VOYAGER AL CORAZON DE LAS TINIEBLAS

 

Las sondas espaciales gemelas estadounidenses Voyager I y Voyager II, fueron lanzadas en 1977 por dos cohetes Titan IIIE-Centaur/6 y Titan IIIE-Centaur/7 respectivamente. La misión que llevan a cabo desde entonces constituye sin duda uno de los acontecimientos más importantes de la carrera espacial. El objetivo de estas dos sondas era la exploración de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno aprovechando la gravedad (tirón gravitacional asistido) y la especial conjunción en su posición en el espacio de estos planetas y que evita en gran medida tener que utilizar los instrumentos de propulsión de a bordo.

El sobrevuelo de cada planeta modifica la ruta de vuelo de la sonda y aumenta su velocidad, lo suficiente como para entregarla al próximo destino haciendo que puedan pasar de un planeta al siguiente aprovechando el impulso gravitacional del anterior en su trayectoria, tras recoger y almacenar los datos proporcionados por los instrumentos de a bordo en su aproximación al planeta y con un gasto mínimo de combustible.

Se diseñaron con materiales resistentes a las radiaciones, y las piezas más sensibles recibieron una protección suplementaria. Un juego de 16 propulsores permitía a las naves controlar la posición y corregir la trayectoria. Cada uno de ellos producía un empuje de sólo 0,85 newtons, de forma que la nave podía realizar maniobras delicadas.

Ambas naves tienen un peso de 815 Kg y su longitud es de 3,35 m. La Voyager I fue lanzada el 5 de septiembre de 1977 desde Cabo Cañaveral (hoy cabo Kennedy), Florida y la Voyager II el 20 de agosto de 1977. El cuerpo central está constituido por un prisma de 10 caras. La carga útil de la misión científica principal consistió en 10 instrumentos. Se mantienen cinco equipos investigadores, aunque los datos son recogidos por dos instrumentos adicionales.

La Voyager I acelerada aprovechando los campos gravitacionales y con una ruta más corta y más rápida llegaría primero a Júpiter enviando las primeras fotografías en enero de 1979 y después y hasta el mes de abril el mismo año un total de 19.000. El 5/marzo/1979 alcanzó su máximo acercamiento al planeta (278.000 km) y aprovechando esta posición realizaría la mayor parte de las observaciones de las lunas, anillos, campos magnéticos y condiciones de radiación de Júpiter durante un periodo de 48 horas. Voyager I descubrió un anillo alrededor de Júpiter. No es tan espectacular como el de Saturno, teniendo únicamente 30 Km. de grosor y 9.000 Km. de anchura. Su borde interior está unos 57000 Km. por encima de la más alta capa de nubes del planeta.

El 12 de noviembre de 1980 y con ayuda de la aceleración proporcionada por el campo gravitatorio de Júpiter, alcanzó Saturno aproximándose asta una distancia de 124.200 km. recogiendo datos sobre su atmosfera así como también de la de Titán el más grande de sus satélites del que pasó a una distancia de unos 6.500 kilómetros.

La mayor parte de lo que conocemos de Neptuno se debe al Voyager II, que se acercó a él en 1989. Neptuno ha resultado ser más parecido a Júpiter que a Urano. Aunque la atmósfera tiene la composición del segundo, presenta los grandes intercambios de energía térmica del primero, dando lugar a ciclones y anticiclones, siendo el rasgo más sobresaliente de su atmósfera la Gran Mancha Azul, un vórtice anticiclónico en el hemisferio sur. Existen manchas claras correspondientes a cirros de metano a gran altitud, y a una temperatura lo suficientemente baja como para permitir que el metano se congele en pequeños cristales. Neptuno posee un anillo muy parecido al de Urano.

MOVIMIENTOS RELATIVOS Y ABSOLUTOS

En Física, dado que los observadores en general están en movimiento unos respecto de otros, es importante determinar cómo hay que expresar las relaciones de las magnitudes en consideración en diferentes sistemas de coordenadas que están, en general, moviéndose uno respecto de otros.

Un ejemplo bastante cotidiano de sistema no inercial de referencia lo constituye la Tierra. Su no inercialidad se debe principalmente a la rotación terrestre respecto a su eje, que es muy aproximadamente constante y equivalente a una vuelta completa en 24 horas. Su valor, en consecuencia, es bastante pequeño: w=7,2722 10^-5 s^-1. Pero la Tierra no solo gira sobre su eje, sino que se traslada en trayectoria elíptica alrededor del Sol. Y aún hay más.

Una mañana cualquiera, en un parque de la ciudad. Alguien está sentado en un banco, alguien pasea lentamente. El primero está en reposo total, velocidad cero, el segundo se mueve despacio, velocidad 3 km/h. Pero...¿Son esas sus velocidades reales? ¿Y si no fuera así ¿Qué pasaría si la Tierra frenase su movimiento?

VELOCIDAD DE ESCAPE

La velocidad de escape de cualquier objeto en relación a un cuerpo celeste, como, por ejemplo, un planeta, de radio R, es la velocidad que es necesario lanzar dicho objeto para que no regrese al planeta. Para deducir la expresión de la velocidad de escape "v" que hay que comunicar al objeto aplicamos la relación entre el trabajo exterior y la variación de energía ΔE = Wext en la transformación que tiene lugar desde que el objeto es lanzado a la velocidad "v" hasta que llegara hipotéticamente a una distancia infinita con velocidad nula.

Resulta interesante relacionar estos resultados sobre los valores de la velocidad de escape en la Tierra y en la Luna con la formación de la atmósfera terrestre. Ambos objetos (la Tierra y la Luna) están situados aproximadamente a la misma distancia del Sol y, desde que se produjeron las expediciones espaciales a Luna se sabe que en ambos existía agua (en la Luna quedan restos de hielo) Por tanto, podemos suponer que la energía proporcionada por el Sol debería haber provocado en ambos el proceso de evaporación del agua, pero mientras las moléculas de agua terrestres quedaron atrapadas por la atracción gravitatoria de nuestro planeta, las moléculas de agua lunares podían escapar de la atracción gravitatoria de nuestro satélite, dado que se movían en el proceso de evaporación a una velocidad similar (al ser calentadas ambas por el Sol), pero en la Luna la velocidad de escape es mucho menor.

Esta es una de las razones que facilitaron la formación de la atmósfera terrestre, una capa protectora, sin cuya presencia no se podría haber desarrollado vida en nuestro planeta. En el vídeo se intenta escapar no solo del planeta Tierra, sino del Sistema Solar, de la Galaxia de la Vía Láctea, del grupo local, del cúmulo de Virgo, del Universo observable...y hasta del Universo real.

EL VALS DE LAS GALAXIAS

Partiendo de nuestra Galaxia, la Vía Láctea, comienza un insólito viaje hacia los confines del Universo. Atravesamos el Grupo Local, con nuestras galaxias satélites, y pasamos cerca de Andrómeda, que en un futuro lejano se fusionará con la Vía Láctea para formar una supergalaxia.

Dejamos el Grupo Local y nos internamos por los laberintos del Universo hasta llegar al Cúmulo de Virgo y de allí al Supercúmulo de Virgo y a Laniakea, la Estructura que lo contiene. Y el viaje prosigue hasta el umbral del Universo visible...y más allá.Nos adentramos brevemente en lo desconocido, el Universo real, cuya luz no nos llegará nunca, por lo que es más que probable que jamás lleguemos a conocerlo.

La geometría del Universo es plana, aunque últimamente hay científicos que lo cuestionan. La topología, respetando la geometría plana, podría adoptar la forma de una cinta de Moebius, con una sola cara, pero esto entra de lleno en el terreno de la especulación

EL UNIVERSO OBSERVABLE Y EL REAL

En el modelo del Big Bang, el universo observable es finito por el simple hecho de que la luz procedente de galaxias lo suficientemente alejadas no ha tenido tiempo de alcanzarnos en el tiempo finito de expansión. El radio del universo observable es entonces algo mayor que c t0, siendo c la velocidad de la luz y t0 la edad actual del universo. Esto podría implicar una distancia entre unos 15 y unos 45 mil millones de años luz (el cálculo exacto dependerá del modelo de universo considerado).

Respecto al Universo con mayúsculas podemos decir que no sabemos sus auténticas domensiones. Se suele decir que si la densidad de materia es mayor que la densidad crítica, el universo es finito, e infinito en otro caso. Esa apreciación es correcta si asumimos dos cosas:

1. El modelo del Big Bang es una buena descripción del Universo con mayúsculas.

2. Aceptando lo anterior, suponemos que el universo tiene una estructura geométrica global (es decir, una topología) sencilla, tal y como una hiperesfera finita, un espacio tridimensional euclídeo infinito o un espacio tridimensional infinito análogo a una silla de montar. Pero no se puede descartar que el universo no sea algo más complejo, algo así como un hipertoro, por ejemplo, es decir, una especie de rosquilla o donut tridimensional.

RESPUESTAS CORTAS, PREGUNTAS LARGAS

El Principio de Incertidumbre de Heisenberg, El Origen de las especies, El triángulo de las Bermudas, El hotel infinito de Hilbert, La Teoría de la Relatividad de Einstein...empezando por Heisenberg y terminando por Einstein, cualquiera que preguntara por alguna de estas cuestiones y fuera contestado de manera precisa, se encontraría con un mar de datos, fórmulas, deducciones, hipótesis y tesis, que muy probablemente le llenarían la cabeza hasta casi hacerla estallar. Aquí se trata de una explicación sumamente sencilla, sumamente rápida y sumamente insuficiente.

Sin embargo, quizá consigan estas ínfimas respuestas, con sus simpáticas animaciones, despertar un cierto interés que cristalice en un estudio mucho más exhaustivo de todos y cada uno de los temas, enormemente interesantes, que nos amplíen nuestros límites de entendimiento y nos lleven por los caminos rigurosos de la Ciencia, en nuestra innata curiosidad en la búsqueda de la verdad.

Es esa curiosidad la causante del avance extraordinario de la Ciencia, desde que el hombre más primitivo, mirando al firmamento, se preguntara: "Por qué", y decidiese que las respuestas deberían tener un carácter basado en la razón y no en las creencias

HASTA LA LONGITUD DE PLANCK

La longitud de Planck es la distancia o escala de longitud por debajo de la cual se espera que el espacio deje de tener una geometría clásica. Una medida inferior previsiblemente no puede ser tratada adecuadamente en los modelos de física actuales debido a la aparición de efectos de gravedad cuántica.

Es razonable sospechar que la teoría de la conciliación de la relatividad general y la teoría cuántica se involucran las tres constantes de c, G y Ћ . Planck tomó nota de que, aparte de factores numéricos hay una forma única de utilizar estas constantes para definir unidades de longitud, tiempo y masa.

La longitud de Planck forma parte del sistema de unidades natural, y se calcula a partir de tres constantes fundamentales, la velocidad de la luz, la constante de Planck y la constante gravitacional. Equivale a la distancia que recorre un fotón, viajando a la velocidad de la luz, en el tiempo de Planck.

El valor de la longitud de Planck se obtiene combinando las tres constantes fundamentales de cada una de la teorías que se suponen que explican el universo en su conjunto: "h barra", o lo que es lo mismo la constante de Planck h/2pi; la velocidad de la luz c; y la constante de la gravitación G.

Por análisis dimensional se obtiene entonces que a partir de esas constantes se puede construir una longitud, la longitud de Planck, l=raiz("hbarra"*G/c^3). De la misma forma se pueden calcular el tiempo de planck, la energía de planck, la masa de planck, que todos vienen a dar cuenta de los limites previstos a partir de los cuales se observarian de nuevo efectos de gravedad cuantica. Su valor es 1,53493738496*10^-35 metros.