Las supernovas

La última entrada expusimos sobre M1, la "Nebulosa del Cangrejo", un pintoresco objeto celestial originado por una impresionante demostración de pirotécnica estelar: una supernova, que será el tema de esta entrada.

Aclarar desde el principio que no todas las estrellas llegan a su fin explotando como supernovas. Ese es un camino que está reservado solamente a estrellas que tienen más de 8 masas solares, aquellas gigantes masivas, que consumen su combustible velozmente y corren vertiginosas hacia su muerte. Las estrellas con una masa menor (como nuestro Sol) siguen un camino evolutivo diferente y terminan sus días convertidas en enanas blancas, de las que hablaremos en otra ocasión. 

Una estrella es un gigantesco reactor nuclear que produce energía en forma continua, pero no lo hace por arte de magia, necesita insumos, y en su caso utiliza las reservas de hidrógeno que componen el 99% de su constitución original. Las estrellas que pertenecen a la secuencia principal fusionan átomos de hidrógeno para producir helio, proceso que irradia energía que nosotros percibimos como luz y calor.

La gran mayoría de las personas asocia las supernovas con una explosión, y eso es lo que son, con la salvedad de aclarar que una estrella ya es una explosión nuclear, aunque confinada por la propia gravedad de la estrella. Como es enorme, las capas exteriores de la estrella caen hacia el núcleo por atracción de la fuerza de gravedad. En este núcleo, que es la caldera de una estrella, se fusionan los átomos de hidrógeno para producir energía. La energía liberada por esta fusión genera una onda expansiva, una presión térmica que sostiene el peso de la estrella y evita su colapso, de esta forma, la vida de una estrella está dada por el delicado equilibrio entre la onda expansiva que la dilata y la fuerza de gravedad que tiende a comprimirla.

Todo esto podemos comprenderlo mediante un dibujito:

Pero claro, no hay plazo que no se cumpla ni deuda que no se pague. Llega un momento en que la estrella agota las reservas de hidrógeno de su núcleo. En ese instante decaen las reacciones de fusión, la estrella se contrae sobre si misma y podríamos suponer que se aproxima a un colapso gravitatorio, pero no es así porque la estrella tiene un as bajo la manga: la contracción de la estrella eleva la temperatura del núcleo. La subida de temperatura le permite al núcleo estelar fusionar los átomos de helio (más pesados que los de hidrógeno) y transformarlos en carbono. Este proceso permite continuar con la producción de  energía y equilibrar otra vez la presión térmica con la irresistible fuerza de la gravedad. 

El incremento de temperatura al interior del núcleo estelar tiene otra consecuencia importante: la estrella crece y expande su tamaño pues el calor dilata los objetos. En esta etapa la estrella crece en forma desmesurada, pero como es tan enorme el calor extremo del núcleo apenas se traspasa a las capas exteriores, que de esta forma registran temperaturas menores y adquieren un color rojizo, en síntesis, la estrella se ha convertido en una gigante roja, a estilo de Antares, Betelgeuse y Eta Carinae: un fantástico disco rojo, de un enorme volumen y un brillo deslumbrante. En esta fase la fuerza de gravedad no es lo suficientemente fuerte para mantener en su sitio las capas más externas de la estrella, que terminan por escapar al espacio y formar densas nebulosas alrededor de su desquiciada estrella madre (la nube de polvo y gas que rodea Eta Carinae es por lejos la más impresionante).

Nube de material que rodea a la gigantesca Eta Carinae, preludio de su apocalipsis (NASA, ESA, Hubble SM4 ERO Team).

De esta forma, la estrella es un objeto de densidad y temperatura crecientes hacia el núcleo. Las capas superiores proveen el combustible necesario para la fusión nuclear en las capas inferiores. Es en el núcleo de la estrella donde la temperatura y la densidad alcanzan su punto máximo.

El problema con esta secuencia de reacciones es que el núcleo de la estrella se va llenando de elementos pesados.  Es en todo sentido lo que se conoce como una "huida hacia adelante", pues la estrella fusiona elementos que liberan cada vez menos energía por unidad de masa. Para mantenerse estable debe aumentar la rapidez con que se producen estas reacciones con la consecuencia de acelerar su camino al despeñadero. Una vez que se agota el helio el núcleo de la estrella se vuelve a contraer provocando un nuevo aumento de temperatura que permite fusionar los átomos de carbono, luego repite el proceso con el oxígeno, neón, silicio hasta llegar al hierro. En este punto se produce un cambio importante. La temperatura del núcleo estelar ya es de 3.000 millones de grados, pero la fusión del hierro es un proceso que requiere energía, pero no la libera. Es un callejón sin salida, porque a la estrella ya no la salvarán los incrementos de temperatura ni ninguna estratagema: a medida que el núcleo se va llenando de hierro la estrella se aproxima a un límite peligroso más allá del cuál no tendrá más opciones para continuar con su ciclo vital, quedándose entre la espada y la pared.

Una estrella gigante roja, etapa previa de una supernova, repleta el firmamento de un planeta que orbita a su alrededor.

Estructura interna de una estrella próxima al desastre: su núcleo está compuesto de hierro, producto de la fusión de elementos cada vez menos pesados en las capas superiores (Wikipedia).

Pues bien, llega un punto en que le núcleo de la estrella, rico en hierro, ya no es capaz de seguir con los procesos de fusión nuclear para contrarrestar la irresistible fuerza de gravedad. El núcleo de hierro se mantiene estable mientras su masa sea inferior a 1,4 masas solares, lo que se conoce como límite de Chandrasekhar. Cuando se excede este límite el núcleo no puede soportar su intenso peso y sobreviene el colapso gravitacional. En cosa de un segundo, un simple segundo, el núcleo de la estrella se contrae violentamente sobre si mismo, provocando el derrumbe hacia dentro de las capas externas de la estrella. Estas capas se dan un golpe terrible con el denso núcleo, generándose un fuerte rebote que las obliga a salir disparadas hacia el espacio a una velocidad que puede ser hasta un 30% de la velocidad de la luz. El violento proceso genera unas cantidades increíbles de energía, que percibimos desde la Tierra en la forma de un brillo que puede rivalizar (de hecho, sobrepasar) a todas las restantes estrellas de una galaxia. Es el fin, un objeto enorme, de unas dimensiones que desafían toda capacidad de comprensión, ha sido destruido en cosa de segundos.

Simpático video. Los autores explican porque las capas externas de la supernova salen disparadas al espacio.

Pero claro, en esta historia no todo es caos y destrucción, porque las supernovas son un eslabón esencial de la cadena de acontecimientos que han permitido a la humanidad escalar hasta el sitial que hoy ocupa: los elementos más pesados que el hierro solo pueden crearse en el interior de una supernova, en la implosión de un núcleo estelar: las enormes presiones y temperaturas generadas en la estrella durante su muerte generan hierro, plomo, zinc, oro, plata, uranio, cobre, todos elementos esenciales para nuestro organismo, economía y estilo de vida...si al fin y al cabo es exactamente como lo resumía el gran Sagan, "somos polvo de estrellas", frase que es absolutamente literal (aparte claro, de su belleza intrínseca). Todo este valioso material queda flotando por el espacio interestelar y será la materia prima que dará origen a una nueva generación de estrellas y planetas.

La estrella ha muerto, es decir, ha mutado desde su forma convencional y se transformará en un objeto sorprendente: algunas logran frenar el colapso gravitacional mediante la llamada presión de degeneración de los neutrones (que puede soportar un núcleo que tenga como máximo tres masas solares) y se transforman en una estrella de neutrones, un objeto de unos 25-30 kilómetros de diámetro en que los átomos del núcleo están tan apretados que forman una amalgama increíblemente densa, tan densa que una simple cucharada de su material pesaría tanto como toda la humanidad.

 Las estrellas que tienen entre 10-25 masas solares (las hay con hasta 250 veces la masa del Sol) no tienen posibilidades de frenar el colapso gravitatorio, se contraen sobre si mismas hasta formar un objeto pesadillesco, tan denso que ni siquiera los rayos de luz pueden escapar de sus fauces: un fantástico agujero negro.

En nuestra galaxia el registro más famoso que tenemos de una supernova es la que dio origen a la Nebulosa del Cangrejo. El evento fue documentado por astrónomos del lejano oriente y algunos árabes, pero en aquella época no existian aparatos ópticos para facilitar la investigación. Un poco antes, por el año 1006, observadores de distintas partes del globo terrestre registraron la aparición de una estrella extremadamente brillante en la constelación de Lupus. Alcanzó una magnitud aparente de -7,5, que la convierte en la supernova más brillante divisada en nuestra galaxia. La siguiente supernova fue observada por el astrónomo danés Tycho Brahe, y el último evento fue registrado por Johannes Kepler en la constelación de Oficuo en 1604. Lamentablemente todos los episodios citados fueron anteriores al desarrollo de la era industrial, donde nuestros radiotelescopios y observatorios espaciales indagan en detalle los secretos del cosmos. Los astrónomos de antaño tuvieron que documentar a ojo desnudo y contentarse con hacer un mar de suposiciones sobre la naturaleza de lo que estaban viendo. A partir de entonces no se han registrado más supernovas en nuestra galaxia; esto no quiere decir que no hayan ocurrido (posiblemente se da una cada 50 años), pero las capas de polvo y gas en dirección al núcleo galáctico obscurecen buena parte de la visión en el óptico y es muy posible que varias supernovas, pese a toda su espectacularidad, hayan pasado completamente desapercibidas. Pero el universo es enorme y otras espectaculares supernovas han sido observadas mientras vuelan en pedazos en otras galaxias. Quizá la más provechosa desde el punto de vista del quehacer científico sea SN 1987A, descubierta en el año 1987 en la Gran Nube de Magallanes. Fue la primera ocasión en que los astrónomos modernos pudieron observar con detalle una supernova, con el añadido de encontrarse relativamente cerca, a "solo"168.000 años luz de nosotros.

La suma de todos los miedos, una bestia de pesadilla que desafía todas las estimaciones, fue descubierta el 2015 en una galaxia situada (por suerte) a nada menos que 3.800 millones de años luz de nosotros. Fue denominada ASASSN-15lh y se lleva por lejos el premio porque los científicos han calculado que alcanzó un brillo ¡570.000 millones de veces superior al de nuestro Sol! o veinte veces más brillante que toda nuestra Vía Láctea. Si ASASSN-15lh hubiese estado ubicada a la misma distancia de Sirio (8,6 años luz) su brillo sería semejante al de nuestro Sol.

La supernova 1994D en la galaxia NGC 4526 (NASA)

Impresión artística de ASASSN-15lh, tal como se vería desde un planeta de la misma galaxia, situado a 10.000 años luz de distancia (Wayne Rosing).

Restos de la supernova de 1604, descubierta por el astrónomo alemán Johannes Kepler (Wikipedia)

Lápida mortuoria de la supernova de 1574, obsrervada por el astrónomo danés Tycho Brahe (NASA)

Hemos explicado en forma somera el proceso de las supernovas. Habría mucho más que contar pero no quiero alargarme demasiado. Sin duda habrá ulteriores entradas donde podremos explayarnos más sobre el tema. Por ahora, decir que los astrónomos vigilan a Betelgeuse y a Eta Carinae, porque se piensa que están en los estertores de su agonía y podrían convertirse en supernovas en breve tiempo. Esta definición de "breve" es, por supuesto a escala cósmica y encierra un margen de tiempo que oscila entre miles a un millón de años, es imposible saberlo con mayor certeza. La gente se pregunta si la muerte de alguna de estas gigantes tendría repercusiones para la vida en la Tierra, donde la mayor preocupación estaría en las enormes cantidades de radiación letal que una supernova derrama por el espacio. Para evaluar este riesgo diremos que todo depende de las distancias involucradas: Si Betelgeuse estuviese, digamos, a unos 10 años luz de la Tierra, las consecuencias serían devastadoras para nosotros, pero afortunadamente todas las candidatas a supernovas están demasiado lejos de la Tierra, y el riesgo de que nos afecten en realidad es muy bajo.

La Nebulosa del Cangrejo.

A los filósofos griegos les parecía que el cosmos era una obra inmutable, un magnífico telón de fondo que había existido por toda la eternidad y en cuyo mecanismo de funcionamiento solo era esperable la perfección. Platón creía que el círculo era propio de los planetas y las órbitas, porque era una figura geométrica perfecta, equiparable a los arquetipos que existían en el mundo de las ideas y que el alma humana recordaba vagamente tras su estadía en este plano: "Lo hizo redondo y esférico (el universo) y le dio la forma orbicular, que de todas las figuras es la más perfecta". Conceptos de esta naturaleza formaban parte de la teoría heliocéntrica de Tolomeo, quien, a su turno, estableció las bases cosmológicas que apuntalaron el medievo europeo.

Pero claro, los filósofos se equivocaban: el cielo no es inmutable (ni eterno), y estaba sometido a un montón de sutiles cambios que ellos preferían ignorar.

Dentro de estos cambios, quizá nada más disruptivo que una supernova, ese fantástico evento cósmico en que una sola estrella llega a rivalizar en brillo con toda una galaxia, interrumpiendo la monotonía de los cielos con la delicadeza de un elefante en una cristalería. El tema de nuestra entrada, la Nebulosa del Cangrejo, esta íntimamente relacionada con las supernovas, como veremos a continuación.

La complicada estructura de la nebulosa. Su origen es reciente, pues no existía hace mil años (NASA/ESA).

La llamada Nebulosa del Cangrejo (M1, NGC 1952) es un fotogénico objeto celeste ubicado en la constelación de Taurus (El Toro). Está ubicada a unos 6.500 años luz de nosotros y es una turbulenta nube de gas de unos 10 años luz de diámetro, esto es, el doble de la distancia que separa al Sol de la estrella más cercana: Próxima Centauri a 4,2 años luz. Este tamaño equivale a unos 7 minutos de arco visto desde la Tierra (la Luna llena tiene unos 30 minutos de arco).

La nebulosa fue avistada el año 1731 por el astrónomo inglés John Bevis, pero sería Charles Messier quien le daría mayor notoriedad al incluirla como el primer objeto de su célebre catálogo. Messier era un laborioso cazador de cometas francés, pero en sus jornadas de observación solía confundirse con objetos celestes que, a primera vista, asemejaban cometas. Para no tropezar con la misma piedra decidió elaborar un catálogo con estos engañosos objetos y así evitar que le fastidiasen sus jornadas de trabajo. El primer objeto que colocó en su lista es la nebulosa del cangrejo, que tomó el nombre de Objeto Messier 1, M1. Respecto a su coloquial nombre de "cangrejo", se lo debemos al astrónomo conde de Roose, quién en 1844 resolvió la nebulosa con su potente telescopio. El imaginativo conde encontró que los difusos filamentos de la nube tenían la forma de un cangrejo y así la dibujó en su bitácora.

Dibujo del conde de Roose, con su interpretación de la nebulosa (Wikipedia).

Situación de la nebulosa en la constelación del Toro (Stellarium).

Vista al detalle, la nebulosa parece un complicado y caótico amasijo de filamentos que se entrecruzan en todas direcciones. Esta formada básicamente por helio, hidrógeno ionizado, y trazas de otros elementos. En luz visible el corazón de la nube muestra un color azulado, que estaría provocado por la radiación sintrónica que emite la estrella situada en su centro. En 1921 J. C. Duncan, analizando las fotografías de la nebulosa, llegó a la conclusión de que la nube de gas estaba en plena fase de expansión, creciendo varios segundos de arco por año. La estructura de la nebulosa cambia con bastante rapidez, y las diferencias suelen ser notorias con años de diferencia.

El origen de la nebulosa es sumamente interesante: está constituida por los restos de la espléndida supernova del año 1054. Ese año, astrónomos chinos, árabes, coreanos, y algunos pueblos precolombinos de norteamérica, observaron la aparición de una "estrella invitada" en la constelación del Toro. Su brillo extraordinario podía ser visto a plena luz del día y por las noches se constituyó en el objeto más brillante del cielo a excepción de la Luna. Nos podemos imaginar la perplejidad y el temor que su intempestiva aparición provocó entre las gentes de la época. Los astrónomos chinos zanjaron la cuestión asegurando que todo se trataba de un buen augurio, que era una muestra de que los dioses estaban satisfechos con el emperador celeste y nada más. Respecto a Europa, no ha llegado hasta nosotros ninguna crónica o noticia del suceso, un hecho notable pues se trataba de una época en que cualquier evento estelar podía interpretarse como una señal inminente del apocalipsis y la consumación de los tiempos. Como sea, la supernova apareció el 4 de Julio y pudo ser vista a en pleno día durante 23 días, a partir de ese punto su brillo fue decreciendo, pero aún así pudo ser contemplada hasta 653 días después de su aparición.

Detalle de la nebulosa: Obsérvese la intrincada red de filamentos (NASA/ESA).

La Nebulosa del Cangrejo está formada por las capas de material que la estrella expulsó al espacio durante este evento cataclismico. El análisis espectroscópico (corrimiento hacia el rojo) de la nube muestra que el gas aún se expande por el espacio circundante a una velocidad de 1.700 kilómetros por segundo, con una temperatura que alcanza los 10.000 K. La cantidad de masa contenida en la nebulosa equivale a unas dos masas solares, y se ha calculado que la estrella progenitora tenía entre 5-10 masas solares. No se puede dudar que SN 1054 (nombre oficial de la supernova) fue una de las supernovas más potentes que ha visto nuestra galaxia: en la entrada dedicada a Betelgeuse discutíamos las consecuencias que su explosión como supernova podría acarrear para nuestro planeta, pues bien, Betelgeuse está ubicada a unos 640 años luz de nosotros, pero la estrella que originó la nebulosa del cangrejo estaba ubicada diez veces más lejos y aun asi brillaba a pleno día. Si SN 1054 hubiese estado en la posición de Betelgeuse la cantidad de radiación emitida al espacio hubiese tenido consecuencias importantes para la vida en nuestro planeta.

Un estudio de los datos consignados por los astrónomos chinos deja bien en claro que la nebulosa está situada en el punto exacto donde ellos declararon ver la "estrella invitada", también se ha medido la velocidad con que la onda expansiva de esta nebulosa se extiende por el espacio. El resultado es que si hacemos correr el reloj hacia atrás, tenemos que la nube se está expandiendo desde su punto inicial desde el año 900 aproximadamente, en resumen, que el caso parece conclusivo. Por otra parte, llegará un lejano día en que la nebulosa, debido a la progresiva dispersión de su materia, deje de ser visible para nosotros.

Los restos de la estrella progenitora aún están situados en las entrañas de la nebulosa, bajo la forma de una estrella de neutrones, un cuerpo estelar extremadamente denso, que emite cantidades gigantescas de radiación electromagnética, lo que llamamos un púlsar. Tiene unos 30 kilómetros de diámetro y rota sobre su eje a la asombrosa velocidad de 30 veces por segundo. Este monstruo estelar emite chorros de radiación (ver animación a la izquierda), desde rayos X a rayos gamma. La mayor parte de estas ondas radioeléctricas son emisiones de tipo sincrotrón, emitida por electrones que se mueven dentro de un potente campo magnético a velocidades próximas a la de la luz. Cuando uno de estos chorros coincide con el plano visual de nuestro planeta podemos detectarlos desde la Tierra mediante el uso de radiotelescopios, y su intensa actividad es responsable de la coloración central de la nube, como de su velocidad de expansión, de hecho, el viento estelar procedente del ecuador del púlsar genera ondas de choque que impactan con el gas circundante y van transformando la fisonomía de la nebulosa.

Nebulosa del Cangrejo, vista en luz infrarroja por el telescopio espacial Spitzer (NASA).

Decíamos que M1 está ubicada en la constelación del Toro, casi en la punta de uno de sus cuernos. La estrella brillante más cercana es Zeta Tauri (magnitud 3) a un grado al noroeste. M1 es un objeto con magnitud aparente de 8,4 bastante difuso y se necesita un telescopio de cierta propiedad para resolver algunos detalles. Algunos podrían sentirse decepcionados con el resultado de sus observaciones. Un telescopio con aperturas de 50-70 mm dejará ver una mancha de aspecto difuso, sin distinguir mayores detalles. La utilización de aperturas de 100-200 mm permite ver algunos discretos detalles, con la condición de tener cielos suficientemente oscuros (un buen seeing), y solamente largos tiempos de exposición permiten revelar la delicada estructura de filamentos que caracteriza a la nebulosa.

Pero claro que vale la pena darle una ojeada. Esa mancha nubosa es el resultado de una fantástica pirotecnia estelar, un evento que origina algunos de los elementos más preciados que existen en la Tierra (como el oro) y otros que son esenciales para nuestra vida, como el hierro. Pero de todo esto hablaremos con más detenimiento en la próxima entrada, que estará dedicada a las supernovas, por ahora M1 les espera...salgan a mirar.

La sonda espacial Gaia y un mapa en 3D de la Galaxia.

El telescopio espacial Gaia, propiedad de la Agencia Espacial Europea (ESA por sus siglas en inglés) fue lanzado al espacio el 19 de Diciembre de 2013, desde el centro espacial de Kourou en la Guayana Francesa. Se utilizó un fiable cohete propulsor Soyuz ST-B y 42 minutos después del despegue la sonda se desacopló del sistema propulsor para emprender un viaje de tres semanas hasta su posición final: una órbita de Lissajous, en el llamado punto de Lagrange L2 del sistema Tierra-Sol.

Gaia es, básicamente, un observatorio espacial cuya misión es cartografiar nuestra galaxia, elaborando un completísimo mapa tridimensional con las posiciones y movimientos de 1.142 millones de estrellas. Esto es aproximadamente un 1% del total de astros que contiene nuestra Vía Láctea, y sin embargo, es un número largamente superior a las 120.000 estrellas que fueron catalogadas por su antecesora, la sonda Hipparcos. Como se desprende de estos datos, en realidad Gaia solo está mapeando los vecindarios próximos a nuestro sistema solar y una porción del núcleo galáctico (aparte de galaxias y quásares, por supuesto), es decir, aquellas porciones del espacio  suficientemente cercanas como para que el sistema de determinación de distancias por paralaje sea preciso. La elaboración de un mapa 3D definitivo de nuestra Galaxia (ni hablar ya de todo el cosmos) seria una obra monstruosa e imposible al día de hoy, tan compleja y elusiva como una construcción al detalle de todas las conexiones neuronales de un cerebro humano.

Pero no se trata solo de estrellas...se calcula que Gaia podría descubrir millones de galaxias, 10.000 exoplanetas gracias al método de tránsito, astrometría o velocidad radial, 50.000 enanas marrones, 20.000 supernovas, 500.000 quásares y unos 100.000 objetos -principalmente asteroides- al interior de nuestro sistema solar. Uno de los aportes fundamentales de Gaia será precisar la real distancia a que se encuentran las estrellas conocidas como variables cefeidas, clase de astros que tienen una gran importancia porque son usados como puntos de referencia para definir las distancias a muchos objetos de espacio profundo.

Gaia (ESA)

El punto conocido como Lagrange L2 está ubicado a 1,5 millones de km. de la Tierra y es especialmente apto para ubicar telescopios espaciales (Wikipedia).

La precisión con que trabaja Gaia deja los pelos de punta. Su precisión es 100 veces mayor a la de la sonda Hipparcos. Para estrellas de magnitud de 15 el margen de error es de 20 microsegundos de arco, y para estrellas con magnitud 22 el margen sube a unos 200 microsegundos de arco. Para que nos hagamos una idea: sus instrumentos son tan sensibles que podría precisar el grosor de un cabello humano a una distancia de 1.000 kilómetros.

Gaia fue construida por la empresa EADS Astrium. Tiene unos 10 metros de diámetro y 3 de alto. Pesa 2.030 kg. y está dividida en dos secciones: módulo de carga y módulo de servicio. El módulo de carga pesa unos 700 kg. y contiene los telescopios que la sonda utiliza. El módulo de servicio integra los paneles y el sistema de propulsión, ¿su costo?...la friolera de 750 millones de euros.

Para lograr sus objetivos Gaia está equipada con dos telescopios separados por un ángulo de 106.5°, cada uno equipado con un espejo principal de 1,7 x 0,7 metros. Estos telescopios actúan en conjunto y dirigen la luz hacia una cámara equipada con 106 sensores CCD de 4.500 x 1.966 píxeles cada uno, esto es, una capacidad total de un billón de píxeles.

La función principal de Gaia es la astrometría (ESA).

Ilustrativo video, con las características y objetivos de la misión.

Gaia en su etapa de construcción (ESA).

El tiempo de duración de las misión es de cinco años. En ese lapso Gaia observará cada cuerpo celeste unas 70 veces y recabará una cantidad gigantesca de datos. Toda esta ingente masa de información deberá ser procesada antes de extraer conclusiones definitivas. Se espera que su mapa tridimensional de las estrellas esté listo par el 2022, no obstante, la información aportada por Gaia tendrá a los científicos entretenidos por muchos años más, porque será fundamental para comprender aspectos claves que están relacionados con el origen y evolución de nuestra galaxia.

Gaia mantiene contacto con la Tierra durante ocho horas al día. transmitiendo información a las estaciones de la ESA en Cebreros (España) y New Norcia (Australia).

Ya tenemos algunos resultados. Con información aportada por Gaia, ESA publicó el pasado mes un extracto que contiene las distancias y movimientos de dos millones de estrellas. El mapa es una síntesis de las observaciones realizadas entre Julio de 2014 y Septiembre de 2015.

Avance del trabajo de Gaia: Una visión tridimensional de nuestra galaxia junto con otras galaxias cercanas. Este mapa contiene las posiciones de dos millones de estrellas (ESA).

En suma, Gaia es una máquina destinada a revolucionar nuestro conocimiento de los cielos, bastante más avanzada que el veterano y querido telescopio espacial Hubble. Los datos que nos aporte serán la materia prima con que trabaje una generación entera de astrónomos y la misión es una muestra de las capacidades de Europa cuando se propone objetivos ambiciosos. El gran éxito de la misión Rosetta (ya habrá tiempo de dedicarle una entrada) es otro botón de muestra de que la exploración del espacio es una tarea de colaboración y sinergia, que no puede ser monopolizada por determinados países o agencias.

Despegue y desacople de Gaia

La super Luna.

Así es...el pasado 16 de Octubre vimos una enorme Luna llena sobre nuestro cielo. El espectáculo es majestuoso y hace que hasta el más obtuso de los seres humanos se ponga poético

¿pero que significa esto de una Luna llena más grande de lo normal?...¿realmente hay ocasiones en que nuestro satélite se ve más grande en el cielo?

Si que es verdad: como ya saben, nuestra Luna gira alrededor de la Tierra en un lapso aproximado de 28 días. El asunto es que esta órbita no es exactamente circular, sino que tiene más bien la forma de una elipse (o de un óvalo). Esto sería motivo de escándalo para los filósofos griegos Platón y Aristóteles, quienes solo concebían la eterna perfección en los cielos y no aceptaban más formas geométricas que el circulo, pero bueno... en el caso de nuestro satélite implica que hay instantes en que la Luna está realmente más cerca de la Tierra y otros en que se aleja un poco más. Como una imagen vale más que mil palabras mejor veámoslo en un gráfico:

Estas espectaculares Lunas ocurren cuando la Luna llena coincide con su perigeo.

Se nos presentan dos ubicaciones de la Luna alrededor de la Tierra:

El Perigeo es el momento de la órbita en que la Luna alcanza su máxima cercanía a nuestro planeta, a unos 356.000 kilómetros. 

A partir de este punto nuestro satélite comienza a alejarse, hasta alcanzar su Apogeo, momento de máxima lejanía a la Tierra, equivalente a unos 406.000 kilómetros.

Ambas cantidades -perigeo y apogeo- se promedian, de donde obtenemos la cifra de 384.400 kilómetros de distancia entre la Tierra y la Luna.

Los términos perigeo/apogeo son propios de cuerpos que giran en torno a la Tierra, para el resto de planetas que orbitan en torno al Sol las palabras correspondientes son perihelio y afelio.

Muy bien, estas diferencias entre cercanía y lejanía estarán dictadas por la excentricidad de la órbita, que podemos definir como el grado de desviación respecto a una órbita circular, es decir, mide que tan estirada es esta elipse. Las órbitas que se asemejan mucho a un círculo tienen una baja excentricidad, mientras que las órbitas que tienen pronunciada forma de ovalo tienen una alta excentricidad.

En nuestro sistema solar el planeta enano Plutón tiene una órbita altamente excéntrica (0,25), que fue uno de los argumentos esgrimidos para que los  astrónomos lo botasen de la categoría de "planeta" y lo degradasen a "planeta enano", pero esa ya es otra historia. En contrapartida, Venus tiene una órbita que es casi perfectamente circular (excentricidad de 0,0068) por tanto la diferencia de distancia entre su Perihelio y Afelio es muy poca. En el caso de nuestro planeta, su excentricidad es de 0,016 (baja). En la animación que les adjunto al lado se representan órbitas con distintas excentricidades, desde las perfectamente circulares (iguales a 0), hasta las con alta excentricidad que son propias de los cometas, por ejemplo, el cometa Halley tiene una excentricidad de 0,97.

De celestia: en rojo la órbita de nuestro satélite alrededor de la Tierra, su excentricidad es de 0,05.

Bueno, volvamos a nuestra Luna: lo que ocurrió el pasado 16 de Octubre es que la Luna en su fase llena coincidió con el perigeo, es decir, la máxima cercanía de nuestro satélite a la Tierra, y esta es la razón de que la Luna se nos presentase tan exquisita.

Esta pequeña diferencia de tamaño también implica que veamos a la Luna más brillante, de hecho, la Luna llena de por si es varias veces más brillante que una Luna en cuarto creciente o menguante, y si coinciden una Luna llena con una Luna en perigeo, pues se magnifica el efecto.

Comparación del tamaño del disco lunar durante perigeo/apogeo, La diferencia es apreciable a simple vista.

Un punto importantes es que no todas las Lunas llenas son Lunas en perigeo o "superlunas", también puede ocurrir que una Luna se encuentre llena durante su apogeo, es decir, cuando se encuentre en su mayor lejanía en su órbita, y en este caso el efecto no será tan espectacular.

Por supuesto, no debemos imaginarnos enormes discos lunares que eclipsen el cielo nocturno, no obstante, la diferencia de tamaño si es apreciable y resulta evidente para un observador interesado.

Nuestra Luna en perigeo del día 16 de Octubre ocurrió exactamente a las 23:37, en ese momento, la Luna estuvo a una distancia de 357859 kilómetros de nosotros. El resultado fue un suculento y brillante disco lunar, de esos que hacen las delicias de selenófilos y astrofotógrafos. Yo no dispongo de una cámara decente en este momento, así que no pude tomar fotos, no obstante, igual salí a dar un paseito por la calle para disfrutar del maravilloso espectáculo. Afortunadamente no topé con ningún hombre lobo.

Pero mi buen amigo Jaime Acuña, de la hermosa ciudad norteña de Diego de Almagro, me ha facilitado algunas de sus tomas. Las adjunto, porque tienen el añadido de ser tomadas en una tierra especialmente amada por mi: el Desierto de Atacama.

La Luna llena y en perigeo se alza sobre los coloridos cerros del desierto de Atacama (Jaime Acuña).

En todo su esplendor, vaya vista (Jaime Acuña).

Ya saben amigos, cuando escuchen hablar de "superlunas" o Lunas en perigeo no duden en darle un vistazo, es un espectáculo que vale la pena...salgan a mirar.

Las excentricidades de Saturno: montañas sobre sus anillos y hexágonos en su polo norte.

Saturno es sin duda el más fotogénico de los cuerpos de nuestro sistema solar. Siempre nos deleita con sus poses y nos aporta nuevo material para que no cesemos de ponerle atención. 

En esta entrada analizaremos dos características sorprendentes de Saturno, que no hemos podido identificar en ningún otro cuerpo del sistema solar. 

Estructuras verticales sobre los anillos

Si, han leído bien...en el año 2009 la sonda Cassini tomó una serie de fotografías que mostraban unas estructuras verticales que se alzaban a unos 3,5 kilómetros de altura sobre la base del anillo B -el más denso y brillante de los anillos de Saturno- que tiene un ancho de apenas 10 metros.

Las estructuras de hielo en el borde del anillo B. Alcanzan alturas de hasta 3.500 metros y proyectan sombras evidentes.

Puede sonar irreal, pero es perfectamente posible. El origen de estas formaciones está en las complejísimas relaciones de gravedad entre Mimas, las pequeñas "lunas pastoras" y el material que compone los anillos de Saturno. En esencia, la gravedad de Mimas arrastra hacia el borde exterior del anillo B a los fragmentos más grandes -de varios cientos de metros- que forman los anillos. Estas pequeñas lunitas terminan por formar una masa crítica cuya fuerza de gravedad comprime el material del anillo y da origen a estas fascinantes apilaciones de escombros. Hay otras perturbaciones de naturaleza similar entre los anillos: el video que adjunto abajo es una combinación de fotografías que muestra los efectos causados por el paso de la luna pastora Daphnis -de unos 9 kilómetros de diámetro- por la llamada "división de Keeler", fíjense que el material alrededor se mueve como una verdadera onda:

Estas formaciones no son permanentes: se crean, modifican y desaparecen al compás de los bailes gravitatorios entre los anillos y las lunas de Saturno. De todas formas, encontrar estas fantasmagóricas montañas fue una deliciosa sorpresa que nadie se esperaba.

Un acercamiento: la luna pastora Daphnis se abre camino por la división de Keeler. Se pueden ver fácilmente las estructuras que crea a su paso.

Una pequeña luna de unos 300 metros de diámetro se mueve a unos 150 metros de altura sobre el plano del anillo B. Los dos puntos brillantes de la derecha son estrellas (NASA).

Concepción artística: una nave se desplaza velozmente por el anillo B de Saturno. A la derecha se divisan las montañas de hielo, sobre el horizonte las lunas del gigante gaseoso (Mitchell Carroll)

Un hexágono en el polo norte.

Esta curiosa formación polar ya había sido identificada por la naves Voyager durante su pasada de 1981-1982, y en 2009 la sonda Cassini la ha vuelto a detectar. Parece que es una formación permanente de la atmósfera saturnina, pues las variaciones estacionales no la afectan, o quizá lleve siglos de duración, al estilo de la Gran Mancha Roja de Júpiter. El hexágono es una enorme tormenta que tiene unos 30.000 kilómetros de diámetro, así que en su área podrías embutir casi 4 planetas Tierra. Cada uno de sus seis lados tiene 13.800 kilómetros de largo, más grandes que el diámetro de nuestro planeta y según las imágenes termales alcanza una profundidad de 100 kilómetros dentro de la atmósfera.

El hexágono de Saturno, un patrón continuo dominado por vientos que soplan a unos 400 kilómetros por hora. Las causas de su origen no están totalmente claras.

Las causas de su origen no están totalmente claras, pero estaría causado por los complicados juegos de vientos atmosféricos que soplan a unos 400 kilómetros por hora. La combinación de corrientes profundas y laterales daría origen a este curiosísimo patrón que rota con un periodo de 10h 39m 24s. 

Los amantes de las conspiraciones se dieron un festín con el geométrico hallazgo y no tardaron ni un plis en construir fantásticas teorías, que van desde enormes factorías alienígenas hasta intervención de demonios, pero nosotros no llegaremos tan lejos con el misterio, de hecho, leí que científicos de la Universidad de Oxford habrían logrado recrear este mismo patrón en experimentos con líquidos en rotación, utilizando un cilindro con un fondo consistente en dos plataformas circulares y concéntricas, capaces de rotar a distintas capacidades. Cuando ambas plataformas giraban a la misma velocidad solo se obtenían formas circulares en el líquido, pero cuando giraban a distintas velocidades la turbulencia adquiría la forma de un hexágono similar al de Saturno. Abajo de estas líneas adjunto un video del experimento. En resumen, que el polígono es ciertamente notable, pero no inexplicable.

Espectacular imagen del hexágono, tomada por la sonda Cassini en noviembre de 2012, a 649.000 kilómetros de Saturno (NASA/jpl-Caltech/Space science institute).

Animación que muestra la dinámica del hexágono. Los colores son falsos (NASA/JPL-Caltech/SSI/Hampton University).

El hexágono no pudo ser fotografiado antes de 2009 en luz visible por la sonda Cassini, debido a que era invierno en el polo norte de Saturno y toda la zona estaba sumergida en la oscuridad, aunque fue observado gracias a la cámara de infrarrojos que porta la nave. A medida que la primavera iluminó la región, Cassini pudo tomar impresionantes imágenes, que muestran el fenómeno en todo su esplendor.

Este patrón hexagonal es propio del polo norte, pero esto no quiere decir que el polo sur carezca de interés, todo lo contrario, porque ahí se ha detectado otro enorme huracán, una continua corriente de chorro a elevadas temperaturas que tiene un diámetro de unos 8.000 kilómetros, con vientos que alcanzan velocidades de hasta 550 kilómetros/hora. Este vórtice gira en la misma dirección que el planeta y tiene un "ojo" de unos 1.500 kilómetros de diámetro, rodeado por un anillo de nubes altas.

El vórtice del polo sur de Saturno, visto por la sonda Cassini con luz infrarroja, creo que "tétrico" es una palabra que lo describe a la perfección (NASA, JPL, ESA)

Otra vista del vórtice (Ciclops, JPL, NASA, ESA).

Este huracán sureño comparte algunas similitudes con sus análogos de la Tierra, pero otras de sus características son propias de la atmósfera saturnina y el fenómeno en su conjunto (como el norteño hexágono) no ha sido cabalmente comprendido. Por supuesto, si las condiciones meteorológicas de nuestro planeta aún guardan algunos secretos, cuantas incógnitas más se reserva un planeta tan lejano y tan distinto al nuestro como el gaseoso Saturno.

Así que el multifacético "Señor de los anillos" siempre nos está dando material para hablar...veremos que otras cosas nos entrega a futuro.

La misión china Chang'e 3 y la exploración de la Luna.

China es sin duda la potencia del siglo XXI, un coloso enorme que se abre camino en todos los aspectos relacionados con la ciencia y la tecnología. La exploración del espacio no podía que dar ausente, ya venía siendo hora de que dedicásemos una entrada a sus progresos en el campo.

En realidad, ya podemos afirmar que China es una potencia espacial, la tercera tras Estados Unidos y la Federación Rusa, pero de todas formas esta afirmación tiene sus matices. China aún no es capaz de hacer algo que Estados Unidos ya hizo en 1969 -depositar seres humanos en la Luna- (aunque, por otro lado, no está claro que sea una prioridad para ellos) y muchos de sus proyectos espaciales necesitan aún de un proceso de maduración. Pero en esta entrada analizaremos una de las aventuras que los chinos diseñaron y concretizaron con rotundo éxito: depositar al primer intento un rover sobre la superficie de nuestro satélite, de hecho, el tercer rover automático en campear por la Luna aparte de los Lunojods del período soviético (Estados Unidos nunca implementó esta clase de vehículos sobre la Luna, pero si en Marte).

El 1 de diciembre del año 2013 los chinos lanzaron con éxito su sonda Chang'e 3 (la diosa china de la Luna), abordo de un cohete modelo Larga Marcha CZ-3B desde el centro espacial de Xichang. El 14 de diciembre  la nave alunizó con éxito sobre la superficie de Mare Imbrium (mar de las lluvias). Fue un hito importante, porque el último descenso en la Luna de estas características fue ejecutado por la Unión Soviética -con su sonda Lunik 24- el año 1976. 

La Chang'e 3 es una sonda inserta en la familia de las Chang'e 1 y 2, cuya misión fue orbitar la Luna para recabar información y adquirir experiencia. 

Sitio de alunizaje de la Chang'e 3 (Wikipedia).

Impresión artística del aterrizaje de Chang'e 3.

La Chang'e 3 transportaba un pequeño rover de exploración lunar: el Yutu ("Conejo de Jade" en mandarín). Yutu tiene seis ruedas que le permitirían desplazarse a una velocidad máxima de 200 metros por hora, pesa 120 kg, mide 1,5 metros de alto y puede trasladar una carga útil de 20 kg. Se diseño para estar operativo un período de tres meses, usando energía proporcionada por dos paneles solares, mientras que en las frías noches lunares utilizaría una pila nuclear a base Plutonio-238 para sobrevivir a temperaturas que pueden llegar a -200°.

Siete horas después del alunizaje de Chang'e 3, los chinos hicieron descender su rover Yutu mediante un sistema que recuerda un pequeño ascensor. 

La prueba de fuego llegó entre el 25 de diciembre y el 10 de enero de 2013, cuando ambos vehículos pasaron a hibernación para capear los rigores de la extrema noche lunar. Superaron la prueba sin contratiempos y Yutu reanudó su camino, alejándose lentamente de la Chang'e 3.

La segunda noche lunar la afrontaron entre el 24 de enero y 6 de febrero de 2014. Ambas naves se comunicaron con la Tierra sin problemas, pero en este punto algo salió mal con las ruedas de Yutu y no pudo moverse más: el conejito se había fracturado las patas y estaba inmovilizado. He buscado por la web las razones de este fallo pero no hay respuestas conclusivas, es probable que las extremas temperaturas, unidas al efecto abrasivo del regolito lunar, provocasen el daño irreparable de sus ruedas.

El trayecto del Yutu hasta su posición final (Phil Stooke).

De todas formas Yutu seguía activo y transmitiendo información, aunque a partir de este punto sus capacidades comenzaron a degradarse paulatinamente, debido al entorno hostil de nuestro satélite.  

Finalmente, en  Agosto de 2016 las autoridades chinas confirmaron que el pequeño rover había dejado de funcionar, casi dos años y medio después de tocar la superficie de nuestro satélite. Recordemos que sus sistemas habían sido diseñados para sobrevivir tres meses, así que es todo un logro tecnológico que el pequeño robot haya sido capaz de aguantar tanto tiempo, expuesto a los hostiles efectos de la noche lunar. Es cierto que Yutu quedó inmovilizado antes de lo esperado, pero este sorprendente lapso de "sobrevida" habla muy bien de la resiliencia del vehículo y de la ingeniería del país asiático. La pregunta que uno debería hacerse es ¿que aventurillas hubiese alcanzado a correr el conejo de Jade si no hubiese sufrido este fallo?

Pese al traspié con el rover la misión cumplió todos sus objetivos.  Desplegó su instrumental científico sin contratiempos (a excepción de la cámara panorámica, que quedó fuera de servicio tras la primera noche lunar). La Chang'e 3 empleó su telescopio Ritchey Chretién en observaciones astronómicas de diversos objetos celestes, aprovechando las excepcionales condiciones proporcionadas por la ausencia de atmósfera y la lenta rotación de nuestro satélite, además de usar su cámara de ultravioleta extremo (EUV) para captar imágenes de la plasmasfera que rodea la Tierra. El rover Yutu utilizó su radar de penetración terrestre (GPR) para analizar la estructura del suelo lunar hasta una profundidad máxima de 30 metros, en resumen, que los chinos pueden darse por satisfechos y así lo han anunciado.

La Chang'e 3 fotografiada por el rover Yutu (moon.bao.ac.cn).

El rover Yutu fotografiado por la Chang'e 3. El lector notará que estas fotos -al contrario del material captado por soviéticos y estadounidenses- está en color, sin duda una deliciosa novedad (moon.bao.ac.cn)

Los planes chinos prosiguen en 2017, estimulados por el rotundo éxito de la Chang'e 3. Tienen programado el envío de la Chang'e 4 para depositar una versión mejorada de Yutu sobre el hemisferio oculto de la Luna, donde ningún vehículo terrestre se ha posado antes. La Chang'e 5 extiende las ambiciones y debiese traer a la Tierra muestras del regolito lunar. No sabemos si es que China tiene intenciones reales de enviar una misión tripulada a la Luna, es probable, pero debe proyectarse al mediano plazo, pues aún hay muchos detalles que afinar. Veremos que novedades nos trae China al mediano plazo.