Harlow Shapley (II): El Gran Debate

(Puedes leer la primera parte de esta serie en este enlace)

La nebulosa espiral M101, captada en 1916 | Fuente

Desde el siglo XIX se habían descubierto en el cielo unos objetos astronómicos que fueron bautizados como nebulosas espirales. Nadie sabía cuál era la naturaleza de estos misteriosos objetos, ni siquiera a qué distancia estaban exactamente. ¿Formaban parte de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, o ellas mismas eran galaxias con todas las de la ley? Los astrónomos del Observatorio del Monte Wilson defendían que la Vía Láctea era una enorme galaxia que contenía a todo el universo. En cambio, sus colegas del Observatorio Lick creían firmemente que las nebulosas eran galaxias por derecho propio, independientes de la Vía Láctea.

A sugerencia del astrónomo George Ellery Hale, la Academia Nacional de Ciencias de Washington reunió a ambas facciones para que debatiesen la cuestión delante de los más eminentes científicos del país. El llamado Gran Debate tuvo lugar en el Museo de Historia Natural de Washington, la noche del 26 de abril de 1920. Desde el Observatorio Lick vino Herber Curtis, un astrónomo de impecable reputación y bien conocido por la autoridad y confianza con la que se expresaba. Por parte del Observatorio del Monte Wilson acudió un joven y ambicioso astrónomo llamado Harlow Shapley. Ambos tenían 45 minutos para realizar una presentación sobre “la escala de distancias del universo”.

Shapley (izquierda) y Curtis (derecha) | Fuente

Muy pronto quedó de manifiesto que Shapley no tenía las tablas de su oponente. Estaba nervioso y simplemente leyó su presentación: diecinueve páginas escritas a máquina con algunas correcciones hechas a mano. Su enfoque era tan básico que tardó seis páginas en llegar a la definición de año luz. Curtis, por su parte, tenía su charla resumida en diapositivas, como haría cualquier conferenciante de la actualidad. Si hubiese sido por una cuestión de estilo, el ganador habría sido Curtis, sin duda.

En cuanto al contenido, cada uno de ellos tenía razón en alguno de sus argumentos y se equivocaba en otro. Shapley situaba el Sol lejos del centro de una gran galaxia, en la que las nebulosas espirales no eran más que nubes de gas repelidas por la presión de la luz de la Vía Láctea. Su principal argumento se basaba en los cálculos del astrónomo Adriaan van Maanen, que había medido el movimiento de las estrellas en algunas nebulosas espirales, de lo que dedujo -erróneamente, como se demostró luego- una distancia excesivamente próxima a la Tierra.

Adriaan van Maanen (1884-1946) | Fuente

Por su parte, Curtis estaba convencido de que la Vía Láctea era una galaxia relativamente pequeña, y que las nebulosas espirales eran galaxias muy lejanas, o universos-isla, usando el término empleado por el filósofo del siglo XVIII Immanuel Kant, quien también estaba convencido que las nebulosas espirales no pertenecían a nuestra galaxia. En su contra, colocaba al Sol en el centro de la Vía Láctea, entre otras cosas, porque no creía que las estrellas Cefeidas fuesen buenos indicadores de distancia.

Lo cierto es que no hubo un claro vencedor, y como sucede en la mayoría de los casos, el debate científico no decidió nada a falta de nuevas evidencias. Para ello, hubo que esperar a que entrara en escena un hombre destinado a cambiar la historia de la astronomía: el estadounidense Edwin Hubble.

Edwin Hubble (1889-1953) | Fuente

En 1924, Hubble identificó estrellas Cefeidas en la galaxia de Andrómeda (M31) usando el telescopio Hooker de 100 pulgadas del Observatorio Wilson. Estas estrellas permitieron estimar a Hubble que la distancia hasta M31 era de más de 900.000 años luz, mucho mayor que el tamaño propuesto por Shapley para nuestra galaxia. Cuando Hubble le escribió al año siguiente anunciándole su descubrimiento, Shapley apuntó en su diario: “Esta es la carta que ha destruido mi universo”.

La placa fotográfica en la que Hubble identificó la primera Cefeida en M31 | Fuente

A medida que se fueron calculando las distancias a otras nebulosas espirales y acumulando pruebas a su favor, hubo consenso entre los científicos que las nebulosas espirales eran galaxias muy lejanas. Aunque había acertado al destronar al Sol de su posición privilegiada en el centro de la galaxia, Shapley tuvo que admitir que estaba equivocado en el principal argumento del Gran Debate. Ahora sabemos que el universo observable se compone de miles de millones de galaxias, y que las nebulosas espirales son, en efecto, galaxias como la nuestra.

BIBLIOGRAFÍA:

1. Simon Singh (2014). Big Bang. Biblioteca Buridán.
2. Timothy Ferris (1990). La aventura del universo. Editorial Crítica.
3. Harlow Shapley, Herber Curtis (1921). The scale of the universe. Bulletin of the National Research Council.
4. Virginia Trimble (1995). The 1920 Shapley-Curtis Discussion: Background, Issues, And Aftermath. Publications of the Astronomical Society of the Pacific 107, 1133-1144.

Harlow Shapley (I): El astrónomo que destronó al Sol

Harlow Shapley (1885-1972) | Fuente

Harlow Shapley nació el 2 de noviembre de 1885, en una modesta granja de Nashville, Missouri (Estados Unidos). Alternó sus estudios de secundaria con un trabajo como periodista en la sección de sucesos de un periódico de Kansas, hasta que, en 1907, consiguió entrar en la Universidad de Missouri. Al descubrir que la apertura de la Escuela de Periodismo se había aplazado un año, decidió estudiar la primera carrera que apareciera en el catálogo de cursos. Descartada arqueología, porque no podía pronunciar bien su nombre, escogió la siguiente. Era astronomía.

Aunque no puede decirse que entrara en la astronomía por vocación, Shapley sí demostró tener mucho talento para la materia. Terminó sus estudios en 1911 e hizo el doctorado en Princeton con el destacado astrónomo Henry Norris Russell como mentor. Su trabajo llamó la atención de otro gran astrónomo, George Ellery Hale, que decidió contratarlo para trabajar en el Observatorio del Monte Wilson, del que era director. Allí empezó a estudiar las estrellas Cefeidas, las cuales, como bien había demostrado Henrietta Leavitt, podían usarse para medir distancias astronómicas, gracias a la relación existente entre su luminosidad y su periodo. Shapley fue el primero en proponer que las Cefeidas eran en realidad púlsares, en lugar de estrellas binarias como se creía entonces. Las Cefeidas iban a jugar un papel fundamental en el descubrimiento más importante de Shapley: la posición del Sol en nuestra galaxia.

Marcadas con un círculo rojo, las Cefeidas de la galaxia UGC 9391 | Fuente

Hasta ese momento, los astrónomos estaban convencidos que el Sol se hallaba muy cerca del centro de nuestra galaxia, puesto que la Vía Láctea nos rodeaba de forma más o menos uniforme, formando un gran arco en el cielo. Existía, sin embargo, una importante asimetría que los científicos no eran capaces de explicar. Estos sabían que las estrellas podían agruparse en los llamados cúmulos globulares, sistemas estelares de forma redondeada que contienen centenares de miles de estrellas cada uno. Pero estos cúmulos globulares no aparecían repartidos con regularidad en el firmamento. En particular, casi un tercio de los cúmulos globulares se concentraban en la constelación de Sagitario, la región más brillante y plagada de estrellas de todo el firmamento.

La Vía Láctea aparece más brillante en la dirección de la constelación de Sagitario | Fuente

En 1918, Shapley emprendió la tarea de determinar las distancias a todos los cúmulos globulares de la galaxia. Gracias al nuevo telescopio reflector de 100 pulgadas -el mayor del mundo en su época- que se había instalado en el Observatorio del Monte Wilson el año anterior, pudo hallar estrellas Cefeidas en estos cúmulos globulares y, a partir de ahí, determinar sus distancias. Una vez obtenidos todos los datos, Shapley pudo construir un modelo tridimensional de los cúmulos globulares. El resultado no dejaba lugar a dudas: estos formaban una esfera alrededor de un punto muy alejado del Sol. Desde nuestro punto de vista, el centro se encontraba en la constelación de Sagitario.

Shapley supuso correctamente que los cúmulos globulares se distribuían en torno al centro de la Galaxia. Según sus estimaciones, la distancia que nos separa del centro de la galaxia era de 28.375 años luz, solo ligeramente superior a las mejores estimaciones actuales. Al mismo tiempo, sus cálculos pusieron de manifiesto que el tamaño de nuestra galaxia era mucho mayor de lo que se creía entonces, pues contenía al menos 100.000 millones de estrellas.

Distribución de los cúmulos globulares en la Vía Láctea. El punto rojo indica la posición del Sol | Fuente

Hoy sabemos que el centro de la galaxia se encuentra a 27.700 años luz, y que la Vía Láctea tiene un diámetro aproximado de 100.000 años luz. Nuestro sistema solar no se halla, ni mucho menos, en el centro de la galaxia, sino a unos 20.000 años luz de uno de sus bordes y a 80.000 años luz del otro. 

Retrato de la Vía Láctea, con el Sol en uno de sus brazos | Fuente

A mediados del siglo XVI, Nicolás Copérnico había apartado a la Tierra de su posición privilegiada dentro de nuestro sistema solar, pasando a ser otro de los planetas que giraba alrededor del Sol. Casi cuatrocientos años después, Shapley destronaba al Sol alejándolo del centro del universo y mandándolo a la periferia de la Vía Láctea, una más de las miles de millones de estrellas que forman nuestra galaxia. 

BIBLIOGRAFÍA:

1. Jeremiah P. Ostriker, Simon Mitton (2014). El corazón de las tinieblas. Editorial Pasado & Presente.
2. Lawrence M. Krauss (2013). Un universo de la nada. Editorial Pasado & Presente.
3. Isaac Asimov (1990). Historia y cronología de la ciencia y los descubrimientos. Editorial Ariel.

¿Cuánto tarda la luz del Sol en llegar a nosotros?

La respuesta convencional es que necesita algo más de ocho minutos en recorrer los casi 150 millones de kilómetros que separan la Tierra del Sol. Pero la pregunta tiene trampa, porque en realidad también hay que tener en cuenta lo que tarda la luz desde que se genera en las profundidades del Sol -el núcleo- hasta que llega a su superficie. Y entonces la respuesta cambia de forma radical: no hablamos de minutos, ni horas, ni días, ni semanas, ni meses, sino de años. Miles de años.

Para entender esto hay que pensar que el interior del Sol es muy denso (unas diez veces más que el plomo) y su temperatura es tan alta -varios millones de grados- que el hidrógeno se encuentra en forma de plasma; es decir, los electrones y los protones no se encuentran ligados en un átomo, sino que 'campan a sus anchas' formando una sopa de partículas cargadas eléctricamente. En estas condiciones, las reacciones de fusión nuclear transforman el hidrógeno en helio, emitiendo fotones en el proceso.

Ahí es donde empieza la fascinante aventura de estos fotones. Hasta la superficie solar les espera unos 690.000 kilómetros plagados de trillones y trillones de protones que se interponen en su trayectoria, y con los que rebotarán si se chocan con ellos. La consecuencia es que los fotones siguen un camino aleatorio; si se tiene en cuenta la cantidad de protones, su separación en las distintas capas del Sol y la distancia total que tienen que recorrer, los últimos modelos matemáticos arrojan un resultado final de ¡170.000 años hasta que los fotones alcanzan la superficie!

Para que te hagas una idea de lo que esto significa, los fotones que ahora mismo impactan en tu retina empezaron su viaje hace dos glaciaciones, cuando los seres humanos comenzaron a utilizar ropa.

NOTA: Esta entrada participa en la Edición LXII del Carnaval de la Física que se alberga en este blog, La Aventura de la Ciencia.
  

Cinco años de explosiones solares

(Imprescindible ver en HD)

"El Sol es un francotirador", decía esta semana el astrofísico Javier Rodríguez-Pacheco en Quo. "Gira sobre sí mismo y dispara: ¡pum, pum, pum!"  

La metáfora es muy apropiada, aunque habría que añadir que la frecuencia de estos disparos no es siempre la misma, y el calibre de sus balas tampoco. Eso depende del momento del ciclo solar en el que se encuentre nuestra estrella. Cada once años aproximadamente, el campo magnético solar se invierte: el norte se convierte en el sur, y el sur pasa a ser el norte. Estos cambios en el campo magnético alteran la superficie solar, produciendo las llamadas manchas solares, que liberan una enorme cantidad de radiación y partículas altamente energéticas (lo que conocemos como eyecciones de masa coronal). 

Durante un ciclo solar, el número de manchas solares varía considerablemente. Hay momentos de mínima actividad, en los que las manchas solares son muy pocas. Pero cuando la actividad es máxima, el número de manchas solares aumenta considerablemente, así como la intensidad de sus llamaradas y eyecciones de masa coronal. Aunque hasta ahora el campo magnético terrestre y la atmósfera nos han protegido de ellas, una de estas eyecciones especialmente grande podría tener graves consecuencias para nuestra civilización.

Los cambios en la actividad solar se pueden apreciar con claridad en el espectacular vídeo de arriba, que recoge todas las explosiones de rayos X que se han producido en nuestra estrella durante los últimos cinco años. Empieza en enero de 2008, cuando se inició oficialmente un nuevo ciclo solar. Al principio, todo está tranquilo y apenas se aprecian manchas solares. Pero a partir del minuto dos, comienza el espectáculo. La frecuencia e intensidad de las manchas solares se hace cada vez mayor, y en muchas de ellas se distinguen claramente los filamentos del campo magnético que se retuercen en la superficie solar. La grabación termina en agosto de este año, pero eso no significa que el Sol se haya calmado todavía: según los expertos, la actividad solar alcanzará su pico a mediados de 2013. Sólo entonces empezará a disminuir progresivamente, para terminar el actual ciclo solar en diciembre de 2019.

El vídeo ha sido grabado por la sonda espacial Hinode, que en japonés significa amanecer. Fruto de la colaboración entre JAXA (la agencia espacial japonesa), la NASA y Gran Bretaña, Hinode se dedica al estudio del Sol desde septiembre de 2006. 

[Fuente]

NOTA: Esta entrada participa en la XXXVI Edición del Carnaval de la Física, que vuelve a su casa en el blog Gravedad Cero para celebrar su tercer cumpleaños.

La Tierra dinámica

Esta espectacular animación de la NASA nos vuelve a recordar el papel fundamental que juega el campo magnético de nuestro planeta y que nos protege del viento solar, el flujo de partículas cargadas que emite el Sol. Esta corriente de partículas es especialmente peligrosa cuando se producen las llamadas eyecciones de masa coronal, violentas y repentinas explosiones que tienen lugar en la corona solar.

Cuando el viento solar llega a nuestro planeta, el campo magnético terrestre actúa como escudo y repele la mayoría de partículas. Otras son atrapadas por dicho campo magnético y dirigidas hacia los polos, donde interaccionan con las capas superiores de nuestra atmósfera y dan lugar a las auroras polares, uno de los fenómenos naturales más hermosos que se pueden contemplar.

Pero algunas también consiguen atravesar el campo magnético y su energía ayuda a poner en marcha la enorme maquinaria climática de la Tierra. Alimenta los vientos y las corrientes oceánicas, que están en continuo movimiento: el aire frío y las aguas superficiales se desplazan hacia el ecuador, mientras que el aire y aguas más cálidas hacen lo propio hacia los polos. Todo ello para intentar equilibrar la temperatura en nuestro planeta.

Este vídeo es un extracto de otro más largo que se emite actualmente en el Museo Nacional del Aire y el Espacio de Estados Unidos, “Dynamic Earth: Exploring Earth’s Climate Engine”. Hay que destacar que todas las simulaciones por ordenador se han realizado a partir de datos reales obtenidos por satélites. Un enorme trabajo que ha sido seleccionado con todo merecimiento para el festival internacional SIGGRAPH 2012, donde el nivel de los participantes es realmente asombroso.

Eclipse de Sol desde el Solar Dynamics Observatory

Ayer, 21 de febrero de 2012, el Solar Dynamics Observatory (SDO) presenció un fenómeno realmente hermoso: durante más de una hora y media, vio a la Luna pasar por delante del Sol, bloqueándolo en parte. Es decir, fue testigo directo de un eclipse de Sol parcial.

El  SDO es un telescopio espacial de la NASA que orbita a 36.000km de la Tierra y se dedica a estudiar el Sol. Lanzado hace poco más de un año, los instrumentos que lleva a bordo miden las temperaturas de las diferentes capas del Sol y proporcionan imágenes a distintas longitudes de onda del campo magnético en la superficie solar. Ayer, en todas las imágenes que tomó durante el eclipse solar parcial, apareció un convidado de excepción: la Luna. 

¿No son fascinantes? Simplemente añadir que en las últimas tres imágenes se puede apreciar con claridad un “pequeño” grupo de manchas solares. (Aunque de pequeño no tiene nada: es más grande que Júpiter y tiene por lo menos diez veces el tamaño de la Tierra.)

Combinando diversas imágenes como las anteriores, los científicos del SDO han creado este breve pero estupendo vídeo en el que se puede apreciar la secuencia completa del eclipse solar.

Cada año ocurren varios eclipses solares de este tipo que, aunque sólo son visibles desde el SDO, nos ofrecen algunas imágenes memorables como las anteriores y permiten a los científicos comprobar y calibrar sus instrumentos.  

De cometas y eyecciones

Sábado, uno de octubre de 2011. La sonda espacial SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) contempla atentamente la actividad del Sol, como viene haciendo desde hace quince años. De repente, un objeto excepcionalmente brillante aparece en la parte inferior derecha de su campo de visión y se dirige a gran velocidad hacia el Sol. Es un cometa, probablemente de la familia Kreutz, una clase de cometas que tienen la poco recomendable costumbre de pasar muy cerca del Sol cuando se encuentran en el perihelio de su órbita. Apenas un instante después, el cometa choca con el Sol y se desintegra. Y entonces pasa algo sorprendente. Justo a continuación de la colisión del cometa, una enorme eyección de masa coronaria emerge al otro lado del Sol.

En este vídeo puedes contemplar la secuencia de los hechos tal y como los captaron la sonda SOHO y los satélites de la Misión STEREO que orbitan alrededor de nuestra estrella.

Ahora viene la pregunta.  ¿Realmente el cometa provocó la posterior explosión de plasma? ¿O simplemente fue una coincidencia? Analicemos brevemente lo que sabemos de uno y otro. Las eyecciones de masa coronaria son grandes explosiones se producen en la superficie solar y que expulsan al exterior miles de millones de toneladas de material a millones de kilómetros por hora. El origen de este fenómeno es magnético y se produce como consecuencia de los bruscos movimientos de las líneas de campo magnético del Sol, que giran, se rompen y se vuelven a conectar. En la etapa del ciclo solar que se encuentra ahora, el Sol produce expulsiones de masa coronal de forma frecuente - de hecho, hubo varias unas cuantas horas antes - y podría ser sólo casualidad que una de ellas ocurriese al mismo tiempo que el cometa impactaba con la superficie solar.

Además, este tipo de cometas suelen ser pequeños, con un núcleo de centenares de metros. Una insignificancia, si lo comparamos con los 1.390.000 kilómetros de diámetro solar. Parece difícil imaginar cómo un cometa así podría provocar un proceso de este tipo en el otro extremo del Sol. La relación causa-efecto parece todavía más remota cuando se tiene en cuenta que lo más probable es que el cometa ni siquiera llegó a impactar directamente con la superficie del Sol; antes se suelen romper y evaporar debido a las altísimas temperaturas.

Ahora mismo los expertos se inclinan por la segunda opción: no hay ninguna evidencia de que ambos fenómenos estén relacionados. Aunque algunos investigadores han estado buscando una relación más directa, pero hasta el momento no se ha podido probar nada. Hoy por hoy no existe ningún mecanismo que relacione ambos hechos.

¿Conclusión? Como dice Lou Reed en Last Great American Whale, "no te creas la mitad de lo que veas y nada de lo que oigas." (Si lo reproduces desde Youtube puedes leer la letra de la canción.)

El Sol, en negativo

Crédito: César Cantú de Monterrey, México, y el Observatorio Chilidog.

Pues sí, aunque no lo parezca, la imagen de aquí arriba corresponde al Sol. Mejor dicho, al negativo del Sol, pues eso es lo que hizo el fotógrafo astronómico César Cantú, del Observatorio Chilidog de Monterrey, México. Obtuvo una foto del astro el 11 de julio de 2011 siguiendo un procedimiento normal, luego tomó el negativo de la misma y, por último, le aplicó un falso color mediante el sofware Maxim DL 5.0; en este caso eligió tonos azules para el cielo y anaranjados para la cromosfera solar.

¿Por qué hizo esto? Además de obtener una imagen realmente bella, así consiguió aumentar el contraste y poner de manifiesto algunas protuberancias solares que, de otra manera, serían más difíciles de apreciar durante un procesado normal. 

Aquí puedes ver una imagen "normal" del Sol, tomada esta vez el 14 de julio, junto con su correspondiente "negativo".  

Crédito: César Cantú de Monterrey, México, y el Observatorio Chilidog.

Fascinante, ¿verdad? Pues en su página web puedes encontrar más imágenes realmente interesantes.


Fuente: Universe Today