“El filósofo Platón fundó una academia en Atenas, donde enseñaba matemáticas. Un día, durante una demostración matemática, cierto estudiante le preguntó: “Pero maestro, ¿qué uso práctico tiene esto?”. Platón, indignado, ordenó a un esclavo que le diera una moneda pequeña para hacerle así sentir que su estudio tenía uso práctico; y luego lo expulsó de la Academia.”
Grandes Ideas de la Ciencia - Isaac Asimov
Siempre defenderé que l investigación de cualquier índole merece la pena por si misma, más allá de que podamos verle una utilidad inmediata o no. Las razones son claras:
- El conocimiento es un valor en si mismo. Lo que sabemos sobre todo lo que nos rodea modifica nuestra forma de verlo y de interaccionar con ello. Sacia nuestra curiosidad y a la vez genera más necesidad por conocer. Nos da perspectiva y en general genera en nosotros una sinergia, un fermento de cultura, que nos permite engrandecernos, como individuos y como especie.
- Lo maravilloso de la investigación, es que muchas veces encontramos lo inesperado, algo nuevo, diferente a todo lo anterior, que no habíamos previsto. Crear aplicaciones tecnológicas a partir del conocimiento que tenemos es algo corriente hoy en día, pero los verdaderos adelantos provienen de encontrar nuevas e inesperadas aplicaciones en el nuevo conocimiento que se genera de la investigación. Esto lo expliqué ya cuando hablé del trabajo de Maxwell, completamente teórico, sobre la electricidad. Un trabajo aparentemente “inútil”, y sin embargo, gracias a él, se desarrolló toda la teoría electromagnética, tan absolutamente fundamental para nuestra sociedad hoy en día. Maxwell no sabía qué podría llegar a construirse con sus ecuaciones, siquiera vivió suficiente como para ver la confirmación experimental a su trabajo teórico. Y sin embargo, el impulso por conocer de este verdadero héroe, nos ha dado tantas y tantas cosas.
- Una cuestión de supervivencia. Nuestra especie basa su éxito adaptativo en su capacidad para aprender y desarrollar estrategias y herramientas adaptadas a lo que vamos aprendiendo. Está en nuestra naturaleza querer aprender, pero más aún. Como especie, nuestro conocimiento es la mejor habilidad que tenemos para sobrevivir y medrar.
- El mundo está podrido con la idea del beneficio a corto plazo. Estamos obsesionados con esa pequeña moneda, y despreciamos el conocimiento y las apuestas a largo plazo. Puede parecer una reflexión infantil, pero todo lo que en la actualidad es tan fácil en los países ricos es el producto del ansia de conocimiento y de mejora de las generaciones pretéritas. Sin los pensadores y científicos del pasado, seguiríamos estancados en una sociedad medieval, en el mejor de los casos.
Ya he hablado con anterioridad de ese gran hombre que fue William Herschel, por su descubrimiento de Urano, y por el descubrimiento de la luz infrarroja. Hoy quería tareros algo que escribió en 1811, y que se refiere al buen hacer astronómico, pero que sigue en plena vigencia para la ciencia moderna, y que, según me parece a mí, separa claramente ciencia de pseudociencia:
“Déjeseme en primer mencionar que si debemos esperar hacer progresos en una investigación de esta naturaleza [la investigación del espacio profundo] tendríamos que evitar dos extremos opuestos del los que es difícil saber cuál es el más peligroso de los dos. Si nos dejamos llevar por la indulgencia de una imaginación llena de fantasía y construimos mundos que sólo están en nosotros mismos, no debemos extrañarnos de que nos alejemos del camino de la verdad y de la naturaleza; se desvanecerán como los vórtices cartesianos, tan pronto se den paso a teorías mejor construidas. Por otro lado, si añadimos observación a la observación, sin intentar extraer no sólo ciertas conclusiones sino también conjeturas sacadas de ellas estaremos ofendiendo el verdadero fin para el que deben hacerse las investigaciones.”
Extracto de:
Herschel, W. (1811): ”Astronomical Observations Relating to the Construction of the Heavens, Arranged for the Purpose of a Critial Examination, the Result of Which Appears to Throw Some New Light upon the Organization of the Celestial Bodies”. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 90. Pag. 264.
PD: Si alguno se pregunta qué es eso de los vórtices de Descartes, pronto haré un post hablando de ellos.
La semana pasada estuve leyendo Sidereus Nuncius de Galileo, y aunque planeo hablar un poco del tema dentro de unos días, hoy quería dejar simplemente una curiosidad que aprendía a partir de ese libro.
En él se hace referencia a los espúreos primeros y los espúreos segundos, como subdivisiones del grado (angular, no térmico) y como sinónimo del minuto, que proviene de la expresión latina: pars minuta, es decir, parte diminuta.
Y es que en los textos medievales (escritos en latín), el grado se dividia en 60 minutos primeros, y cada minuto en 60 minutos segundos, lo que con el tiempo ha dado lugar a nuestros “minutos” y “segundos” como unidades angulares (y de tiempo).
Entre 1775 y 1783 se libró la Guerra de Independencia de los Estados Unidos, que acabó con la derrota de Gran Bretaña, y de su rey, Jorge III de Inglaterra, que de esta forma perdió sus territorios coloniales en Norte América.
Lo cierto es que, aunque el Tratado de París se firmó en 1783 y por él Gran Bretaña reconocía la independencia de EE.UU., ésta era un hecho desde la victoria militar estadounidense en 1781. Sin embargo, ese mismo año, al tiempo que Jorge III perdía sus colonias, ganaba algo que ningún otro rey de la historia ha tenido: un planeta. Concretamente el Georgius Sidus, es decir, Planeta Jorge en latín.
Este planeta no es otro que Urano, descubierto en 1781 por William Herschel, de quién ya habíamos hablado por el descubrimiento de la radiación infrarroja. Herschel, pese a ser de origen alemán, se nacionalizó Inglés y, como homenaje a su rey, que acababa de perder sus colonias, le otorgó su nombre al recién descubierto planeta.
En la época este nombre creó mucha polémica, ya que parecía inadecuado ponerle tal nombre a un planeta. Bode, otro influyente astrónomo de la época, propuso que, dado que Júpiter era el hijo de Saturno en la mitología, el nombre del nuevo planeta debería ser Urano, padre de Saturno. En Gran Bretaña se resistieron a este cambio, pese a que en el continente ese nuevo nombre se impuso rápidamente. Así, se pueden encontrar referencias oficiales al Georgius Sidus en Gran Bretaña tan tarde como 1850 Más, como es evidente actualmente, al final triunfó el nombre mitológico. Al final, el Rey Jorge III también perdió su planeta.
Originalmente, Herschel era músico, director y compositor pero en 1773, cuando tenía 35 años, compró un libro sobre astronomía que le hizo volcarse por completo, desde ese momento y en adelante, a la ciencia del cielo.
Pero hoy no hablaremos de su obra astronómica, si no de un descubrimiento “casual”.
Como como ya expliqué cuando hablé del espectro visible, la luz puede descomponerse en sus colores (frecuencias), y su intensidad en función de su frecuencia, se llama espectro. Pero me referí al espectro visible, es decir, de la luz que nuestros ojos pueden ver. Sin embargo, hay gran cantidad, de hecho, la gran mayoría de la luz, que no podemos ver:
La parte de la luz que es visible para nosotros, es una pequeña, pequeñísima fracción de todo el espectro electromagnético.
Y si no podemos verla ¿cómo supimos que estaba ahí?
Pues el primero en detectarla de alguna forma y darse cuenta de que era luzy de que no era visible fue Herschel. El 11 de Febrero de 1800 se encontraba haciendo un experimento que consistía en hacer pasar la luz solar por un prisma, para así descomponerla por efecto de la dispersión en sus colores, y medir con termómetros la cantidad de energía que obtenía de cada color. Es decir, lo mismo que seguimos haciendo hoy con avanzadísimos espectrógrafos.
El caso es que tenía un termómetro de referencia, para saber la temperatura de su habitación y así comparar los termómetros que estaban a la luz. Y el termómetro se encontraba justo más allá del color rojo. Pero cuando fue a mirar ese termómetro de referencia ¡resulta que marcaba una temperatura mayor que el resto! es decir, se había calentado más que los demás y no había sido expuesto de forma directa a la luz que podemos ver.
Herschel repitió el experimento y los resultados le llevaron a pensar que existía un tipo de luz, que no podemos ver pero que cuya capacidad para calentar las cosas es mucho mayor. Descubrió así el Infrarrojo.
El infrarrojo es lo que nosotros notamos en la piel cuando estamos cerca de algo caliente, y que llamamos vulgarmente calor. Este tipo de luz, cuya longitud de onda es mayor que la de la luz visible, se produce en objetos calientes, pero que no están tan calientes como para comenzar a brillar.
Lo interesante del caso, es que fue la primera confirmación cuantificada, científica y confirmada de que existía algún tipo de luz invisible. Esto, para nosotros que vivimos en la época de las comunicaciones por ondas invisibles de radio, televisión, móvil y cien variantes más, no es muy “sorprendente”. Pero imaginaros el impacto que supuso para Herschel y su época: La luz, que es lo que nos permite ver, tenía un color que no podía verse. Paradójico cuanto menos.
Y por último, una última reflexión. Estamos rodeados de “sabios” e iluminados que hablan de energías invisibles e indetectables “científicamente”. Lo cual es absurdo, porque la ciencia lo único que hace es comprobar el funcionamiento de la naturalza, y si hay algún tipo de energía “invisible” (como aquí ocurría) podremos detectarla por sus efectos. Sólo se trata de confirmar que hay algo de una forma objetiva, reproducible y comprobable. Pero como en realidad no hay nada, y no se detecta nada, dicen sencillamente que la ciencia “no puede”. Pero ellos sí, claro.
En mi opinión, la sonda Hayabusa ha marcado un hito en la astronaútica, pero además, su historia ha sido una aventura digna de contarse. Si hubiera tenido un piloto humano, diríamos que fue una aventura heroica con toda justicia. Pero aún tratándose de una máquina, fue una auténtica aventura. Y sus héroes humanos fueron los componentes del equipo de tierra de la sonda, que lograron capear con éxito los mil y un problemas que surgieron durante el viaje de esta sonda.
Por todo eso, me gustaría relatar brevemente su historia. Advierto que algunos datos pueden diferir de lo que podáis encontrar en la wikipedia, pero todos mis datos los obtuve de los anuncios oficiales de la JAXA. Dejo, al final del artículo, varios links de interés, de donde obtuve la información por si alguien quiere consultarlos.
Hayabusa fue fabricada por la agencia espacial japonesa, JAXA, con el objetivo de viajar hasta un asteroide, posarse en él, tomar una muestra y regresar a la Tierra. Esto, en esta época de exploración espacial, puede parecer poca cosa. Pero pensémoslo detenidamente, en términos justos, cuán ambicioso fue este proyecto:
La sonda no iba no de un planeta, que es algo “grande”, con una órbita perfectamente calculada y un campo gravitatorio considerable que puede capturarla de una forma estable. Se trata de enviarlo a visitar el asteroide Itokawa, un cuerpo que no llega al kilómetro de largo (0,7 x 0,3 km)
Además, tenía que posarse sobre esa diminuta roca con total exactitud. Aquí no hay una gran pista de aterrizaje ni un campo gravitatorio apreciable que haga parte del trabajo: dependía completamente de la capacidad de movimiento de la sonda.
Y por último, debía volver a casa. Esto la convertiría en el primer vehículo espacial que tras haberse posado sobre un cuerpo extraterrestre que no fuera La Luna, conseguía volver a casa.
Originalmente, el objetivo de Hayabusa era el asteroide Nereus, pero debido a problemas con su cohete lanzador hubo retrasos, por lo que se cambió el objetivo a Itokawa.
Su aventura comienza con su lanzamiento, el día 9 de mayo de 2003. En los días siguientes se testean sus cuatro motores de iones y se comprueba que el motor A sufre inestabilidades. En consecuencia es apagado preventivamente. Nos quedan 3 motores.
A principios de noviembre de 2003, una gigantesca llamarada solar envía una enorme cantidad de plasma al espacio que inunda la trayectoria de la Hayabusa. De hecho, fue la mayor llamarada solar registrada hasta esa fecha. La sonda atraviesa esa tormenta de energéticas partículas y, poco después, se anuncia triunfalmente que la sonda está sana y salva y sigue funcionando sin problemas.
Su órbita heliocéntrica la trajo “casi de vuelta” en mayo de 2004: tras haber completado una órbita volvía a aproximarse a La Tierra para acelerarse por el efecto honda gravitatoria. Durante esta aproximación se tomaron fotos de la tierra y la Luna, para comprobar el buen funcionamiento de sus aparatos fotográficos:
Imagen de La Tierra tomada por Hayabusa. Mayo 2004. Crédito: JAXA.
Y hasta aquí la parte “tranquila”. La sonda continúa su camino hacia Itokawa, pero en Julio de 2005 se reporta un error: el “volante” de dirección del eje X falla. Eso elimina la “sensibilidad” de dirección, para orientarse en el espacio, en uno de sus ejes. Aún así la misión puede continuar… pero entonces, en octubre de ese mismo año, falla el volante de la dirección Y. El equipo estudia posibles soluciones y consiguen “parchear” la situación: continuarán la misión sólo con el volante del eje Z y dos de sus motores químicos para orientarla correctamente.
Un mes después, en noviembre de 2005, la sonda está llegando a su objetivo. ¡Por fin! se detecta a Itokawa y comienza la aproximación, durante la cual se toma esta magnífica fotografía:
Fotografía de Itokawa tomada por Hayabusa. Crédito: JAXA
El aterrizaje sobre el asteroide tiene que ser completamente automático, ya que hay un desfase de tiempo de 20 minutos debido a la distancia. Así pues, el 21 de noviembre la sonda comienza su aterrizaje. En Tierra expectación. Llega el informe de la nave y todos lo miran confusos: al parecer la nave comenzó su aterrizaje, pero sus sensores no detectaron que se hubiera posado, por lo que se inicia una maniobra de despegue de emergencia. Analizando los datos, concluyeron que la nave sí había conseguido aterrizar, pero lo hizo torcida, apoyándose sobre uno de sus paneles solares.
Sin desanimarse, programan un nuevo aterrizaje para el 26 de noviembre que concluye con éxito: la nave se posa y toma muestras. Pero entonces, al despegar de nuevo, sufre una fuga de combustible que la propulsa hacia lo profundo del espacio sin rumbo y desorientada, y lógicamente las comunicaciones se interrumpen. Tened en cuenta que el espacio es enorme y que para que haya comunicaciones tiene que apuntarse de forma muy exacta al lugar donde se encuentra la sonda, y a su vez la sonda tiene que apuntar con su antena muy exactamente hacia La Tierra. Este accidente era prácticamente una sentencia de muerte para la sonda. Sin embargo, el equipo organiza su búsqueda, agarrándose a la pequeña, casi milagrosa, posibilidad de retomar el contacto.
Transcurre una semana y no se sabe nada de ella. Y otra semana, y otra… En total 7 semanas. Y cuando casi todos la daban ya por perdida: se recibe una breve comunicación de la sonda el día 23 de enero de 2006. Gracias a esa señal la localizan y, poco a poco, consiguen determinar su rumbo y que su antena apunte hacia Tierra, para retomar su control completamente. En el momento de establecer la comunicación se había alejado, nada más y nada menos, que a 13000 km del asteroide.
El equipo analizó la situación y determinó, que pese a todo, la sonda tenía oportunidades de volver a Tierra. Eso sí, no podía volver ya al asteroide a tomar nuevas muestras y su camino de vuelta, debido a la limitación del combustible que le quedaba, iba a llevarle tres años extra de viaje. En vez de volver en 2007, lo haría en 2010.
Durante los meses siguientes se hicieron pruebas y ajustes para que la sonda pudiera regresar sana y salva; mientras sus baterías restantes, cuatro de las once estaban inutilizadas por un cortocircuito ocurrido durante la incomunicación, se recargaban.
Como dos de los controles de dirección estaban inutilizados, desarrollaron un ingenioso sistema de dirección aprovechando la presión solar (debida al viento solar y la presión de radiación), de forma que la nave detectara las variaciones de esta presión para saberse siempre orientada en relación al Sol. Y no dudo que este método se usará en tecnología para futuras sondas espaciales.
Comienza el lento, lentísimo, regreso a La Tierra. Pero no va a ser tan fácil. En abril de 2007 el motor de iones B detecta un fallo, debido a su degradación por el uso, y se apaga automáticamente. Bueno, aún quedan dos motores, aún es posible que regrese a La Tierra.
Los meses transcurren y en noviembre de 2009, casi llegando a La Tierra, falla el motor D debido a su degradación por su tiempo en uso. Queda entonces un motor: pero eso no es suficiente. El equipo encuentra una solución: usar la parte que funciona bien del motor A, el neutralizador, en combinación con la parte que funciona bien del motor B, la fuente de Iones. Así, con dos “medios motores” consiguen un motor funcional extra. De nuevo, con un motor y dos medios, Hayabusa puede lograrlo. Y de hecho: lo logra.
El 13 de junio de 2010, la sonda llega a la tierra y su capsula de recuperación desciende según el plan previsto en el sur de Australia. Es recogida y llevada con la máxima urgencia a Japón.
Aquí podéis ver un vídeo de la NASA del momento en que la sonda reentra en la atmósfera terrestre:
Y bueno, el final de esta historia está aún por escribirse. A principios de Julio se abre el contenedor de muestras con las máximas precauciones… y sólo contiene algunas partículas microscópicas…
Estas partículas podrían ser polvo terrestre que se hubiera filtrado… o ser parte del polvo de Itokawa. Las analizan ávidamente y… en octubre de este año anuncian que, aunque no hay confirmación oficial, al menos una parte de ellas parece de origen extraterrestre. Ahora cada mota de ese polvo es más valioso que un diamante, y va a ser estudiado con el máximo cuidado para extraer toda la información que sea posible.
Desde aquí, mi más sincera felicitación a la JAXA y el equipo de la Hayabusa por esta larga odisea de 7 años.
Ahora podremos entender así la tesis de Américo Castro: el español pondría su honra en que su linaje jamás tuviese la más pequeña conexión con los conversos. El Linaje del hombre se conoce por sus obras, se pensaba entonces parodiando la frase evangélica. ¿No era peligroso, pues, demostrar las mismas aficiones que durante siglos había tenido el hispano-judío? Su dedicación al mundo de los negocios y también al de la ciencia; el ser considerado, en suma, como muy agudo, eran otros tantos signos peligrosos. No fue la contrarreforma ni la Inquisición, ni el gobierno intolerante del rey Felipe lo que nos cegó los caminos de la ciencia moderna, haciendo infecundo nuestro humanismo y enmoheciendo nuestra inteligencia, sino la brutal poda por la cual sacrificamos aquellas dos frondosas ramas de nuestro tronco hispano. En suma, España malbarató su hermoso mosaico de tres piezas, herencia de los tiempos medievales, y los resultados fueron catastroficos, aunque no para la literatura y para el arte.*
El libro de Américo Castro que refiere en este fragmento es el siguiente:
*Américo Castro, España en su historia. Cristianos, moros y judios, Buenos Aires, 1948.
Puedo estar más o menos de acuerdo, pero sin duda es una visión que nunca me había planteado. Una respuesta inesperada a la cuestión de porqué España sufrió desde el renacimiento esa especie de aletargamiento en lo científico, cuyas consecuencias, pienso yo, aun arrastramos.
En el post anterior de esta serie, había comentado qué es un espectro y que aspecto tiene. Pero su forma nos planteaba una nueva pregunta:
¿Porqué tiene esa forma?
Cuando en la naturaleza se encuentra un hecho experimental, no podemos quedarnos ahí. Es fundamental usar la física que tenemos para explicar porqué es así, ya que hasta que no lo consigamos no habremos entendido el problema realmente. Pero si la física conocida no es suficiente, hay que plantear nuevas opciones que sean consistentes al mismo tiempo con la física anterior pero también con los nuevos hechos experimentales, cambiando toda nuestra percepción de la física en el proceso. El problema de la forma del espectro fue uno de esos problemas.
A finales del siglo XIX y principios del XX el problema del cuerpo negro traía de cabeza a los mejores cerebros de la época. El problema consistía en explicar por qué cuando algo se calienta emite radiación, y por qué la emite como un espectro:
Podéis comprar la forma de estas curvas con lo que obteníamos experimentalmente del Sol. El parecido no es para nada casual: el Sol se comporta como un cuerpo negro. Fuente: Wikipedia
Tenéis que pensar que lo que se trata de explicar es la razón por la cual, cuando se calienta suficiente algo empieza a brillar, por ejemplo, un metal “al rojo vivo”, el magma de un volcán, las brasas de una barbacoa o en una bombilla (de las de filamento incandescente). En todos estos casos se trata de algo tan caliente que empieza a emitir luz. La cuestión es que si midiéramos la radiación de estos objetos, obtendríamos un espectro con similar forma al del Sol (aunque no igual, como ya veremos).
Debo señalar que el nombre técnico “cuerpo negro” se refiere a un cuerpo “ideal”, capaz de emitir y absorber cualquier longitud de onda por igual. Como ya vimos, los colores de los objetos se generan debido a que absorben más algunas longitudes de onda que otras. Por tanto aquí negro indica que no posee preferencia de absorción o emisión, sin embargo no implica que el objeto tenga que ser literalmente de color negro.
La física clásica (la previa al siglo XX) no sólo no lograban explicar la fórmula, si no que llevaban a la absurda conclusión de que se emitía una cantidad infinita de energía.
En 1901, un tipo muy listo, llamado Max Planck encontró la ley física que describía el funcionamiento del cuerpo negro, llamada en su honor Ley de Planck.Esta ley describe la intensidad que se emite para cada longitud de onda dependiendo de la temperatura a la que esté el cuerpo.
Lo revolucionario de esta ley es que para su deducción requería inevitablemente admitir la hipótesis cuántica (que había propuesto Planck en 1900): la energía de la radiación electromagnética no puede tener cualquier valor, si no que está discretizada* en “paquetes”, más tarde bautizados como fotones. Para que lo entendáis fácilmente: a la luz le pasa como al dinero. Vosotros no podéis pagar 0,031 céntimos de euro, sencillamente, porque la moneda más pequeña que hay es el céntimo de euro. Así, la luz y el dinero no pueden tener cualquier valor, si no que están discretizados (toma valores discretos concretos). Podéis tener 2 céntimos o 2 fotones, pero no 2,5 céntimos o 2,5 fotones.
Todo esto fue el comienzo de la física cuántica, que nos ha permitido entender cómo se comporta la naturaleza a pequeñas escalas y ha cambiado radicalmente nuestra forma de entender el universo a lo largo del último siglo.
La historia de la física está muy bien, pero ¿qué nos dice esto de una estrella?
La forma del espectro depende de la temperatura, tal como expresa la Ley de Planck. Por tanto, si conocemos el espectro del Sol experimentalmente, podremos conocer la temperatura de su superficie**. Por extensión, si obtenemos el espectro de otras estrellas, podremos conocer también sus temperaturas.
En concreto se emplea la Ley de desplazamiento de Wien, que se deduce matemáticamente a partir de la Ley de Planck. Esta Ley nos relaciona la longitud de onda del máximo de intensidad (la “cima de la montaña”) de un espectro, con la temperatura del cuerpo que ha emitido dicho espectro:
Cada curva, dadas por la Ley de Planck, corresponde a una temperatura diferente que podéis ver indicada junto a ella. Fuente: Wikipedia
De esta manera tenemos una forma de medir la temperatura de las estrellas sólo con su luz, sin necesidad de tener que mandar sondas a medirla.
Gracias a que podemos conocer la temperatura podremos clasificar las estrellas en grupos, llamados “clases espectrales”. Lo que nos va a permitir deducir una gran cantidad de información de las estrellas: si son jóvenes o viejas, su masa y su tamaño. Todo esto lo explicaré próximos post.
Por otro lado, queda en el aire una pregunta muy importante, que puede que se os ocurra si miráis de nuevo el espectro experimental del Sol y lo comparáis con una de esas curvas teóricas:
¿Qué son todos esos cortes y picos que tiene? Parece cómo si le hubieran cortado trozos... ¿no?
