Auroras Boreales y Australes.

Este fue un tema que tuve que aprenderme de memoria como anfitrión de la Feria de la Astronomía que se llevo a cabo en noviembre del año pasado, sin embargo con el tiempo se me olvidaron algunas cosas y el día de ayer una amiga me pregunto como se formaban estas luces, decidí excavar un poco de información y escribir este mini artículo, que se lo dedico a Paka quien ha intentado en vano provocarme la muerte a través de risas.

Las auroras son fenómenos naturales que se producen en latitudes cercanas a los polos magnéticos de la tierra (en realidad también las hay en otros planetas), siendo las auroras australes aquellas cercanas al polo sur y las auroras boreales las que están cerca del polo norte.

Foto por Euclid VanderKroew

Resulta que aunque no podamos percibirlo directamente, el núcleo de la tierra genera un campo magnético, el cual tiene lineas magneticas que nacen y acaban en los polos magnéticos; ahora imaginen que estas líneas son como ríos en los que algunas partículas provenientes del sol son atrapadas y llevadas hacia los polos. En su mayoría estas partículas son electrones y algunos iones positivos (átomos que han perdido electrones) que al ser aceleradas por el campo magnético de la tierra chocan con los gases que forman nuestra atmósfera superior, en su mayoría Oxigeno y nitrógeno.

Al chocar con los átomos de oxígeno y nitrógeno las partículas provenientes del espacio pasan parte de su energía a estos átomos y estos buscan la manera más fácil de deshacerse de ella y lo hacen emitiendo fotones, i.e. luz en distintos colores, siendo el más predominante el color verde. Específicamente, el oxígeno es culpable del verde y del café, mientras que el nitrógeno es el responsable del rojo y el azul.

La manera en que estas partículas provenientes del sol acaban en los polos magnéticos es por que las líneas del campo magnético de la tierra acaban e inician en los polos, tal vez si de niños hayan jugado con imanes y limadura hayan visto que al poner el imán la limadura se movía de cierta forma al imán, pues es lo mismo, solo que a macroescala.

Campo Magnético de la Tierra.

Resulta que los vientos solares están continuamente "golpeando" al campo magnético de la tierra y reformándolo, aplastandolo más del lado de la cara que da al sol y alargandolo del lado opuesto al sol, por lo que las auroras están relacionadas al ciclo solar, siendo más frecuentes e intensas durante la presencia de manchas solares (que son perturbaciones del campo magnético solar) y durante algunas tormentas solares el campo magnético se puede perturbar de cierta forma que se puede interferir con los satélites e incluso centrales eléctricas en la tierra, estas perturbaciones pueden causar que haya auroras a latitudes un poco más alejadas de los polos, llegando a un mínimo de 59 grados respecto al ecuador y en algunos casos excepcionales llegando a aparecer hasta 41 grados del ecuador, como se dice en un registro de hace casi 200 años.

Para terminar les dejo con un video de una aurora tomado desde la estación espacial internacional.

Materia oscura I

En 1933, un científico suizo llamado Fritz Zwicky se encontraba estudiando un cúmulo de galaxias, en sus observaciones y cálculos notó que las galaxias dentro del cúmulo se movían lo suficientemente rápido como para escapar del cúmulo, sin embargo no lo hacían, esto lo llevo a suponer que había cierta masa perdida que no podía ser observada y que ataba gravitacionalmente a las galaxias dentro del cúmulo, a esta masa perdida la denomino materia invisible o materia oscura.

Fritz Zwicky, el mejor amigo de los astrofísicos.

El descubrimiento de Zwicky no tuvo mucha repercusión al principio, ya que Zwicky era considerado una especie de misántropo excéntrico por que se refería a los demás astrónomos como "bastardos esféricos" i.e. eran bastardos sin importar de que lado los vieras.

Vera Rubin, me encantan sus lentes y su peinado.

Fue hasta 1950 que la idea de Zwicky renació, ese año una astrónoma de nombre Vera Rubin hizo otro descubrimiento. Según la teoría de la gravedad de Newton, la velocidad con la que gira un cuerpo alrededor de otro va disminuyendo respecto a la distancia a la que se encuentran los cuerpos, por ejemplo, la velocidad orbital de Mercurio es mayor que la de Neptuno, por que esté último se encuentra más lejos del sol, donde la gravedad es más débil. Rubin, al observar el movimiento de cuerpos en otras galaxias encontró algo interesante: los cuerpos que orbitaban en la periferia galáctica lo hacían a la misma velocidad que los cuerpos que orbitaban cerca del núcleo de la galaxia, para que esto ocurriera hacia falta materia, materia que Rubin no podia observar pero que actuaba sobre los demás cuerpos, ¡la materia invisible de Zwicky!

En la década de 1970 la comunidad no podía seguir ignorando que había más masa en el universo de la que se podía observar, por lo que se hicieron varias propuestas para explicar la naturaleza de esta materia oscura, pero eso será tema para otra entrada.

Me cayó el veinte.

¿De donde proviene la curiosa expresión "Ya me cayó el veinte"?

Resulta que hasta entrada la década de los setentas, los teléfonos públicos funcionaban con monedas de a veinte centavos, al hechar la moneda al teléfono, esta primero caía en un depósito; sí la llamada no era contestada la moneda caída a una ranura donde podías retirarla, por el otro lado si la llamada era contestada la moneda caía a otro depósito, haciendo más ruido que el primero y se decía que había "caído el veinte", sin más, la mente colectiva de los mexicanos usa la frase para referirse que alguien ha entendido algún concepto o a caído en cuenta de algo.

Georg Christoph Lichtenberg (1742-1799)

Georg Christoph Lichtenberg no es un nombre que ha much@s les suene, fue un científico alemán que fue de los primeros en montar experimentos con aparatos en sus lecturas, a las que incluso Gauss asistía y el mismísimo Volta llegó a ir a Göttingen solo para ver a Lichtenberg y a sus experimentos.

En 1977, construyó un generador/capacitor para generar altas descargas eléctricas, las cuales "disparaba" contra polvo que descansaba sobre algún material aislante y formaba unas figuras ramificadas que hoy en día se conocen como figuras de Lichtenberg, para guardar dichas figuras Lichtenberg ponía sobre ellas algún trozo de papel y el polvo quedaba adherido, descubriendo con ello el principio sobre el cual funcionan las fotocopiadoras de hoy en día.

Esto es una imagen 2D de una figura de Lichtenberg en 3D

Sin embargo, es más conocido por otra de sus aportaciones a la humanidad, los llamados "Waste Books" los cuales contienen pensamientos de Lichtenberg desde que empezó a escribirlos en sus época de estudiante hasta su muerte, estos libros influenciaron en la obra de pensadores como Kant, Tolstoi, Freud, Wittgenstein y Nietzsche; Schopenhauer llegó a decir de Lichtenberg que era de los pocos pensadores originales por ellos mismos.*

Para no dejarlos sin más, les pondré unas frases de sus Waste Books:

Lo que llaman "corazón" descansa más abajo del cuarto botón de la camisa.

Es una pena que tomar agua no sea pecado, gritó un italiano, pues seria una delicia.

Es imposible llevar la antorcha de la sabiduría a través de una turba de gente sin quemar la barba de alguien.

En la mayoría de los hombres, el no creer en algo generalmente viene por la ciega aceptación de otra creencia.

También era jorobado y realmente bajo para los estándares del siglo 18, por otro lado, hay un cráter en la luna el cual lleva su nombre.

*Fui feliz al leer eso, al menos no soy el único que piensa que uno debe pensar por sí mismo y no atiborrarse -enteramente- de libros y escritos de otros autores para citarlos a cada rato y hacerse el interesante una tarde en algún café de la ciudad.

Breve historia de la Tierra.

El planeta tierra es el tercero en orden respecto al sol y es también el mayor de los planetas rocosos, la importante misión de comprender su evolución así como los procesos que la transforman es un acto de fuerza ya que tiene la singularidad de contar con la capacidad de albergar vida, por lo que su comprensión aumenta nuestas posibilidades de sobrevivir como especie.

Al igual que el resto de los planetas, posiblemente se formo de un disco de gas y polvo cósmico que rodeaba al sol, también llamado disco protoplanetario, así, la historia de nuestro pequeño planeta comienza hace unos 4600 millones de años aproximadamente, cuando en el disco protoplanetario empezaron a formarse grumos ó nubes un poco más densas que sus alrededores, se cree que de este tipo de nubes se formaron los planetas, tomándole a la tierra cerca de un período relativamente corto de 20 millones de años para formarse. Es probable que las primeras atmósferas hayan sido "borradas" por los vientos solares, hasta alcanzar un tamaño cerca del 40% actual pudo tener una atmósfera estable que constaba en mayor parte de Helio e Hidrógeno; siendo víctima una vez más del destino, un objeto al que los científicos le denominan "Theia" estrelló contra la joven tierra, transformando su superficie en magma, lanzando toneladas de material al espacio, perder su primitiva atmósfera, inclinando el eje de rotación y también formando nuestro satélite, la Luna.

Al no tener una atmósfera, la Tierra se enfrió rápidamente para formar una corteza basáltica en tan solo 150 millones de años. El vapor emitido por el manto, el hielo de millones de meteoritos que eran abundantes en el joven sistema solar y los gases de los volcanes formaron una segunda atmósfera, después de lo cual pasarían otros 250 millones de años para que se formaran los primeros océanos y los cratones, capas rígidas de la corteza terrestre sobre cuales se formaron los primeros continentes, siendo el primer supercontienente Lavida (~4000 millones de años), con esto termina la era arqueana o hadeana.

Era Proterozoica.
Ocupa desde hace unos 3900 millones de años hasta hace 542 millones de años, es en está época cuando se forma la capa de Ozono, aparecen los primeros organismos fotosintéticos.

Era Paleozoica.
Desde hace unos 542 millones de años hasta hace 251 millones de años, es en está era donde se da la explosión cámbrica que da origen a una multitud de organismos, incluyendo a los primeros vertebrados, lo misterioso del asunto es que gracias a los registros fósiles sabemos que en esta era ocurrieron 3 extinciones masivas de organismos, la ordoviciana, devónica y la triásica; se cree que la extinción ordoviciana fue por causas climatológicas, pero de las dos restantes no se sabe con certeza que fue lo que sucedió, ya que ambas extinciones no fueron en un solo momento, si no el resultado de eventos que en muy corto tiempo eliminaban géneros enteros; en la extinción del triásico cabe resaltar que desapareció 90% de la diversidad de vida en la tierra y fue la única en la que también desaparecieron insectos, por lo que se cree que pudo haber sido causada por algún "super virus".

Es después de las tres extinciones masivas que los mamíferos inician su reinado en la tierra y con ello da inicio la Era Cenozoica, era que se considera la actual y en la que sólo ha habido una gran extinción, relacionada con el incidente de Chicxulub.

El medio interestelar

Una de las frases que más me desespera es:

El espacio está totalmente vacío.

Cada vez que escucho esa frase, mis oídos se estremecen, sé que la mayoría del espacio está practicamente vacío, pero el espacio interestelar no lo está tanto, así que pienso en lo aburrido que sería el universo si esa frase fuera totalmente cierta, no tendríamos guarderías estelares, ni las hermosas nebulosas que siempre toman curiosas formas, por lo que decidí tomar manos a la obra y escribir sobre ello.

El medio interestelar es el material que se encuentra en el espacio entre las estrellas de nuestra galaxia y está formado en su mayor parte por gas (como Hidrógeno y Helio) y polvo de partículas muy finas, como agua y carbono.

¿Y de donde viene este medio interestelar? Bueno, los elementos más ligeros que lo forman probablemente provienen del big bang, pero el pequeño porcentaje de elementos más pesados que lo forman nos dicen que se alimenta de los restos que dejan las estrellas al morir, es decir, el gas que expulsan las estrellas al fallecer, va lleno de elementos más pesados como carbono, hierro, etcétera que son elementos que no fueron creados durante el big bang y solamente se encuentran en estos violentos fenómenos que son las supernovas.

Sin embargo el medio interestelar no solo se alimenta de las estrellas, también es el responsable de alimentar algunas nebulosas en las que se están creando nuevas estrellas, cómo es el caso de los pilares de la creación, en los cuales podemos apreciar como la densidad de esté medio llega a bloquear la luz y es dentro de este tipo de estructuras donde seguramente se están formando estrellas.

Otro fenómeno más curioso y un poco menos conocido donde podemos observar el medio interestelar es en las famosas estrellas balísticas, estás son estrellar que de alguna forma u otra obtuvieron una gran velocidad y ahora van por ahí, viajando por la galaxia e interactuando con el medio interestelar formando ondas de choque, semejantes a las que vemos cuando una barca viaja por un río, aunque también son los vientos solares de algunas de estas estrellas los que forman estas intrincados filamentos al calentar e interactuar el medio interestelar.

Estrella formando una onda de choque al pasar a traves del medio interestelar.

Todas las imágenes son cortesía de NASA y de la ESA.

El GPS y la relatividad

La relatividad general y la relatividad especial, a pesar de tener un aire de inutilidad y de secretismo técnico para la mayoría de la gente, tiene aplicaciones muy importantes en el mundo moderno. El GPS (Global Positioning System) fue desarrollado inicialmente para fines militares por los E.E.U.U.A. y consta de un arreglo de 24 satélites los cuales tienen relojes con una precisión de nanosegundos y pueden dar la posición de un determinado objeto en cualquier punto, para lograr esto los receptores GPS (Como el que compras en Walmart, Bestbuy ó la lagunilla) miden la diferencia en la hora de 4 a 12 de los satélites que están en órbita y después triangulan la posición del receptor.

¿Como afecta la relatividad general y especial a todo esto?
La relatividad general de Einstein nos dice que los objetos que experimentan un campo gravitacional más fuerte se mueven más lentamente y los satélites se encuentran lo suficientemente lejos de la tierra como para sentir menos gravedad (No nula, pero muy poca) consecuencia de esto es que para los relojes de la tierra, los relojes de los satélites van más rápido, por lo que se van adelantando cerca de 45 microsegundos por día.

La teoría de la relatividad especial nos dice que para los objetos (relojes) que van muy rápido el tiempo pasa más lento, algo así como cuando en las películas mandan astronautas a algún viaje y cuando vuelven a pasado más tiempo en la tierra que en el espacio, en los satélites GPS esto se traduce a un atraso de 7 microsegundos por día.

El efecto total de estos dos fenómenos nos da que los relojes de los satélites se adelantan cerca de 38 microsegundos por día respecto a los relojes en la tierra, pero como el sistema GPS trabaja con precisión de nanosegundos y cada microsegundo=1000 nanosegundos, el error se traduce a 38, 000 nanosegundos por día y esto es suficiente para que el margen de error este en el rango de los 10 kilometros e iría acumulandose con el tiempo.

Para corregir esta diferencia, los relojes que llevan los satélites se ajustan para que sus segundos sean más lentos y así cuando esten en órbita sus segundos sean iguales que los de los relojes de la tierra.