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martes, agosto 25, 2009

Dos lunas en el cielo

Me voy de vacaciones, así que el blog estará un par de semanas desatendido. Pero antes, no quiero irme sin comentar un correo electrónico que lleva varios meses deambulando por ahí. Me refiero, a ese que afirma que el 27 de agosto, Marte se verá tan grande como la Luna. Pues no. En absoluto. Ni de lejos.

Este correo aparece todos los años (modificando convenientemente el año en cada encarnación), pero éste ha tenido especial difusión, tal vez por tratarse del Año Internacional de la Astronomía. Ya expliqué hace un par de años por qué no es verdad, y el origen de todo el asunto, así que no lo repetiré. Visitad esa entrada y leedla. Este 27 de agosto, Marte tampoco se acercará tanto. Ni siquiera estará especialmente cerca ni tendrá nada de especial su posición con respecto a nosotros. Ni habrá luna llena.

jueves, agosto 20, 2009

Impact (V): Enanas marrones

Hoy retomaremos (puede que por última vez) la ya famosa serie de televisión Impact, y aunque ya lo trató Sheldon en el blog Átomos y Bits, no puedo resistirme a hablar de enanas marrones. Si recordáis el argumento de la serie, un fragmento de enana marrón de unos 19 km de diámetro, el doble de masa de la Tierra, y fuertemente magnetizado, se estrella contra la Luna.

En la serie, uno de los protagonistas explica que una enana marrón es un remanente estelar, el resto de una estrella muerta, y que se trata de materia muy comprimida. Bueno, esa definición sería correcta si estuvieran hablando de una enana blanca. Imagino que a estas alturas no es necesario explicar qué es una enana blanca, ya que he hablado de ellas muchas veces ([1], [2], [3], [4], [5] y [6]), así que pasaremos a ver qué es una enana marrón.

Una enana marrón es un objeto a mitad de camino entre un planeta gaseoso y una estrella. Como alguna vez he explicado, las estrellas se forman a partir de nubes de gas. La gravedad va juntando el gas en un «grumo», y se va apelotonando. El gas se comprime por su propia masa, hasta que se calienta tanto que se inician reacciones nucleares que fusionan el hidrógeno en helio. La energía liberada expande la estrella, y se establece un equilibrio entre la fuerza de gravedad que tiene a comprimir la estrella, y la fuerza de expansión producida por las reacciones nucleares. Como veis, la «ignición» de la estrella se produce por el calor, que es producido a su vez por la compresión de la misma, que es consecuencia de su gravedad, cuya causa es la masa. Es decir, si no hay suficiente masa, no se inica la reacción nuclear.

Antes de seguir, es necesario explicar un detalle sobre el hidrógeno. En el colegio nos enseñaron que el hidrógeno tiene tres isótopos estables: el hidrógeno-1 o hidrógeno propiamente dicho (llamado formalmente protio), cuyo núcleo tiene un único protón; el hidrógeno-2 o deuterio, cuyo núcleo está formado por un protón y un neutrón; y el hidrógeno-3 o tritio, cuyo núcleo tiene un protón y dos neutrones. El hidrógeno-1, es con diferencia el isótopo más abundante en la naturaleza, siendo más del 99% del hidrógeno existente.

Lo interesante es que el deuterio y el tritio también pueden fusionarse, y la temperatura para iniciar una reacción nuclear de fusión con deuterio, es menor que la del hidrógeno. Antes he mencionado que si la «posible estrella» no tiene suficiente masa, no se inicia la fusión nuclear. Pero puede ocurrir que tenga suficiente masa para iniciar la fusión del deuterio, pero no la necesaria para iniciar la del hidrógeno-1. Como el deuterio es escaso, la «casi estrella» lo agota rápidamente, y nos queda una gran bola de hidrógeno caliente, que se va enfriando con el tiempo. Pues bien, eso es una enana marrón.

Como veis, una enana marrón es justo lo contrario de lo que se dice en la serie. No es el resto de una estrella muerta, al final de su ciclo de vida, sino una estrella que nunca llegó a nacer.

La masa de una enana marrón, como hemos visto, es mayor que la de un planeta, pero menor que la de una estrella. Concretamente, oscila entre unas 13 y 90 masas jovianas (una masa joviana corresponde a la masa del planeta Júpiter). Sin embargo, el tamaño de estos cuerpos no varía demasiado (siendo algo mayores que Júpiter). Esto implica que la densidad de una enana marrón puede variar muchísimo. Puede tener una densidad comparable a la de un planeta, o alcanzar las enormes densidades de una enana blanca. ¡Oh, vaya! Entonces ¿han acertado en algo? Pues no realmente. Teniendo en cuenta los datos que nos proporcionan (19 km de diámetro y el doble de la masa terrestre), a mí me sale una densidad de aproximadamente 3·1012 g/cm3, un valor que excede al esperado en una enana blanca (de entre 105 y 108 g/cm3), adentrándose en el terreno de las aún más densas estrellas de neutrones.

Hablando de densidad, supongo que os habréis dado cuenta que la inmensa densidad de estos cuerpos es debido a su masa. Es tan grande que el objeto se comprime por su propia gravedad. ¿Que ocurriría si se desprendiera un pequeño fragmento (por el motivo que sea)? Pues que el fragmento, al tener menos masa, no estaría tan comprimido. Se expandiría, hasta alcanzar el equilibrio correspondiente a su masa. Y teniendo en cuenta que una enana marrón está formada sobre todo por hidrógeno (puesto que no lo ha fusionado), un fragmento con el doble de masa que la Tierra, sería una bola de gas bastante grande (mayor que la Tierra). Y he dicho «bola» porque a partir de cierta masa, los objetos tienden a adoptar forma esférica. Los asteroides son irregulares porque su masa es relativamente pequeña, pero cuando es suficientemente elevada (como en el caso de Ceres, aunque ya no es el asteroide más grande, sino el planeta enano más pequeño), su forma se hace mas esférica. Imaginad un objeto con el doble de masa de la Tierra. Desde luego, no tendría la forma irregular característica de un asteroide, que nos muestran en la serie.

Para rematar, si un fragmento con «sólo» el doble de masa de la Tierra no puede tener tanta densidad, imaginaos el meteorito del tamaño de un puño, que descubre en la Tierra uno de los personajes. Un trozo que además tiene apariencia de roca, cuando como hemos visto, una enana marrón es sobre todo hidrógeno.

viernes, agosto 14, 2009

El coche fantástico: Muestras de sonido

Desde hace unas semanas, TVE-1 esta emitiendo la nueva serie de El Coche Fantástico. Las comparaciones son odiosas, y ya comenté hace tiempo que el Pontiac Trans Am de la serie original me gustaba mucho más que el actual Ford Mustang. Pero no estamos aquí para hablar de coches.

En el episodio 6 (el de Halloween, en el que se atisba el regreso de KARR) se produce un asesinato en el cuartel general de los protagonistas. Las posibles grabaciones de cámaras de seguridad son eliminadas, por lo que para averiguar lo ocurrido, a uno de ellos (Billy, el pobre secundario geek que babea por su compañera) se le ocurre recoger algo así como «muestras de sonido». La idea es que el sonido del pasado, queda almacenado de alguna forma en el entorno, y armado con un micrófono parabólico, se pone a escanear la habitación del crimen, y recupera las conversaciones que han tenido lugar, pudiendo precisar incluso la hora y lugar exactos, así como separar todas las voces.

¿Qué es el sonido? Pues una onda mecánica, que se propaga como una ola (no puedo evitar pensar en la canción). Cuando se genera un sonido, se producen unas vibraciones en el emisor. Estas vibraciones alteran un poco el entorno más inmediato, que a su vez transmite la vibración mas allá, y así sucesivamente. Pero obviamente, una vez se ha detenido la vibración original (el emisor sonoro deja de emitir sonido), el entorno que estaba vibrando, deja de vibrar (y la «no vibración» se propaga igual). La vibración no se detiene de forma brusca, pero tarde o temprano (más bien temprano) desaparece.

Uno podría pensar que tal vez la vibración pueda mantenerse un rato largo, muy débil e impreceptible, pero capaz de ser detectada con los aparatos adecuados. No es así. La vibración de cualquier material produce fricciones internas, que se convierten en calor (que realmente es movimiento a nivel atómico). En cuanto el estímulo (emisión de sonido) se detiene, dichas fricciones detienen rápidamente la vibración. Sólo en casos muy concretos, como un diapasón o las cuerdas de un instrumento musical, la vibración permanece durante más tiempo. Y en esos casos es porque el objeto en cuestión está diseñado para oscilar a una frecuencia concreta (y de hecho, sólo se mantiene vibrando si el sonido es de esa frecuencia).

Además, aunque admitiéramos que tal vez el material específico de la sala donde se produce el crimen, mantuviera las vibraciones durante más tiempo (explicación que no es válida, ya que posteriormente hacen lo mismo en el gimnasio del complejo), estamos olvidando algo muy básico: Cualquier nuevo sonido producirá una nueva vibración, de mucha mayor intensidad que la que pudiera estar «conservada» en el material. Cualquier hipotético «rastro sonoro» sería inmedianamente «sobreescrito» con la nueva señal sonora. Y en el episodio, después de la conversación que se pretende recuperar (la del momento del crimen), se producen disparos y más conversaciones.

Pero lo más importante es lo siguiente. Una vibración constante, no es más que un tono. En un sonido rico, como una conversación entre dos personas, las vibraciones cambian constantemente con el tiempo. Aunque las vibraciones perdurasen un periodo de tiempo largo, cada nueva palabra, cada nueva sílaba, cada nuevo fonema, se superpondría con todo lo anterior.

Imaginad que tenemos un aparato que funciona como grabador y mezclador, de forma que el sonido que graba lo mezcla con el que ya tiene grabado, y la duración total de lo que es capaz de reproducir es de, pongamos, 1 segundo (un número arbitrario). Imaginad lo que puede ser reproducir una conversación en ese formato. ¿Entenderíais algo? No ¿verdad? Pues lo que se propone en el episodio es aun peor. Imaginad que el aparato sólo guarda las frecuencias que componen los sonidos que va grabando, y que luego las reproduce todas a la vez. Intentad extraer algo inteligible de eso.

martes, agosto 04, 2009

Impact: (IV) Electromagnetismo

Hoy volvemos con la miniserie Impact, y veremos uno de los platos fuertes del argumento: el magnetismo interfiere en la gravedad, o atrae a las personas, o algo similar. La verdad, es que el propio argumento es confuso al respecto.

Empecemos por el principio, el famoso fragmento de enana marrón que impacta contra la luna, está fuertemente magnetizado, y modifica el campo magnético lunar, de forma que interfiere con el terrestre. Aquí hay que decir que, si bien la Luna tiene un campo magnético, éste es muy tenue, irregular y producido a la presencia de minerales magnéticos en nuestro satélite. No es producido por un nucleo en rotación, como en el caso de nuestro planeta, y su intensidad es menos de una centésima parte del nuestro.

La cuestión es que según los científicos protagonistas, al interactuar el nuevo campo magnético lunar con el terrestre, en sus momentos de máxima aproximación, se producen anomalías gravitatorias. Bueno, no hay forma alguna en que un campo magnético pueda interferir con la gravedad. Son cosas totalmente diferentes, que no interactuan entre sí.

Es cierto que según la Teoría del Todo estas dos fuerzas serían aspectos distintos de una misma cosa. Pero esta unificación se produciría a unas energías imposibles de conseguir en la Tierra. Para hacernos una idea, todos habéis oído hablar del famoso LHC, conocido por ser el mayor acelerador de partículas construido hasta la fecha. Pese a ello, la máxima energía que puede proporcionar a las partículas (7·109 eV), es una birria comparada con las energías que pueden llegar a alcanzar partículas procedentes de rayos cósmicos al penetrar en nuestra atmósfera. Concretamente, se han detectado partículas con una energía 100.000 millones de veces superior a la del LHC (3.1020 eV). Pues bien, esta máxima energía detectada, es a su vez una birria comparada con la necesaria para unificar la gravedad con el resto de interacciones (entre ellas, el magnetismo), que es unas 100 millones de veces superior (1028 eV).

Por tanto, en lo que nos atañe ahora, no importa si la gravedad y el electromagnetismo están relacionados o no. En el «nivel» en el que nos movemos, son interacciones totalmente independientes.

Un poco más adelante, parece darse a entender que realmente no es que el electromagnetismo afecte la gravedad, sino que se producen atracciones púramente magnéticas. Uno de los personajes pregunta si eso no debería afectar únicamente a los metales, pero el científico protagonista responde que todos estamos hechos de electromagnetismo.

Bueno, es verdad que a nivel subatómico, toda la materia está compuesta por partículas electromagnéticas. Los protones y electrones que forman los átomos tienen carga eléctrica, y además, momento magnético. De hecho, si pensamos por ejemplo en un vaso sobre una mesa, la fuerza que se opone a la gravedad que tira del vaso hacia abajo, es la repulsión electromagnética entre los electrones de la zona de contacto entre el vaso y la mesa (simplificando mucho).

Pero nuestra experiencia cotidiana nos muestra que el magnetismo sólo afecta a determinados materiales (al menos, de forma apreciable). Esto es porque aunque las partículas tienen un momento magnético, estos momentos están orientados en todas direcciones, de forma que se cancelan entre sí, y a nivel macroscópico el magnetismo es nulo. Es fácil comprobar que un iman no se pega a nuestra mano, por ejemplo (y si se pega, es debido a un problema de higiene). Existen materiales, como el hierro, en el que estos minúsculos momentos magnéticos se pueden orientar en la misma dirección, de forma que aparece un campo magnético macroscópico (como en el caso de los imanes). Este comportamiento se denomina ferromagnetismo. Existen también materiales en los que si bien sus momentos magnéticos están desordenados, en presencia de un campo magnético externo se alinean con él, de forma que son atraídos (paramagnetismo) o repelidos (diamagnetismo) por la fuente del campo. Pero nuestro cuerpo no presenta ninguna de estas características.

Y llegamos al final. Como sabéis, para arreglar el desaguisado, se manda una misión a la Luna para expulsar el fragmento de enana marrón, utilizando un aparato que inventó en su día el protagonista: un supuesto artefacto «anti-gravedad» pero que en realidad lo que emplea es simple repulsión magnética. La idea es colocar un aparato en el centro de la Luna, de forma que genere un campo magnético que repera el fragmento de enana marrón.

Para que se entienda bien el plan, los protagonistas lo explican mostrando una pequeña animación, en la que se puede ver claramente cómo el fragmento de enana marrón y el núcleo lunar, están etiquetados con un signo «+». Y no aparece un «-» en ninguna parte. Tenemos entonces que el fragmento es un monopolo magnético, y que el aparato del prota es capaz de crear otro. ¿Y eso qué es? Bueno, hace tiempo lo expliqué. Básicamente sería el equivalente de una carga eléctrica, pero trasladado al magnetismo. Imaginad uno de los polos de un imán, pero aislado.

Sin embargo, los monopolos magnéticos no existen. De hecho, una de las Ecuaciones de Maxwell lo impide expresamente. Al igual que ocurría con la interacción entre gravedad y magnetismo, existen teorías que predicen su existencia (también relacionadas con la unificación de interacciones). Pero lo cierto es que a día de hoy, no se ha encontrado ninguno. Y no por falta de intentarlo. Si alguien observa uno (y lo demuestra), se lleva el Nobel seguro.