara "100 preguntes de química quotidiana", "100 gens que ens fan humans", o "100 preguntes de física", per anomenar-ne alguns, tenen en comú el format de presentar 100 capítols curts, d'una o 2 pàgines cada un, que, a més, poden ser consultats sense seguir obligadament un ordre. Llibres adreçats a tots els públics.

La temàtica seria l'univers, i de seguida el meu cap va començar a imaginar-se el contingut. Parlaria del Big Bang, de tota la seqüència de desenvolupament de l'univers. De la creació de l'espai i del temps. De l'expansió. De quina forma i dimensió té el nostre cosmos.

També dels objectes que hi habiten. La vida de les estrelles. Les galàxies. Els planetes. Incloent, per suposat, els objectes més espectaculars coneguts: estrelles de neutrons, i forats negres.

Ah! I no hi faltaria parlar de la vida. De la seva aparició, de les seves circumstàncies. De si en pot haver a altres llocs, i on i com l'estem buscant.



Com és habitual, hauria de trobar un equilibri entre la precisió científica, a la que estic obligat, i la divulgació, evitant plantejaments excessivament complexos i fent quelcom atractiu pel públic amb independència del seu grau de formació.

―Som-hi doncs! ―vaig dir-li al Jordi Ferré, director de Cossetània després de 2 minuts d'escoltar-lo―. Quan l'haig de tenir a punt?

Em va explicar que depenia de l'objectiu. Si aquest era Sant Jordi de 2018, la redacció del llibre havia d'estar finalitzada a... finals de setembre! Això em donava només 4 mesos (l'agost seria fora, en un viatge ja compromès).

M'hi vaig posar immediatament. Robant temps d'aquí i d'allà, no oblidem que tinc les meves obligacions professionals que ocupen la major part del dia, i també una família. Però quan una cosa t'il·lusiona, fas mans i mànigues per tirar-la endavant. Els vespres després de sopar es van convertir, durant aquells mesos, en fàbriques de filar idees i cosir textos. Novament, amb tot el suport i comprensió de la família.

De seguida em vaig adonar que una de les dificultats del llibre era ser capaç de condensar, de crear qüestions que poguessin ser desenvolupades en molt poques pàgines cada una. El fre en alguns moments vaig haver de pitjar, ho confesso, per a replantejar aquella part de text. La línia de pensament escollida no era bona si obligava a allargar excessivament el capítol.

I així, en els tranquils i silenciosos vespres de casa, entre lletres varen trobar el seu lloc tot un seguit de curiosos i fascinants protagonistes i esdeveniments. Una setmana de 7 dies que condensa tota la història de l'univers. Les teles elàstiques que algú desconegut estira, i el misteriós  globus que s'infla. El genial, però humà després de tot, Einstein. Els rellotges de Dalí, flonjos, i que mesuren el temps com volen, i els 2 bessons, que envelleixen a ritme diferent. El gran ballet rus Bolshoi. La desesperant buidor de la natura. Unes culleradetes de cafè que pesen tones. La bèstia temible, que amenaça en devorar tot el que s'hi apropi. Els satèl·lits espies de la guerra freda i el seu inesperat descobriment. Una fórmula per a calcular civilitzacions.

I nosaltres. Sí, tots nosaltres. També hi sortim. Perquè, m'ho haureu sentit dir més d'un cop a les conferències, l'univers és la nostra història. És on trobem els nostres orígens. Tot allò que ens fa extraordinaris, el préstec de la natura. Dins nostre batega el record del moment zero, parts de nosaltres que es van forjar fa 13.800 milions d'anys. I dins nostre segueixen vivint astres que van existir i que varen morir per a que avui poguéssim ser aquí.

Vaig prémer la tecla de guardar, per darrera vegada, a començaments de setembre. Una setmana per a un parell d'enèsimes lectures, i el projecte a llibre va volar a través de la xarxa fins a Valls, on Cossetània hi té la seu.

Ara, "100 qüestions sobre l'univers" ja és una realitat.


Del Big Bang a la cerca de la vida.


dijous, de gener 18, 2018

Visca el veritable novè planeta!

A ell li és absolutament igual el que diguem els humans, amb la nostra mania d’ordenar-ho tot. Segueix orbitant orgullós en els confins del nostre Sistema Solar. I ens ha deixat bocabadats després de la visita que li va fer l’any 2015 la sonda New Horizons.

Jo vaig estudiar Plutó com a planeta, molt abans la Unió Astronòmica Internacional el degradés a la categoria de planeta nan. A la nostra imaginació, sempre ens ha evocat la frontera. El regne gelat i erm des del qual el nostre potent Sol no és més que una petita boleta que a penes escalfa.

Plutó era el darrer gran cos del Sistema Solar que quedava ver visitar. Els plans de la NASA venien de lluny, però malauradament les retallades econòmiques s’hi van cebar.

Començat el concurs d’idees, la indústria va veure, l’any 2000, com l’agència espacial nord-americana cancel·lava el projecte. Varen ser moltes les protestes, tant d’empreses (afectades, diguem-ho tot, pels seus interessos econòmics) com també de la comunitat científica i del públic en general.

La NASA va rebre més de 10.000 cartes de protesta, segons explica un dels pares de la missió que finalment va guanyar, el científic S. Alan Stern, a la revista Scientific American. Sembla que fins i tot un adolescent es va creuar el país de punta a punta per a presentar-se en persona a les oficines de la NASA demanant la reconsideració.

Finalment, la NASA va acceptar anar endavant amb una missió a Plutó a finals d’aquell mateix any 2000. Els projectes a presentar, però, havien d’ajustar-se a uns pressupostos molt reduïts.

Enviar una missió tan lluny (més de 5.000 milions de quilòmetres) no és cosa fàcil, ja us ho podeu imaginar. Una comparació que he llegit m’ha deixat impressionat: és com llençar una pilota de golf de Los Angeles a New York, i fer forat en un cop! Tot plegat encara més difícil si s’ha de fer amb pressupost reduït (exagerant una mica, vindria a ser com dir amb un pal de golf de plàstic).

L’equip guanyador va presentar una proposta en la que la sonda hivernaria la major part del camí (10 anys) per tal d’estalviar nòmines dels equips gestors a la Terra. Amb el pressupost disponible, la missió consistia en el que s’anomena un “fly-by”, és a dir, passar a tota velocitat prou a prop com per a poder estudiar el planeta, però sense entrar en òrbita i quedar-s’hi (entrar en òrbita, venint d’un viatge interplanetari, requereix grans capacitats d’ajustament de l’òrbita, de frenada, que vol dir motors i combustible. Diners, en altres paraules).

Poc després de ser adjudicat el projecte, l’any 2001, els polítics varen tornar a cancel·lar-lo! Allà va començar tot un moviment de pressions per part de grups científics per a intentar salvar la missió. Ara, vist en perspectiva, tot això em fa somriure, ja que estem parlant d’una missió que va costar uns 780 milions de dòlars, una de les més barates i equivalent a 3 o 4 avionets de fer la guerra dels que els nostres exèrcits fan gala.

Afortunadament, la missió va tirar endavant. Amb molta pressió, això sí.

I així va ser que vàrem passar per Plutó, el 14 de juliol de 2015. I pels seus satèl·lits.

I què hi vàrem trobar?

Sorpreses totals. No podia ser d’una altra manera, i sembla que sigui la forma que Plutó té de passar-nos la ma per la cara.

Esperàvem trobar un cos geològicament mort. A la Terra, la tectònica de plaques, i el vulcanisme, funcionen gràcies al calor existent a l’interior del planeta. La teoria diu que, per a que un planeta pugui conservar aquest calor després de més de 4.500 milions d’anys de la seva formació, ha de tenir una mida mínima. Fabrica un objecte més petit que aquest mínim, i el planeta es refredarà en un parell de milers de milions d’anys.

Plutó és fascinantment actiu geològicament, cosa que no esperàvem degut a la seva petita mida (només 2/3 parts la de la Lluna). Sabem que és actiu, o al menys ho ha estat en els darrers milions d'anys,  perquè ens va ensenyar grans planures sense rastre d’impactes de meteorits, la qual cosa implica que aquesta part de la superfície ha estat renovada recentment. Quina és la font de calor que permet aquesta activitat? No ho sabem.

Ens va ensenyar, també, enormes glaceres, formades per gel d’aigua i per nitrogen sòlid. Canons. Una atmosfera, molt feble, això sí, però una altra sorpresa total per la mateixa raó de la seva petita dimensió. Evidència de casquets polars.


Les imatges capturades són espectaculars. Durant les hores que la New Horizons va estar de pas, els seus instruments varen funcionar a tota pastilla i perfectament. La quantitat de dades recollides va ser brutal. Tant que s’estan analitzant encara ara, i es trigaran anys en fer-ho completament.

New Horizons va passar a prop, també de Charon, el satèl·lit més gran dels 5 que té Plutó. Per si mateix, Charon ja mereix un capítol a part. Un món totalment diferent a Plutó. Un cos que geològicament va morir fa uns 4.000 milions d’anys. Però que abans de fer-ho, amb molt poc temps, va desenvolupar glaceres, canons molt profunds i muntanyes.

Com deia, trigarem molt de temps en poder analitzar en detall totes les dades. Mentre tant, la New Horizons, aquella missió que semblava condemnada a l’oblit en els calaixos de la NASA, ha obtingut una segona vida, i s’ha decidit prolongar la seva tasca.

Els seus sistemes funcionen a la perfecció, i s’ha fet un mínim consum de combustible de maniobra. Així que els gestors de la NASA li han encomanat a aquest explorador intrèpid que, en el seu camí cap a les afores del Sistema Solar, es trobi, l’1 de gener del 2019, amb l’objecte 2014 MU69, un cos que orbita el que s’anomena cinturó de Kuiper. Serà l’objecte més llunyà mai estudiat, i es considera que ens pot donar claus importants sobre la formació del nostre Sistema Solar.

A part d’aquest objecte, l’equip responsable diu que d’aquí a l’any 2021 la New Horizons passarà relativament a prop de més de 24 objectes del cinturó de Kuiper. Així que els rius de dades estan assegurats si tot funciona com fins ara.

I és que l’exploració de l’espai paga la pena, sens dubte. Ens il·lusiona a tots, i necessitem il·lusió. Ens uneix, per sobre de nacionalitats i d’idees. Ens ensenya. Ens sorprèn. Ens fa sentir exploradors, que, per altra banda, és el que realment som (i si no, mirem la història de la humanitat i el repte constant que hem fet a tot allò que no enteníem).

Més enllà que aquestes raons, ja per sí soles importants, l’exploració de l’espai ens ha de donar les pistes del nostre origen. De com ens vàrem formar. D’on va sortir la vida a la Terra. On està el nostre bressol.

També, per si tot això fos poc, comença a marcar el camí per a l’explotació futura dels recursos del Sistema Solar, quan s’esgotin els del nostre planeta. O és que pensem que la mineria d’asteroides o d’altres cossos es farà de forma improvisada, d’un dia per l’altre?

En fi. Que visca l’exploració de l’espai. Visca la New Horizons.


I visca Plutó. Diguin el que diguin, el veritable novè planeta.


dimecres, de gener 03, 2018

Potser vàrem néixer així?

La nebulosa de la Rosetta és una espectacular i gegantina maternitat d’estrelles. La fotografia que vaig fer fa uns dies em serveix d’inspiració per a explicar com va ser, potser, el naixement del Sol i de la Terra.

Tot comença quan algun dels enormes núvols de gas i pols que abunden en els braços espirals de moltes galàxies es posa en moviment. Com està passant dins la Rosetta.



L’espai que hi ha entre les estrelles està format bàsicament per gas hidrogen, l’element químic que es va formar en el Big Bang i que és el més abundant a l’univers. Aquest gas està “contaminat” per altres components, com ara heli (també format durant els primers sospirs del cosmos, i tot allò cuinat amb paciència dins les anteriors generacions d’estrelles -és a dir, tota la resta d’elements químics, incloent l’oxigen, el nitrogen, el carboni, el ferro, ...). Part d’aquests components s'han agregat format microscòpics grans de pols.

No sabem ben bé què és el que posa en moviment el núvol. Podria ser l’explosió d’una supernova propera. O la pertorbació provocada pel pas d’una estrella. O simplement per la compressió natural generada per la rotació de la galàxia. Sigui el que sigui, les molècules del gas comencen a apropar-se mútuament, per efecte gravitatori.

Tot i que a les imatges, com la de la nebulosa Rosetta, aquests núvols semblen densos, no ho són gens. Són extraordinàriament febles, tant que estan més buits que el millor dels buits que podem fabricar als nostres laboratoris! Si fóssim dins del núvol, ni el veuríem, i si no fóssim curosos podríem arribar a concloure que allà no hi ha res en absolut. La lluentor que veiem és provocada perquè aquest tènue gas és excitat per la intensa radiació de les joves estrelles recent nascudes, i emet llum.

El gran núvol està molt fred, a escassos graus sobre el zero absolut (estem parlant de temperatures de l'ordre dels -260 graus C). Aquesta és una condició indispensable per a que la màquina de formar estrelles pugui funcionar, ja que la temperatura es tradueix en moviment de les molècules de gas i, per tant, en un efecte contraposat al treball d’apropament que intenta fer amb tant d’esforç la gravetat.

El núvol es fragmenta, al comprimir-se unes regions més ràpidament que d’altres. En algunes parts es van formant grumolls, que es desagreguen de la resta alhora que es contrauen lentament. De cada un d’aquests grumolls acabaran naixent desenes o centenars d’astres.

Poc a poc, però inexorablement, el gas i pols es va concentrant, formant grans discos que giren i s’aplanen. Giren perquè la natura obliga a que si quelcom gran té algun moviment de gir, quan aquest quelcom es fa petit, ha de seguir girant però ara molt més ràpidament (recordeu la imatge d’un patinador que gira, i de sobte recull els braços i es dispara la seva velocitat de gir sense haver de fer cap esforç?). El gir ajuda a que el disc s’aplani.

Cada disc generarà, si tot va bé, una estrella, un Sol. I al voltant seu, planetes.

En menys de 100.000 anys, ja s’ha concentrat suficient material al centre del disc per a que allà s’identifiqui una gran bola, l’embrió de l’astre, anomenat protoestrella en aquesta fase. Brilla perquè està calenta, no pas encara perquè generi llum a partir de reaccions nuclears, com sí que farà passats uns milions d’anys.

La calor s’ha generat a partir de la contracció del disc. Tal com el material ha anat caient, per gravetat, cap al centre, la temperatura allà ha augmentat a milers de graus (físicament diríem que hi ha hagut una conversió d’energia gravitatòria en tèrmica). Ara la temperatura ja no és obstacle, ja que la protoestrella té suficient poder d'atracció com per a poder vèncer el moviment de les partícules.

En aquesta primera fase de la vida, les estrelles són com els humans jovenets: inestables, impredictibles, esbojarrats (alguns ho seguim sent molt després!). Segueixen atraient material, cada cop més fortament, però no poden acumular al ritme que atrauen, de forma que també expulsen grans quantitats de gas mitjançant dolls.

Cap als 3 milions d’anys, més o menys, la protoestrella comença a calmar-se. Mentre tant, en el disc han seguit passant coses. El material que no ha caigut cap al centre s’ha anat acumulant, a base d’impactes. Primer formant minúsculs granets. Després, pedres. Més tard, roques. Lentament, el disc ha començat a fabricar planetes i altres cossos, en un procés caòtic, ple de col·lisions. És la llei del més fort. Els projectes a planetes més grans escombren, engoleixen, als més petits que es troben suficientment a prop.

La temperatura prop del centre del disc és massa gran com per a que els components més volàtils, com ara el gas o fins i tot l’aigua, puguin acumular-se, de forma que allà, a l’interior del disc, es formen majoritàriament móns rocosos. Més enllà, en les regions fredes del disc, els planetes creixen fins convertir-se en gegantines boles de gas i aigua. I els objectes menors i rocosos que es formen en les regions més externes retenen grans quantitats d’elements volàtils, inclòs de nou l’aigua.

Amb tot això, el disc ha anat quedant endreçat, el material acumulat formant milions d’objectes, des de planetes a asteroides i cometes.

Poc després, la temperatura a l’interior del projecte d’estrella arriba als 15 milions de graus. És el moment en què comença la fusió nuclear de l’hidrogen al seu interior. És la màquina que fabricarà energia durant la major part de la vida del nou astre, i que permetrà que aquest quedi en equilibri contrarestant la pressió de la gravetat que el pressiona cap a dins. Ha nascut, finalment, una estrella.

El nou Sol genera, especialment en aquestes primeres fases, un fort vent estel·lar. Un vent format per l’emissió de partícules que s’escapen a gran velocitat. Aquesta emissió, conjuntament amb la radiació electromagnètica generada per l’estrella, dissipa el gas que queda en l’enorme disc, aturant, així, el creixement dels planetes gasosos.

En la imatge de la nebulosa de la Rosetta es pot apreciar l’efecte de la pressió de les emissions de les joves estrelles recent nascudes. Creant, per exemple, la gegantina cavitat en el centre del núvol. Formant, també, pilars i formacions retorçudes en moltes parts de la nebulosa, allà on s’han format grumolls que nodreixen a centenars de noves estrelles.



Només podem apreciar les estrelles ja formades i que s’han desempallegat dels discos de gas i pols que les envoltaven. Però amagades dins la nebulosa hi ha centenars, potser milers, de Sols en etapes més infants, que encara no podem distingir.

Al voltant de cada un d’aquests puntets, d’aquestes estrelles, s’han format probablement planetes de tot tipus. Massa lluny com per a poder-los veure, es confonen dins el diminut píxel de llum que rebem del seu Sol.

Fa uns 4.700 milions d’anys, el nostre Sol, així com la Terra i els demés planetes del Sistema Solar, varen néixer d’un dels grumolls que es van posar en moviment dins un gran núvol de gas i pols.

Potser dins una enorme nebulosa, com la Rosetta.


I potser, des de milers d’anys llum de distància, algú ho va fotografiar. Sense sospitar que al voltant d’un d’aquells petits punts la natura escolliria un món rocós i inicialment erm per a carregar-lo d'aigua mitjançant impactes d'asteroides i escriure un capítol brillant de l’experiment de la vida.


dimecres, de desembre 27, 2017

Vols evaporar-te dins un forat negre?

No hi ha dubte que els forats negres constitueixen els objectes més espectaculars i alhora enigmàtics de l'univers.

En aquest article, anem a precipitar-nos cap a alguns d'ells, amb la nostra imaginària nau. Ja us aviso que el final no serà agradable, i ens evaporarem.

Deixeu-me, abans, recordar què són aquests objectes. Un forat negre és una regió de l'espai en la que es compacta tanta massa que la gravetat que exerceix fa que absolutament res, ni tan sols la llum, pugui escapar un cop hi ha entrat.

Ho intento explicar més fàcil. Si ens imaginem l'espai (temps) com una tela elàstica, i hi posem una bola pesada a sobre,veurem com la tela s'enfonsa, es deforma. Segons la relativitat general d'Einstein, la millor teoria física de què disposem per explicar la natura a gran escala, això seria, justament, la gravetat. En el cas dels forats negres, la seva densitat, és a dir, la concentració de massa, és tan brutal que enfonsaria aquesta tela imaginària fins a trencar-la per sota, de forma que tot el que hi caigués no en podria tornar a sortir.

He emprat la paraula temps en parèntesi, quan m'he referit a la tela de l'espai. Hem d'entendre que la massa no tan sols deforma l'espai tal i com el coneixem, sinó també el mateix temps, que deix de ser aquella entitat fix i immutable amb la que hem crescut, per transformar-se en quelcom elàstic (no batega igual de ràpid el temps aquí, a la superfície de la Terra, per exemple, que a 20.000 quilòmetres d'alçada, o que a la Lluna).

Els forats negres tenen el que es coneix com l'horitzó d'esdeveniments. Vindria a ser la frontera, el lloc a partir del qual ja res escaparà. Tal com Stephen Hawking ho descriu: és com intentar no caure per les cascades del Niàgara. Remes amb força per escapar, i potser ho aconseguiràs. Però si t'arribes a apropar just al límit, allà on l'aigua es precipita cap avall, ja res podrà salvar-te. Hauràs creuat l'horitzó d'esdeveniments.

Coneixem varis tipus de forats negres, en funció de la seva massa. Així, en llibertat (parlo d'ells com si fossin bèsties) en trobem de supermassius (enormes, amb masses superiors als milions de Sols) i d'estel·lars (amb la massa equivalent a una estrella). Però és curiós que no n'hem detectat cap de rangs diferents: per exemple de mides intermèdies, o fins i tot mini-forats negres. No hi hauria d'haver cap impediment físic per a l'existència de forats negres de tota mida i rang de masses. Però no els hem trobat. Potser no abunden els processos que els generen.

Molt bé. Preparats? Anem a caure dins un forat negre supermassiu. Sorprenentment, de les experiències que viurem imaginàriament a continuació, la del forat negre supermassiu serà, com ara veurem, la menys traumàtica. Tot i que el final serà, em temo, el mateix.

Els forats negres supermassius viuen en el centre de moltes galàxies, inclosa la nostra Via Làctia. Són enormes monstres, que empaqueten desenes, centenars, o milers de milions de vegades la massa del Sol. Desconeixem com s'han format. Podrien ser habitants de poc després del Big Bang, o podrien haver crescut posteriorment a base de devorar matèria.

El forat negre que ara atrau la nostra nau té una massa d'un milió de Sols (petit dins del regne dels supermassius), i una mida, fins al seu horitzó d'esdeveniments, de 2,7 milions de quilòmetres. Allà, la gravetat és quasi 2 milions de vegades la de la Terra!


Tal com ens apropem, la  nau s'accelera sota l'atracció poderosa del gegant. La notem des de distàncies superiors a l'any llum. Des d'uns 4 bilions de quilòmetres, la gravetat que exerceix ja és equivalent a la que tenim a la superfície del nostre planeta. Però com que som en caiguda lliure a través de l'espai, suposant que no xoquem contra cap objecte, no notem aquesta atracció, i dins la nau flotem ingràvids tan tranquil·lament.

Ens movem cap a una regió fosca de l'espai. Al seu voltant observem les estrelles de fons, tot i que la seva llum està deformada, fent com uns bonics i espectaculars arcs al voltant de la regió fosca, el forat negre.

Com deia, l'horitzó d'esdeveniments, el punt de no retorn, està situat a uns 2,7 milions de quilòmetres del centre del forat negre. Allà no hi ha cap cartell que ens ho indiqui, i el creuem a tota pastilla sense notar absolutament res. Fixeu-vos: a pesar de la increïble gravetat (milions la de la Terra), i per tant de la inimaginable velocitat que portarem, com que som en caiguda lliure, igual com dins un ascensor que ha trencat el cable i cau, no notem res.

Tot i això, el nostre destí ha quedat segellat al traspassar la frontera. Tot semblarà igual, només que ja no veurem la llum de les estrelles. Tot és fosc.

Resulta que hem deixat una nau bessona en òrbita estable al voltant del forat negre, de forma que pot observar tot el procés. Ens haurà vist caure cap al centre, guanyant més i més velocitat. S'haurà horroritzat al percebre com la nostra nau era estirada i retorçuda. Però sorprenentment tal com ens hem apropat a l'horitzó d'esdeveniments, el nostre moviment s'haurà alentit i, finalment, congelat.

L'observador veurà com no arribem mai a creuar completament l'horitzó d'esdeveniments, i la nostra nau es desfarà lentament en aquell punt. Pensarà "s'ha acabat! El meu company és mort".

Per ell, som morts. Retorçats i estirats. Però en realitat som encara vius, caient cap al centre, passat l'horitzó d'esdeveniments. Per suposat, no podem dir-li, ja que cap senyal que enviem podrà escapar cap a fora.

Molt poc després d'aquest pensament, ens aproparem al centre, anomenat singularitat, i allà s'acabarà tot per nosaltres. Els àtoms que formen la nau i el nostre cos seran, ara sí, estripats i passarem a formar part per sempre més del forat negre.

Tornem a fer l'experiment, però aquest cop caurem cap a un forat negre de tipus estel·lar, el resultat de la mort d'una estrella gran. Serà un forat negre de massa equivalent a 2 Sols.

Aquest escenari és més terrible per a nosaltres. En el cas anterior moríem quasi sense notar-ho, ja ben dins del forat negre. Però ara, ja a un milió de quilòmetres de distància, i encara lluny de l'horitzó d'esdeveniments (que es troba a només 5 quilòmetres del centre!), notem quelcom gens agradable. Perdem la ingravidesa, i ens orientem verticalment cap al forat negre. Notem com quelcom ens estira fortament dels peus (o del cap, segons com haguem quedat orientats). Tan fortament que els nostre cos no ho resisteix. En mig de crits de dolor, ens estripem. El material de la nau tampoc poc resistir-ho, i es parteix.

A pesar que som en caiguda lliure, igual que en l'anterior experiment, en aquest cas la força de la gravetat que suportem és enormement diferent entre els peus i el cap, o entre la part davantera de la nau i la del darrera. Milions de vegades superior en els nostres peus que en el cap. De forma que encara ben fora de l'horitzó d'esdeveniments els àtoms del cos i de la nau són forçats a col·locar-se en filera, en un macabre procés que anomenem "espaguetització".

L'observador haurà vist, astorat, el procés. En aquest cas coincidirem més o menys en el moment de la mort. Però igual que abans, veurà que els àtoms meus i de la nau no arriben a traspassar mai l'horitzó d'esdeveniments, i s'alenteixen a l'apropar-se.

Per suposat, tot el que he explicat en aquest article és producte de suposicions, segons la física que tenim. Ningú no sap què passa dins un forat negre. El que sí sembla clar és que si mai hi hem d'entrar, millor fer-ho en un de supermassiu, ja que en un de petit ens haurem convertit en pasta italiana molt abans no creuar la porta.

Per acabar, deixeu-me que comenti un fet sorprenent. L'evaporació dels forats negres.

Segons Stephen Hawking, i degut a efectes quàntics, els forats negres perden massa progressivament, i s'acaben evaporant, desapareixent. El que passa és que els temps que triguen en completar aquest procés són increïblement llargs. Si no m'he equivocat en els càlculs, el forat negre estel·lar de 2 masses solars al qual hem caigut abans trigaria un decilló de vegades més que l'edat del nostre univers! És a dir, unes 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 vegades tota l'edat del cosmos!

La cosa canvia, però, amb un micro-forat negre. Un d'una tona de massa desapareixeria a l'instant, en menys d'una milionèsima de segon.

Però lo interessant passa amb els mini-forats negres. Un de massa equivalent a un milió de tones viuria uns 2.700 anys, i mentre s'anés evaporant desprendria una energia de més d'un bilió de watts!

Si el poguéssim crear i mantenir estable, seria una excel·lent i magnífica font d'energia neta. Ah! No us he comentat quant d'espai ens ocuparia aquesta bèstia productora d'electricitat: molt menys que una bilionèsima de centímetre! Brutal, oi? És clar que seria millor tenir-lo orbitant la Lluna, per evitar accidents. Diminut, però alhora increïblement destructiu si caigués al nostre planeta.


Potser algun dia la humanitat utilitzarà forats negres, qui sap. Mentre tant, seguirem imaginant com deu ser l'interior d'aquests objectes. I si mai t'atreveixes a visitar-ne un, tria'l bé, eh?


Estels i Planetes

TOP