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Los avances en astronomía
Los avances en astronomía
En este siglo, y finales del pasado, se han ido sucediendo una serie de avances que, por una parte, hacen evolucionar constantemente nuestra visión del Universo y, por otra, aportan nuevos descubrimientos que abren nuevas vías para la ciencia. Aquí sólo hay una pequeña muestra.
Brazo para la ISS.
Un nuevo brazo para la Estación Espacial Internacional
Abril de 2002. A la Estación Espacial Internacional (ISS) se le está añadiendo una nueva columna. Durante la presente visita de la Lanzadera Espacial Atlantis, los astronautas han instalado un enorme brazo en el, cada vez más grande, complejo espacial.
El brazo tiene unos 13 metros de largo y 4.5 de ancho. El Starboard 0, o S0 (pronunciado, S-Cero) para acortar, será el brazo que conducirá la electricidad, expulsará el exceso de calor, y permitirá una futura expansión de la ISS.
En la fotografía se ve como el brazo es dejado en el espacio por el muelle de carga de la lanzadera a través de su estación robótica Canadarm2.
Observatorio Compton.
El observatorio Compton de rayos gamma
El observatorio Compton de rayos gamma (CGRO) ha sido el instrumento más potente jamás lanzado por el trasbordador espacial de la NASA hasta 1991 y continúa revolucionando la astronomía de rayos gamma.
Antes de que el Compton pierda más giróscopos estabilizadores, la NASA está evaluando la posibilidad de encender sus cohetes y forzar una reentrada controlada sobre el océano.
Este observatorio orbital explora los fotones de rayos gamma del cielo (tan azul claro que los humanos no podemos ver). Estos fotones son bloqueados por la atmósfera de la tierra y no llegan a la superficie. Los resultados del CGRO, fotografiado en la imagen superior, han demostrado que el universo entero es un lugar violento y con cambios rápidos, cuando es observado en rayos gamma.
Los astrónomos continúan haciendo importantes descubrimientos gracias a los datos del CGRO, estos incluyen misteriosas ráfagas de rayos gamma que iluminan el comienzo del universo, una entera clase nueva de QSOs y objetos tan extraños que los astrónomos no son capaces de explicar hasta el momento.
Materia del Big Bang.
La Antártida detecta materia procedente del Big Bang
Sobre el helado hielo próximo al polo sur, instrumentos cada vez más sofisticados están a la escucha para oir un eco más preciso de como comenzó nuestro universo.
En abril de 2001, utilizando tres de estos instrumentos, colaboraciones independientes anunciaron la evidencia de que los ruidos escuchados son consistentes con que nuestro universo contenga tan sólo alrededor del cinco por ciento de materia normal y el 95 por ciento de materia oscura o energía oscura. Se esperaba esta cantidad de materia normal en tanto que nuestro universo ha experimentado una particularmente explosiva fase temprana del Big Bang conocida como inflación.
Realmente, las mediciones fueron realizadas en la escala angular de 1/10 de grado mediante la detección de ligeras fluctuaciones de la luz de microondas que tienen lugar en la radiación cósmica de fondo. Se piensa que estas fluctuaciones son causadas por el movimiento de ondas sonoras que tuvieron lugar al comenzar el universo.
Fotografiado arriba encontramos el remoto receptor del Degree Angular Scale Interferometer (DASI) que registró uno de los grupos de datos.
Centro de datos.
Centro de recuperación y análisis de datos astronómicos
Los bancos de datos astronómicos que poseemos en la actualidad precisan de potentes ordenadores que los procesen. Los centros de cálculo y análisis de datos memorizan y "cruzan" la informacion suministrada por las diversas fuentes y, de esta manera, ayudan a los científicos, facilitándoles su labor.
Hoy, la bolsa de información se encuentra repartida por todo el mundo, y cada vez hace falta mayor potencia y conectividad. Si se convirtiesen en libros, necesitarían miles de bibliotecas. Los centros de recuperación de datos astronómicos se dedican a recuperar los datos de diversas fuentes, organizarlos y servirlos a la comunidad científica y, en menor medida, al público en general.
El centro que muestra la fotografía cuenta con una moderna red informática y demás medios necesarios para el análisis y tratamiento de datos astronómicos.
El satélite XMM.
El XMM lanzado con éxito por la ESA
La astronomía de los rayos X entró en una época dorada en diciembre de 1999 con el éxito del lanzamiento del satélite X-ray Multi-Mirror (XMM).
Cada uno de los tres enormes tambores de los telescopios del XMM contienen 58 espejos cilíndricos concéntricos, que conjuntamente totalizan una superficie que podría rivalizar con una pista de tenis. Cada espejo ha sido bañado con oro de menos de un milímetro de grosor para reflejar los rayos X que normalmente penetran.
El XMM de la ESA se une al Observatorio de rayos X Chandra de la NASA en el liderato de los observatorios astronómicos de rayos X. El satélite XMM también lleva un pequeño telescopio óptico y de ultravioleta. La poco frecuente órbita elíptica del XMM alrededor de la Tierra llega a tener casi un tercio de la distancia a la Luna.
El programa de observación del XMM incluyó el seguimiento de los calurosos alrededores de los agujeros negros, las regiones que rodean los centros de las galaxias, la misteriosa luz procedente del fondo cósmico de rayos X que parece provenir de todas las direcciones y el gas caliente que brilla entre las galaxias y las estrellas.
Marte desde la Spirit.
Investigación espacial: la sonda Spirit explora Marte
Este mosaico de imágenes tomadas por la cámara panorámica del Mars Exploration Rover Spirit muestra el lugar donde aterrizó la sonda, el Cráter de Gusev, en el planeta Marte. Esta foto espectacular puede significar la jornada entera de Spirit, del punto de aterrizaje a su posible destino final hacia las colinas orientales.
El rover viajará 250 metros al nordeste hasta un cráter grande de aproximadamente 200 metros, cuyos bordes pueden verse a la izquierda de esta imagen. A la derecha, las colinas orientales están, aproximadamente, a 3 kilómetros. La foto se sacó el 18 de enero de 2004. Una parte de los paneles solares de Spirit aparece en primer plano.
Planeta extrasolar.
Junio de 2002: se descubre un planeta extrasolar
El descubrimiento de un planeta similar a Júpiter, con una órbita similar a la de Júpiter y alrededor de una estrella muy parecida al Sol, 55 Cancri, anunciado els 12 de junio del 2002, hace suponer que es probable que los sistemas planetarios semejantes a nuestro Sistema Solar existan en otros lugares.
El planeta, descubierto por G. Marcy ( UC Berkeley ) y sus colaboradores, es uno de los dos nuevos planetas descubiertos alrededor de 55 Cancri. En 1997 se descubrió un planeta de masa equiparable a la de Júpiter en una órbita muy cercana a la estrella. El hallazgo implicó la observación de cambios muy sutiles en la velocidad de la estrella, provocados por los planetas que la orbitan.
El dibujo representa el posible aspecto de este planeta, y se completa con un supuesto satélite. La estrella 55 Cancri, sólo a 40 años-luz de distancia, es visible con prismáticos en la constelación de Cáncer.
Mensaje del Voyager.
El mensaje del Voyager en una botella
Las naves Voyager 1 y 2 de la NASA son rastreadas y dirigidas a través de la Deep Space Network. Estas excepcionales naves que han llegado más allá de los planetas exteriores son el tercer y cuarto objeto construidos por el hombre en salir del Sistema Solar, siguiendo los pasos de las Pioneer 10 y 11.
Adosado a cada Voyager hay un disco de cobre, plata y oro, que contiene imágenes y sonidos que representan las culturas humanas y la vida en la Tierra, un mensaje en una botella arrojado al mar cósmico. El material grabado fue seleccionado por una comisión dirigida por el fallecido Carl Sagan.
Unos sencillos diagramas en la cubierta representan simbólicamente el origen de la nave y dan instrucciones para reproducir el disco. La construcción especial de estos discos debería proporcionarles una larga vida mientras atraviesan el espacio interestelar. Las dos astronaves no efectuarán una aproximación cercana a otro sistema planetario hasta dentro de 40.000 años como mínimo.
Efecto Casimir.
Una fuerza del espacio vacío: el efecto Casimir
Esta diminuta bola da una prueba de que el universo se expandirá infinitamente. La bola, que mide un poco más de una décima de milímetro, se mueve hacia una placa lisa, en respuesta a las fluctuaciones de energía en el vacío del espacio. Esta atracción se conoce como el efecto Casimir, llamado así por su descubridor, que a mediados del siglo XX trataba de comprender porqué los fluidos como la mayonesa se mueven tan despacio.
Hoy en día se acumulan las pruebas de que la mayoría de la densidad de energía del universo se encuentra en una forma desconocida llamada energía oscura. La forma y el origen de la energía oscura se desconoce casi completamente, pero se postularon como relativos a las fluctuaciones del vacío similares al efecto Casimir pero generadas de algún modo por el propio espacio.
Parece ser que esta energía oscura vasta y misteriosa repele gravitacionalmente toda la materia, y por eso es posible que provoque que el universo se expanda para siempre. La comprensión de las fluctuaciones del vacío está en la vanguardia de la investigación, no sólo para poder comprender mejor nuestro universo, sino también para que lass partes de las máquinas micro-mecánicas dejen de estar unidas unas con otras.
Bacteria indestructible.
La bacteria D. rad, candidata a astronauta
Esta bacteria podría sobrevivir en otro planeta. En un laboratorio terrestre, la Deinococcus radiodurans (D. rad) ha sobrevivido a niveles extremos de radiación, temperaturas, deshidratación y exposición a sustancias químicas genotóxicas. Incluso tienen la propiedad de reparar de forma asombrosa su propio ADN en unas 48 horas.
Conocidas como extremófilas, las bacterias como la D. rad son interesantes para la NASA, en parte porque podrían adaptarse para ayudar a los astronautas humanos a sobrevivir en otros mundos.
Un mapa reciente del ADN de la D.rad podría permitir a los biólogos aumentar su capacidad de supervivencia, con el fin de obtener medicinas, agua potable y oxígeno. De hecho ya han sido modificadas genéticamente para ayudar a limpiar vertidos tóxicos de mercurio.
La D. rad, que es probablemente una de las formas de vida más antiguas, fue descubierta por casualidad en los años 50, cuando los científicos que investigaban técnicas de conservación de alimentos vieron que no podían matarla con facilidad. En la imagen de arriba vemos a la Deinococcus radiodurans crecer tranquilamente en un plato de laboratorio.
Esfera KamLAND.
La esfera KamLAND verifica el Sol
Una gran espera en Japón está ayundandonos a comprender algo más del funcionamiento interno del Sol. La esfera KamLAND, tal y como muestra una foto durante su construcción en 2001, puede detectar partículas fundamentales llamadas anti-neutrinos que se emiten cerca de los reactores nucleares en Japón.
Esto puede ser explicado de una forma mejor por la oscilación de los neutrinos entre dos tipos diferentes. Los resultados de KamLAND refuerzan los anteriores datos de oscilación incluyendo aquellos del detector Sudbury, un gran esfera similar en Canada diseñada para detectar todos tipos de neutrinos del Sol.
Los astrofísicos consideran que el problema de déficit del neutrino solar se ha resuelto. Un nuevo misterio lo reemplaza y es encontrar un nuevo Modelo Estandard para las partículas físicas que que expliquen totalmente la oscilación del neutrino.
Propulsión de iones.
La propulsión de iones del Deep Space 1
Los viajes espaciales entraron en la era de la propulsión de iones con el lanzamiento de la sonda espacial Deep Space 1, en 1998, cuya misión fue diseñada para probar nuevas tecnologías.
Aunque la propulsión de iones en el Deep Space 1 le dio una aceleración mucho menor que la fuerza de gravedad de la Tierra, gradualmente le fue dando a la sonda espacial la velocidad necesaria para viajar a lo largo de nuestro Sistema Solar.
Este sistema de propulsión trabaja por ionización de los átomos de xenón cuya energía ha sido dada por grandes paneles que colectan la luz del sol. Entonces como estos iones sonexpelidos hacia atrás de la sonda espacial por un fuerte campo eléctrico, la nave poco a poco va ganando velocidad.
En esta fotografía aparecen los iones calientes (en azul) que emergen de un sistema de propulsión prototipo el cual fue probado exitosamente en JPL en 1997.
La sonda Deep Space 1 se acercó exitosamente al asteroide 9969 braille en Julio de 1999 y luego al cometa Borrelly en September del 2001, obteniéndose así la más detallada fotografía jamás tomada del núcleo de un cometa. La sonda fue retirada en Diciembre del 2001.
Gravedad artificial.
Proyectos gravedad artificial
La gravedad artificial supone la alteración de la gravedad natural o fuerza G de manera artificial, tanto en el espacio como en la Tierra. Existen diversos proyectos y estudios para conseguir dominar la gravedad, y la mayoría de ellos utilizan la fuerza centrípeta y la aceleración lineal.
Tanto los astrofísicos como los ingenieros aeroespaciales investigan y crean nuevos métodos para la generación y manipulación de los campos gravitacionales. Por lo que respecta a las naves espaciales, hoy en día la NASA está diseñando diversos instrumentos de gravedad artificial para poder realizar viajes de larga distancia. No son artefactos para generar gravedad, algo muy difícil, sino para poder manipularla.
La idea de crear gravedad artificial en el espacio ya fue comentada por el pionero astronáutico ruso Tsiolkovski, a principios del siglo XX. Más tarde, en la década de los cincuenta fue popularizada por el ingeniero Wernher von Braun. Este último sugirió la idea de una estación espacial en forma de rueda, algo muy similar a lo que veríamos poco después en la película "2001. Odisea del Espacio", de Stanley Kubrick, basada en la novela de Arthur C. Clarke.
Una de las soluciones más sencillas sería la utilización de máquinas centrifugadoras de uso individual, que durante una o dos horas diarias podrían reducir los efectos negativos que provoca la ingravidez.
Nanosatélites.
Pequeños nanosatélites
La NASA, a través del Centro de Vuelos Espaciales de Goddard de Greenbelt, en Maryland, lleva a cabo el proyecto Space Technology 5 (ST5) del Programa Nuevo Milenio (NMP). Este proyecto ST5 incluye la construcción de tres satélites miniaturizados. Estos pequeños satélites, llamados nanosatélites o "small-sats", pueden realizar algunas de las funciones habituales de un satélite normal.
Las diferencias son obvias. Además de su reducido peso, el coste de fabricación es mucho menor. Es el caso del satélite artificial español Nanosat-1B. Ha sido desarrollado por el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial INTA, y es un nanosatélite de apenas 22 kilogramos de peso. Su principal función es la comunicación entre bases remotas, como la Antártica, el buque Hespérides y España.
Otro excelente ejemplo es la investigación que lleva a cabo el ingeniero mexicano Álvar Saez-Otero en el Massachusetts Institute of Technology (MIT). Álvar es director del Departamento de Aeronáutica y Astronáutica del MIT, y sus estudios se centran en el diseño e implementación de un pequeño dispositivo espacial, el Synchronized Position Hold Engage and Reorient Experimental Satellite (SPHERES).
Los SPHERES son pequeños satélites prácticamente esféricos. Miden, aproximadamente, 20 centímetros de diámetro. Su coste es de 200.000 dólares, un precio realmente asequible en comparación con los millones de dólares que representa construir satélites tradicionales. Hoy en día ya hay tres SPHERES a bordo de la Estación Espacial Internacional.
Gravity.
Gravity y los agujeros negros
El Gravity es un instrumento que permite obtener imágenes cercanas de agujeros negros. Está instalado en el Very Large Telescope (VLT) del European Southern Observatory (ESO), en Chile. Desde sus primeras observaciones, el Gravity consiguió combinar con éxito la luz estelar empleando los cuatro Telescopios Auxiliares del VLT.
El Gravity fue construido por un equipo de astrónomos e ingenieros europeos, liderado por el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre. Se trata de uno de los instrumentos de mayor potencia que se ha instalado en el Interferómetro del VLT.
El instrumento Gravity consigue combinar la luz de varios telescopios para formar un único telescopio virtual de hasta 200 metros de ancho. Para ello utiliza una técnica llamada interferometría. Este proceso facilita a los astrónomos la detección de detalles mucho más precisos en las imágenes de objetos astronómicos que las que proporciona un solo telescopio.
Para medir la posición de los objetos astronómicos, Gravity emplea escalas de gran exactitud. También realiza la espectroscopía y genera imágenes interferométricas. Como ejemplo, el Gravity podría observar objetos del tamaño de un edificio en la superficie de la Luna. Sus imágenes son de muy alta resolución, y tienen diversas aplicaciones, pero su principal función en un futuro inmediato será el estudio del entorno que rodea a los agujeros negros.
Telescopio ALMA.
El telescopio ALMA
El ALMA, o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, es uno de los instrumentos más revolucionarios de la astronomía actual. Ha sido desarrollado gracias a una asociación internacional entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE.UU. y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón, junto con otras instituciones de Canadá, Taiwán, República de Corea y de la República de Chile.
Se trata de un solo telescopio compuesto por 66 antenas de alta precisión ubicadas a 5.000 metros de altura en el llano de Chajnantor, al norte de Chile. El coste de su construcción ha superado los 1.000 millones de euros, siendo el radiotelescopio más caro y de mayor tamaño construido hasta ahora. Oficialmente, el radiotelescopio ALMA quedó inaugurado el 13 de marzo de 2013.
Entre los logros conseguidos por ALMA se haya la imagen del anillo polvoriento que hay en torno a HL Tauri, una estrella situada a 450 años luz de distancia en la constelación de Taurus. Esta imagen nos da a conocer cómo se forman planetas similares a la Tierra en torno a una estrella parecida a nuestro Sol.
Otro importante descubrimiento de ALMA ha sido el hallazgo de moléculas orgánicas complejas en el disco protoplanetario que rodea a una joven estrella, llamada MWC 480. Dichas moléculas están consideradas los componentes esenciales para el origen de la vida. Concretamente, se encontraron enormes cantidades de cianuro de metilo, una molécula muy compleja que está basada en el carbono. Con la gran cantidad de cianuro de metilo que hay alrededor de esta estrella se podrían llenar todos los océanos de la Tierra.
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