Breve Curiosidad #61: El nº de Avogadro

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Buen hacer científico.

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.

El rey que perdió un país, pero ganó un mundo.

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.

Curiosidades del Sistema Solar IV: Galileo fue arrojado a Júpiter

No estoy hablando de algún universo paralelo en el que, irónicamente, Galileo fuera arrojado a Júpiter por alguna secta religiosa descontenta con sus descubrimientos. Por supuesto, tampoco estoy hablando del insigne físico Galileo Galilei, sino de la sonda Galileo.

Al igual que el insigne físico, la sonda no tuvo una vida nada fácil, se dedicó a  estudiar con grandes éxitos el sistema Joviano, y aportó un conocimiento sin precedentes sobre ello.

Concretamente, la misión consistía en estudiar Júpiter y sus cuatro satélites principales: Io, Europa, Ganímedes y Calixto. También son llamados los satélites galileanos pues fueron descubiertos por Galileo (el físico), aunque eso es otra historia. En cualquier caso, se hace evidente el porqué del nombre de la misión.

Aquí se muestra un montaje en el que se aprecia el tamaño comparativo de Júpiter y sus cuatro satélites, que son, de arriba a bajo (y que corresponden de más cercano a más lejano): Io, Europa, Ganímedes y Calisto. Fuente: NASA

Antes mencioné las muchas dificultades que tuvo la misión, las cuales comienzan ya antes de su despegue. Fue lanzada el 18 de octubre de 1989 pero con un plan de vuelo distinto al que se planteó inicialmente: en vez de ir directamente a Júpiter, tendría que viajar a Venus y luego encontrarse con la Tierra 3 veces, para conseguir, mediante la honda gravitatoria, velocidad para viajar hasta su objetivo final. Esto suponía alargar su viaje 3 años.

La causa del cambio del plan de vuelo fue el desastre del Challenger (1986), a consecuencia del cual se cambió el protocolo de seguridad y el propulsor que iba a poner a la Galileo en camino a Júpiter, un Centaur, fue sustituido por otro con menos impulso.

Así, la Galileo hizo un viaje de 6 años por el sistema solar, hasta llegar a Júpiter en diciembre de 1995, pero no fue un viaje estéril, durante él hizo varios descubrimientos y observaciones muy interesantes, como Dactyl, un asteroide que era luna de otro asteroide, Ida.

Por otro lado, cuando aún estaba de camino, en 1991, se dio orden de desplegar la antena principal, que era como una parabólica pero iba plegada como un paraguas. Sin embargo, la antena falló y no se pudo desplegar, por lo que la comunicación mediante esa antena fue imposible y hubo que usar la antena secundaria de baja ganancia.

 

Esquema del fallo que sufrió la antena principal en su despliegue. Fuente: Wiki

Esto suponía bastantes problemas para la comunicación, puesto que la antena secundaria sólo podía enviar información a  un ritmo de 8 a 16 bits por segundo, frente a los 134 kilobits (134000 bits) de la antena principal. Comparativamente, sería como navegar por internet usando un modem de 28k, frente al adsl moderno.

Pero ahí no acaban los problemas. El sistema de almacenamiento de datos de la Galileo era nada más y nada menos que una cinta magnética. Sí, básicamente lo mismo que una de esas prehistóricas y ya casi extintas cintas de casete. Eso sí, tenía una capacidad de memoria de 114 megabytes (que para la época no estaba nada mal). Pues bien, cuando se estaba aproximando a Júpiter, le ocurrió uno de esos fallos que sólo alguien que haya usado casete puede entender. La cinta se quedo atascada en modo rebobinar durante 15 horas antes de que la NASA entendiera que narices estaba ocurriendo y pudiera apagarlo. Parte de la cinta se dañó, quedando inútil para recoger datos, lo que obligó a recortar drásticamente la adquisición de información en ciertos momentos.

A parte de estos fallos mayores, a medida que acumuló tiempo de misión, la radiación de Júpiter la fue dañando, hasta llegar a tres veces la que se esperaba que tolerase en su diseño inicial, y aún así sobrevivió.

Hasta ahora he hablado de sus problemas, pero no de sus éxitos y descubrimientos. Aquí os dejo una lista de los principales de ellos:

– Fue el primer instrumento en descubrir nubes de hielo de amoniaco en Júpiter.

– Confirmó la intensísima actividad volcánica de Io, que es aproximadamente 100 veces la de La Tierra. Además, descubrió que las emisiones de partículas de Io se cargaban eléctricamente y creaban corrientes eléctricas con la superficie de Júpiter.

– Una considerable cantidad de pruebas de que bajo la superficie helada de Europa hay un océano de agua salada. Así mismo, también descubrió que Calisto y Ganímedes podrían tener una capa de agua bajo su superficie, y que esta última poseía un campo magnético bastante considerable.

– El sistema de anillos de Júpiter (sí, Júpiter tiene anillos)

– Estudio en profundidad el sistema magnético de Júpiter.

Después de todas sus aventuras y desventuras se decidió en 2002 que, agotada toda su vida útil, se arrojaría la sonda a Júpiter, donde sería completamente destruida. ¿Por qué hacer esto en vez de dejarla orbitando alrededor de Júpiter como silencioso testigo y monumento, por los siglos de los siglos?

La razón fue que, a la larga, con el paso de siglos o miles de años, la nave podría terminar cayendo sobre alguna de las lunas de Júpiter. Y si esto ocurriera, por casualidad, en Europa, podría ser un desastre. La nave, al ser una sonda interplanetaria, no tenía un grado muy alto de control biológico. Como no iba a aterrizar en ningún planeta, no había peligro de contaminación biológica. Ahora bien, si en Europa existe vida en el océano, bajo su enorme capa de hielo, podría verse comprometida por los organismos que pudieran quedar en la sonda después de estrellarse. Sí, vale, es un razonamiento basado en muchos hechos improbables, pero es mejor no arriesgarse. Tened en cuenta que si de algo estamos seguros,  es de que la vida allí donde llega se extiende, incluso en las condiciones más adversas.

PD: Este post está dedicado al “dios que todo lo ve”, no por peloteo, sino porque él sugirió este artículo.

 

El músico que descubrió la luz invisible.

En primer lugar, permitidme que en esta ocasión os recomiende acompañar el post con un poco de música. El compositor  no es otro que Sir William Herschel, más conocido por haber sido uno de los padres de la astronomía moderna, descubridor de Urano, dos de sus satélites Titania y Oberón y dos satélites de Saturno, Mimas y Encélado.

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.

Esta es la diferencia entre un genio como Herschel y los vulgares estafadores.

Curiosidades del Sistema Solar II: La odisea de Hayabusa

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.

Fuentes:

http://www.isas.ac.jp/e/topics/index.shtml

http://www.isas.jaxa.jp/e/topics/2010/image/0514/presskit_hayabusa_e.pdf

¿Por qué la ciencia no germinó en España?

Quería compartir con vosotros un fragmento que me ha parecido muy interesante, del libro “Casadas, Monjas, Rameras y Brujas” del profesor Manuel Fernández Álvarez (recientísimamente fallecido).

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.