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viernes, abril 29, 2011

WALL·E: Vórtices en el espacio

Hace tiempo, en la entrada que dediqué al planeta anillado de Pitch Black, uno de vosotros dejó un comentario sobre una escena en la película WALL·E. He de decir que no he visto entera la película (sólo trozos), pero el amable comentarista (gracias) puso un enlace a un fragmento de la misma en YouTube. He puesto aquí el mismo fragmento, y la escena en cuestión ocurre en el minuto 1:40, aproximadamente. El pequeño protagonista, viaja por el espacio aferrado al casco de una nave espacial, y pasa junto al anillo de un planeta. Extiende el brazo para tocar dicho anillo, y algunas partículas salen disparadas, formando un remolino.

Y eso es imposible. Es cierto que los anillos planetarios están formados por polvo y pequeñas partículas. El problema es que las partículas deberían moverse en línea recta. ¿Recordáis la Primera Ley de Newton? Hemos hablado de ella en muchas ocasiones, y siempre por el mismo motivo: para explicar cómo se mueven los cuerpos en el vacío del espacio. En el colegio nos enseñaron lo que he repetido aquí muchas veces: un cuerpo en movimiento sobre el que no se ejerce ninguna fuerza, o la suma de las fuerzas es nula, permanecerá en movimiento rectilíneo y uniforme. Una vez WALL·E empuja las partículas del anillo, éstas deben desplazarse en línea recta, y no haciendo curvas.

De hecho, el remolino que forman se asemeja mucho a un vórtice, algo característico de un fluido en flujo turbulento. El aire que nos rodea es un fluido, y muchos de vosotros habréis visto humo o polvo en suspensión formando vórtices similares. Eso es debido a que las partículas de polvo que vemos, están en reposo con respecto al aire en el que están «flotando», por lo que se mueven de forma solidaria con el mismo. Es decir, el polvo y el humo se mueve de esa forma, porque es en realidad el aire el que se está moviendo de esa forma. Pero en el espacio no hay aire que pueda formar esos remolinos.

La escena presenta otro problema. Las velocidades orbitales son muy, pero que muy elevadas. Por ejemplo, la ISS se mueve a unos 27.700 km/h. Cuanto más lejos esté el cuerpo, más despacio se mueve, pero aún así, nuestra Luna se desplaza alrededor de nosotros a unos 3.600 km/h (aproximadamente). La nave espacial también tendría que llevar una buena velocidad, así que, a menos que por pura casualidad, la velocidad de la nave y de las partículas del anillo fuera similar, lo más probable es que la velocidad relativa de las partículas del anillo fuera suficiente para arrancarle la mano al simpático robot.

De hecho, la basura espacial es un probema real que nos afecta a día de hoy. Debido a las misiones que se han realizado en el espacio desde el inicio de la carrera espacial, hay diversos objetos en órbita, desde restos más o menos grandes de satélites u cohetes, hasta pequeñas partículas de metal o pintura. Y debido a la elevada velocidad que tienen, hasta el más minúsculo fragmento es un verdadero peligro, y podría dañar seriamente un satélite, o una nave tripulada.

martes, abril 12, 2011

Stargate SG-1: Agujeros negros, discos de acreción y relatividad

Hoy va a ser uno de esos días en los voy a comentar un poco de buena ciencia junto con algo de mala ciencia. Y otra vez en un episodio de la serie Stargate SG-1. En el tercer episodio de la décima y última temporada hay un cruce con el spin-off Stargate Atlantis, donde los protagonistas viajan a la Galaxia Pegaso (en realidad, se supone que es la Galaxia Enana Irregular de Pegaso o PegDIG) a bordo de una de las naves de las que ya disponen a partir de la octava temporada, para buscar un agujero negro apropiado, cerca del cual colocar un stargate para llamar a otro que previamente han colocado cerca de un superstargate que usan unos enemigos muy poderosos, que... bueno, no entraré en detalles ya que esta no es la parte que quería comentar.

Cuando se acercan al agujero negro, se nos muestra un gran remolino de polvo «cayendo» a algo oscuro que parece un sumidero, y el Dr. McKay (el egocéntrico y brillante científico de la expedición Atlantis) dice que lo que están viendo es un disco de acreción en torno al agujero negro, ya que el agujero en sí no puede verse.

Bien, es cierto que un agujero negro no se puede ver directamente. Por su propia definición, un agujero negro no emite luz ni ningún tipo de radiación electromagnética, ya que la velocidad de escape supera la de la luz. Un concepto asociado al agujero negro es el horizonte de sucesos, que es una esfera imaginaria que rodea el agujero, en cuya superficie la velocidad de escape es exactamente la velocidad de la luz. Así que la detección de agujeros negros debe hacerse de forma indirecta.

Una forma de «ver» un agujero negro, es mediante su disco de acreción, como ocurre en la serie. ¿Y eso qué es? Un disco de acreción es un conjunto de polvo y gas que se «arremolina» alrededor de un cuerpo celeste, generalmente uno bastante masivo (como una estrella). Este material cae en espiral hacia el cuerpo, formando un disco (o un toro) en rotación. Y no hay que olvidar, aunque parezca una tontería repetirlo, que cae hacia el objeto que hay en el centro. Destaco esta parte porque en la serie, el disco de acreción se parece más a un remolino de agua que cae por un sumidero. Es decir, en el plano que nos muestran, parece caer hacia «abajo» desde nuestra perspectiva. Y en el espacio, no tiene sentido hablar de arriba y abajo.

Como imaginaréis, las partes más interiores del disco, al estar sometidas a un campo gravitatorio mayor, se mueven con más rapidez que las que están más alejadas. El disco se comporta como un fluído, y la diferencia de velocidades produce una fricción entre las distintas capas que hace que se caliente. En el caso de cuerpos muy masivos, como enanas blancas, estrellas de neutrones o agujeros negros, el material se calienta tanto que emite una gran cantidad de radiación, sobre todo rayos X. De hecho, otra forma de detectar un agujero negro es mediante esta emisión de radiación.

Claro que este hecho supone un problema para los tripulantes de una nave que se acerque. Si no está convenientemente blindada, los rayos X que emite el disco de acreción del agujero negro serían letales para sus tripulantes. Bueno, podemos suponer que las naves terrestres de Stargate, que disponen de tecnología asgardiana, y que pueden generar un escudo de fuerza contra disparos enemigos, no deberían tener problemas en ese sentido. Aunque en el episodio no se hace referencia a este peligro, y sólo se menciona la intensidad del campo gravitatorio como riesgo al acercarse demasiado.

Hay una tercera forma de detectar un agujero negro, y es precisamente gracias la gran intensidad de su campo gravitatorio. Como sabéis, según la Relatividad General (de la que hablé hace tiempo) cualquier campo gravitatorio deforma el espacio-tiempo, lo que quiere decir que la luz no se propaga realmente en línea recta, sino que se curva junto con el espacio-tiempo. En nuestra vida cotidiana esta deformación es demasiado pequeña para apreciarla. Pero en las cercanías de un objeto muy masivo, la cosa cambia. Nuestro Sol, por ejemplo, tiene suficiente masa como para deformar el espacio-tiempo de forma visible, hecho que permitió corroborar la Relatividad General durante el eclipse de mayo de 1919 (midiendo la posición de las estrellas que estaban cerca de él en ese momento, y contrastándolas con su posición real, una noche cualquiera).

En el caso de un agujero negro, esta deformación es mucho más notable, provocando un efecto conocido como lente gravitacional. Básicamente, la luz se curva tanto que lo que haya alrededor del agujero (desde nuestra perspectiva visual) lo vemos deformado, como si usáramos una lente. De hecho, podemos llegar a ver cosas que hay detrás del agujero.

Pero esto significa que si el agujero tiene un disco de acreción alrededor, éste debería verse en realidad muy distorsionado, apareciendo ante nuestros ojos como «doblado» en vez de completamente plano, como se nos muestra en la serie. Podéis ver la apariencia que debería tener en unas animaciones que os podéis descargar de la web de la Universidad de Colorado. En el primer video (el más recomendable), el observador se desplaza desde una posición casi perpendicular al disco, hasta otra casi en el mismo plano de éste.

Fijaos que al mencionar la deformación, estoy refiriéndome todo el rato al espacio-tiempo, y no sólo al espacio. Y es que el tiempo también se deforma con la presencia de un campo gravitatorio. El transcurso del tiempo parece ralentizarse cuanto mayor el la intensidad del campo gravitatorio, de forma que para un observador en las cercanías de un agujero negro, el tiempo transcurre más lentamente que para otro observador que esté más alejado. Este detalle sí que se comenta en la serie, y de hecho se utiliza como parte de la trama, cuando se ven obligados a combatir una nave colmena espectro (les engañan con una maniobra de forma que la nave espectro esté más cerca del agujero que los protagonistas, y así éstos disponen de más tiempo de reacción).

Algo de buena ciencia entre la mala ciencia. No está nada mal.