MalaCiencia

La muerte de las estrellas

2008-05-09T15:05:00.001+02:00

Partiendo de Cero es un programa de radio que reseña libros de divulgación científica, comenta noticias relacionadas con avances o descubrimientos científicos, e incluye entrevistas con especialistas del tema a tratar (si es posible, incluso con alguien involucrado directamente en el descubrimiento). Soy un oyente habitual, aunque debido a lo intempestivo de su emisión (madrugadas del sábado al domingo, en Onda Cero), lo disfruto descargándome el correspondiente podcast, disponible en la web oficial del programa, aunque también se puede hacer desde el blog no oficial Partiendo de Cero, que tiene la ventaja de publicar versiones editadas sin la interrupción de noticias generales, y disponer de un histórico.

En la emisión del 16 de marzo (programa 31), entre otras cosas comentaron una noticia sobre nuevos hallazgos acerca del destino final de nuestro planeta. Parece ser que se ha calculado que a medida que nuestro Sol se hinche, atravesando el estado de gigante roja, la órbita de la Tierra decaerá, y nuestro planeta se precipitará hacia el Sol en una trayectoria espiral, cosa que ocurrirá dentro de unos 7.500 millones de años. Pues bien, se hicieron algunos comentarios totalmente erróneos, sobre todo por parte de Jorge Granullaque, uno de los colaboradores, que además reconocía tener un «pasado astronómico» (cosa que lo hace más grave).

Según la noticia va siendo leída por la otra colaboradora, Marina, y llega al punto en el que menciona que la Tierra caerá en una trayectoria espiral, Jorge la interrumpe diciendo «la regresión del Big Bang». Bueno, la evolución de una estrella poco tiene que ver con el Big Bang, a menos que pensemos que puesto que el Big Bang fue el origen de todo, todo es consecuencia del Big Bang. Pero desde ese punto de vista, la gravedad, el color del cielo, el punto de ebullición del agua o el sabor del azucar, son consecuencia también del Big Bang. Además, la «regresión del Big Bang», parece más bien referirse a uno de los posibles finales del Universo, el llamado Big Crunch, que consistiría a grandes rasgos en un Big Bang al revés (todo el Universo se comprimiría, hasta colapsarse en un único punto). Pero eso tampoco tiene nada que ver con la evolución de las estrellas. Lo gracioso es que ante este comentario, Marina responde: «Algo similar». Pues tampoco. Hay que decir que Jorge Granullaque rectificó a este respecto en un programa posterior, cosa que le honra, pero no lo hizo sobre otros comentarios igualmente equivocados.

Seguimos. Marina continúa diciendo: «...es que se convierte el Sol en una... eh...» Y ante la duda de la chica, Jorge interviene diciendo «enana», a lo que ella responde «estrella enana, efectivamente». Pues tampoco. Lo que hace el Sol es transformarse en una gigante roja, es decir todo lo contrario. De hecho, un poco antes mencionan al sol como «rojo e hinchado». Según las teorías actuales de evolución estelar, nuestro Sol, a medida que vaya agotando el hidrógeno de su núcleo, y utilizando helio en sus reacciones nucleares, aumentará su volumen y la temperatura de su superficie disminuirá. Esta disminución de temperatura hace que adquiera un color rojizo, en vez de su característico amarillo. Por eso el nombre de gigante roja. Es en este punto de su evolución cuando la Tierra se precipitaría hacia su interior, debido a que las capas más exteriores de nuestra estrella, alcanzarán la órbita de la Tierra, y aunque sean muy poco densas y no la achicharren, sí que frenarán su movimiento, disminuyendo gradualmente el radio de la órbita terrestre, hasta que esté lo suficientemente cerca como para ser evaporada por el Sol.

Sí es verdad que tras esta fase, las capas exteriores del Sol se desprenden, y el núcleo remanente se comprime por su propia gravedad, transformándose en lo que se conoce como enana blanca. Pero esto ocurre muchísimo después de su etapa de gigante roja, y por tanto, no tiene nada que ver con la noticia, que trata de la caída de la Tierra al Sol, cuando sea una gigante roja.

Finalmente, Jorge Granullaque menciona un poco la teoría de evolución estelar, y dice que todas las estrellas terminan convirtiéndose en agujeros negros cuyos campos magnéticos absorben todo lo que tienen a su alcance. Bueno, en una frase comete varios errores:

El primero es que no todas las estrellas terminan convirtiéndose en agujeros negros. Sólo lo hacen aquellas estrellas con una masa muy elevada, de forma que en su interior y superficie, su propia gravedad es tan grande que la estrella se comprime y comprime, hasta que su radio es inferior al del horizonte de sucesos, en el cual la velocidad de escape es superior a la velocidad de la luz (y por tanto, no se sabe muy bién lo que ocurre allí, porque ningún tipo de información puede salir de su interior). En uno de mis primeros envíos, expliqué un poco qué significa esto.

El segundo es que el «poder de absorción» (por llamarlo de alguna forma) de un agujero negro no tiene absolútamente nada que ver con sus campos magnéticos, sino con su gravedad. Como he dicho, es tan alta, que a partir de cierto punto simplemente no se puede escapar de él, aunque mucho antes de llegar a dicho punto, la fuerza de las mareas ya habrían destrozado cualquier objeto.

El tercero es esa referencia a absorber todo lo que tiene a su alcance. Esta frase refuerza la idea errónea de que un agujero negro es una especie de terrible sumidero que engulle todo. Y en realidad no es así, o al menos, no más que cualquier otro cuerpo masivo, como una estrella o un planeta: si te acercas con una velocidad inadecuada, simplemente caes a él. Lo mismo ocurriría al aproximarse a un planeta o una estrella. La única diferencia es que en el caso del planeta te estrellas, en el de la estrella te achicharras, y en el del agujero negro te estiras hasta despedazarte.

Como curiosidad, en la noticia se menciona que mucho antes de eso, dentro de unos 1.000 millones de años, el calor recibido por el Sol habrá aumentado tanto que los océanos se habrán evaporado, por lo que la vida en la Tierra sería imposible para nosotros. Por ello, para sobrevivir como especie, es necesario que algún día colonicemos mundos en otras estrellas. Esa reflexión me recordó inevitablemente a Babylon 5, mi serie de televisión favorita (por si no lo sabíais ya), concretamente a un episodio («Infección», en la primera temporada), en la que en una periodista entrevista al comandante de la base (Sinclair), y ante la pregunta de si no deberían abandonar y cerrar la estación Babylon 5, por todos los problemas que da, éste responde:

No, debemos quedarnos aquí, y por una razón muy simple: Pregunte a 10 científicos diferentes sobre el medio ambiente el control de la población, la genética y obtendrá 10 respuestas distintas. Pero hay algo en que todos los científicos del planeta coinciden: ya sea dentro de 100 años o 1000 años o 1 millón de años, con el tiempo el sol de enfriará y se apagará, y cuando eso ocurra no solo será nuestro fin, sino el de Marilyn Monroe, Lao-Tzu, Einstein, Nelson Mandela, Buddy Holly, Aristófanes, y todo esto, todo esto habrá sido inútil si no llegamos a las estrellas.

Días, años y movimientos planetarios

2008-05-02T17:43:00.000+02:00

Hace unos días recibí un correo electrónico de Evil Preacher, habitual lector de este blog, avisándome sobre la noticia del descubrimiento de un planeta de tamaño similar al nuestro, orbitando la estrella Gliese 436 (a 30 años luz de nosotros), bautizado como Gliese 436 c (por ser el tercer cuerpo del sistema; los astrónomos son muy prácticos poniendo nombres). El tratamiento que se hace en distintos medios es, como mínimo, confuso.

Aunque todos coinciden más o menos en que su masa es 5 veces la de la Tierra, hay contradicciones con su tamaño: en Teleobjetivo se dice: se calcula que es el doble de grande que el nuestro. En ADN, sin embargo, se puede leer: El nuevo exoplaneta sería probablemente «un poquito más grande que la tierra», quizá un 50% más. En realidad, lo que ocurre es que no se conoce con exactitud su tamaño (como es lógico), y lo que se ha hecho es acotar su tamaño, de forma que se cree que su radio puede oscilar entre 1,5 y 2 radios terrestres. Fijáos que la redacción del texto de ADN parece indicar que ese 1,5 no es el límite inferior, sino el superior.

Otra redacción confusa aparece en el mismo periódico: Ignasi Ribas ha destacado que la importancia de su descubrimiento radica en que se trata de un planeta de pequeñas dimensiones, aproximadamente cinco masas terrestres, que podría ser el más pequeño descubierto hasta el momento.. La coletilla de «aproximadamente cinco masas terrestres» en medio de una frase que habla de tamaños, puede confundir al lector poco atento y llevarle a pensar que el planeta es 5 veces mayor que la Tierra. Anque imagino que muchos pensaréis «pues que esté más atento».

Lo que creo que es más destacable de la noticia, y que sin duda confundirá a muchos es el siguiente párrafo de ADN:

Por el contrario, su periodo de rotación es «relativamente lento» comparado con el de la Tierra (4,2 días terrestres), lo que quiere decir que su climatología sería bastante curiosa. En la Tierra, un día completo, el tiempo que transcurre desde la salida del sol hasta la del día siguiente, coincide con el tiempo del movimiento de rotación, mientras que en el exoplaneta ambas cosas no coinciden.

Supongo que muchos pensaréis «¿Pero qué dice?» «¿Cómo va a ser diferente el periodo de rotación, del tiempo entre una salidas de sol y la siguiente?» «¿No es eso la definición de día?». Y sí, yo también me sorprendí mucho, y pensé que había un gran error. Sin embargo, en el párrafo anterior, encontramos la solución: giraría alrededor de su estrella de forma rápida, ya que sólo tardaría 5,2 días terrestres en dar la vuelta.. Bien, ya cuadran las cosas.

«¿Cómorr?» Veréis, hace tiempo expliqué que podemos definir un día de dos formas. Por un lado, podemos definirlo como el tiempo en que un planeta tarda en dar una vuelta completa sobre sí mismo, y tenemos lo que se denomina día sidéreo o sideral. Pero fijáos que durante ese tiempo, el planeta se ha desplazado a lo largo de su órbita, por lo que ya no tendrá exactamente la misma cara orientada al sol. Tendrá que rotar un poquito más para que eso ocurra, es decir, para que desde un observador en un punto fijo de la superficie, el sol pase dos veces por el mismo sitio. Esto es lo que se denomina día solar, y es que que utilizamos en nuestra vida cotidiana, llamándolo simplemente «día», a secas.

En el caso de nuestro planeta, la diferencia entre el día sidéreo y el día solar es muy pequeña, apenas 4 minutos. Esto es debido a que el periodo orbital (el «año», aunque también hay varias definiciones) es muchísimo mayor que el periodo de rotación (como todos sabemos, por cada vuelta alrededor del sol, nuestro planeta da aproximadamente unas 365 vueltas sobre sí mismo). Sin embargo, en Gliese 436 c (GJ 436 c para los amigos) no ocurre así. El periodo órbital (año sidéreo) es de 5,2 días terrestres, y el periodo de rotación (día sidéreo) es de 4,2. Esto hace que la diferencia entre su día sidéreo (periodo de rotación) y su día solar (periodo entre dos pasos concecutivos del sol por un punto) sea bastante considerable.

Al estar casi sincronizadas la rotación y la traslación, un punto cualquiera de la superficie recibe una prolongadísima radiación solar, durante mucho tiempo, y una igualmente prolongada ausencia de ella. El día solar sería muy largo, y habría importantes diferencias de temperatura entre el momento más caluroso del día, y el más frío de la noche, con sa que sin duda debe influir en su meteorología (si existe). Además, el día solar se prolongaría a lo largo de varias «estaciones», si existieran, bien por la inclinación axial (como en la Tierra), bien por la excentricidad de su órbita.

Como veréis, contrariamente a lo que se da a entender en la noticia, el que el periodo de rotación sea de 4,2 días terrestres, es algo que por sí sólo no significa gran cosa. Lo que influye en el clima, es la relativamente poca diferencia entre el periodo de rotación y el periodo orbital.

Explosiones en el espacio

2008-04-24T20:00:00.000+02:00

Hace poco me leí Cita con Rama, de Arthur C. Clarke (que en paz descanse), todo un clásico de la ciencia ficción, y que recomiendo al que no lo haya leído, que lo haga ya. La novela es todo un ejemplo de buena ciencia, y trata sobre un enorme artefacto al que los científicos bautizan como Rama, que penetra en el sistema solar siguiendo una trayectoria hiperbólica alrededor del Sol, es decir, aparentemente sólo está de paso. Se envía una expedición a investigarlo, descubriendo un mundo cilíndrico y hueco, que rota para proporcionar una pseudogravedad en su interior (mediante la fuerza centrífuga).

Hubo una escena que me recordó un error bastante recurrente (que el libro no comete, por supuesto). Intentaré describirla sin destripar demasiado la trama: En un momeento dado, Rama es amenazado por un artefacto explosivo, con suficiente potencia como para destruirlo. Los personajes convienen en que la mejor forma de alejarse de Rama es siguiendo su eje longitudinal, ya que si el aparato explota, y Rama se fragmenta, la fuerza centrífuga de su rotación lanzaría los pedazos en todas las direcciones transversales el cilíndro. Se dice casi literalmente que el alcance de los fragmentos es ilimitado.

Y eso es cierto. En nuestro planeta, el alcance de la metralla de una explosión es limitado. Los fragmentos pierden velocidad debido a la resistencia del aire, y además, la gravedad los empuja hacia el suelo, donde el rozamiento es mayor. Tarde o temprano, la metralla que no ha colisionado con algo (o alguien) cae al suelo, y termina deteniéndose. En el espacio, sin embargo, no hay nada que frene los fragmentos. Una vez salen despedidos, seguirán en línea recta, y manteniendo la misma velocidad. Es decir, no importa si estamos cerca o si nos hemos alejado mucho. Si un fragmento nos golpea, lo hará con la misma fuerza que si estuviéramos al lado de la explosión. La única seguridad que proporciona la distancia, es que al viajar los fragmentos en todas direcciones desde el centro del la explosión, cuanto más lejos estemos, menor será la «concentración» de aquellos. Es decir, si nos alejamos, la probabilidad de que nos alcance un pedazo disminuye. Pero si choca con nosotros, el daño será el mismo, no importa lo lejos que estemos.

En las películas, es habitual que, en una batalla espacial, las naves se intercambien disparos a poca distancia. En algunos casos, como en El Retorno del Jedi, o en La Venganza de los Sith, enormes cruceros y destructores se disparan casi a bocajarro, flanco con flanco, como en las antiguas batallas navales. También es habitual que en plena batalla de «pesos pesados», diversos cazas se enfrenten entre ellos, o incluso contra los cruceros, con cientos de explosiones por todos lados. Pues bien, en realidad, cada explosión debería ser una amenaza terrible para cada nave involucrada en la batalla (a menos que otra le tape la línea de visión). No digamos ya cuando un caza destruye a otro a bocajarro, y atraviesa la explosión de su enemigo. Y sí, uno puede decir que las naves tienen escudos, campos de fuerza o similar. Pero eso sólo es aplicable en algunos casos, como en las sagas de Star Wars o Star Trek. En Galactica o en Babylon 5, las naves no tienen escudos (sólo un casco más o menos resistente).

Un poco más sobre URLs

2008-04-17T19:45:00.000+02:00

En el artículo anterior, uno de vosotros me animó a explicar el resto de cosas que puede tener una URL, y que no mencioné por no extenderme demasiado (con lo visto, ya era suficiente para ver la diferencia entre una URL y una dirección IP). Así que, vamos a ello.

Había explicado que una URL, en el caso más genérico, identifica un recurso en la red. Siendo más específicos, podemos decir que entre otras cosas, identifica un fichero en un ordenador. La URL nos dice también cómo acceder al recurso, es decir, qué protocolo utilizar. Nos quedamos con tres elementos básicos de la URL: el protocolo (lo que va antes de «://»), la máquina (identificada por su dirección IP o por su nombre de dominio), el puerto (tras «:», aparentemente opcional, aunque implícito si no aparece), y el recurso (tras el siguiente «/», también opcional, aunque se configura un recurso por defecto).

Fijaos que intento evitar la palabra «fichero» y referirme siempre a «recursos». Esto es porque no todos los recursos son ficheros. Pensemos en un buscador cualquiera (como Google, por ejemplo). Uno introduce sus palabras de búsqueda, y tras pulsar la tecla «Enter» o clicar el botón correspondiente, vamos a la siguiente página, que es una lista de resultados. Imagino que no pensaréis que dichas páginas existen en forma de ficheros en los servidores de Google, Yahoo, o el que sea, y que cientos de currantes han creado todas las páginas posibles, para todas las combinaciones de palabras posibles. Es obvio que algún programa genera en ese momento la página que vemos, y que ésta no tiene existencia real en ningún disco duro (salvo en alguna caché). Fijaos también que en este caso, en la página con la lista de resultados, la URL que vemos en la cajita de direcciones es muy larga, con símbolos «raros», y que aparecen las palabras que habéis tecleado.

Bien, eso es otro fragmento que puede aparecer en la URL, y que se denomina «query string» (que podríamos traducir como «cadena de consulta»). Esta «query string» aparece tras la ruta, precedida del símbolo de interrogación de cierre «?». Habitualmente (sobre todo en el caso de HTTP), consiste en parejas de tipo «nombre=valor» separados por el símbolo «&», donde «nombre» sería el nombre de un parámetro, y «valor» su valor. Si buscáis algo en Google, por ejemplo, veréis que la URL de la página de resultados comienza por «http://www.google.es/search» (si estáis en España, si no, el sufijo será diferente, como «.com», «.mx», «.ar», etc.), tras lo cual sigue la interrogación, y luego la «query string». En ella podemos observar un parámetro llamado «q», con los términos de búsqueda. Fijaos que los espacios en blanco han sido sustituidos por el símbolo de sumar «+», y que algunos caracteres (como eñes o vocales acentuadas) han sido sustituidos por una misteriosa secuencia de símbolos de porcentaje («%») seguidos de letras o números. Esto es porque en una URL no puede aparecer cualquier caracter, por lo que si queremos transmitir algún parámetro con uno de estos caracteres «prohibidos», hay que transformarlos (y el servidor, se ocupa de recuperarlos nuevamente).

Un recurso también puede ser un fragmento de otro recurso (por ejemplo, una sección en una página HTML). Para identificar un fragmento de un recurso, se coloca el caracter «#» al final de la URL (que identifica el recurso «padre»), seguido del identificador del fragmento. Si váis a cualquier artículo más o menos completo de la Wikipedia (por ejemplo, el relativo a URL), veréis que tras una breve introducción aparece una tabla de contenidos, consistente en varios enlaces. Estos enlaces llevan a secciones de la propia página, y si ponéis el puntero sobre ellos, veréis que la URL es la misma que la de la página, pero seguida del caracter «#» y un nombre. Si clicais sobre cualquiera de ellos, os desplazaréis por la página sin que ésta se recargue.

Finalmente, hay otro elemento que puede aparecer en una URL, pero esta vez, delante del identificador de la máquina (tras el «://»). Un recurso puede estar protegido, y sólo ser accesible a determinados usuarios, de forma que necesitamos autenticarnos. Si intentamos acceder a un recurso de este estilo mediante nuestro navegador, y la autenticación se realiza mediante nombre de usuario y contraseña, nos aparecerá una pequeña ventanita pidiendo dichos datos (ventanita que pinta el propio navegador, no la página, por lo que su apariencia varía de un navegador a otro, y es consistente con la de éste y la plataforma). En las aplicaciones web no es habitual, ya que la autenticación suele hacerse mediante un formulario HTML, integrado estéticamente en el diseño de la página. Sin embargo es algo que se puede hacer, y que sí es muy habitual en el caso de utilizar FTP. Si queremos, podemos evitar que aparezca la ventanita, añadiendo el nombre de usuario y la contraseña en la propia URL. Para ello, justo después del «://» se coloca el nombre de usuario, deguido del caracter de dos puntos («:»), la contraseña, el caracter arroba («@») y finalmente el resto de la URL (máquina, puerto, etc.). Así, nos quedaría algo de este tipo: «http://usuario:contraseña@dominio.com/recurso».

Como la contraseña aparecerá en la URL, y puede que no queramos que sea tan visible (y que quede guardada en algún registro de direcciones accedidas), podemos no ponerla, y utilizar sólo el nombre de usuario. En este caso, tras el nombre de usuario iría directamente la arroba, y luego el resto de la URL. El navegador nos mostrará igualmente la ventanita, pero con el nombre de usuario ya puesto, aunque esto ya depende del navegador: Opera lo hace así, Firefox muestra la ventana sin rellenar (al menos, en la versión 2), y Explorer, directamente no soporta añadir usuario y contraseña a la URL (al menos, en la versión 6).

Llegados a este punto, no puedo evitar mencionar una curiosidad sobre la arroba (que también es una antigua unidad de masa). Os habréis dado cuenta que la forma «usuario@dominio» es igual que la utilizada para una dirección de correo electrónico. Esta misma sintaxis se utiliza para otros protocolos y aplicaciones (como el telnet). Y es que en inglés, al simbolito en cuestión se le denomina «at», que dependiendo del contexto se puede traducir como «en» o «a». Por tanto, «fulanito@gmail.com» (por ejemplo), se puede leer como «fulanito en gmail.com». ¿A que ahora tiene más sentido lo de la arroba? Dejo a los filólogos e historiadores, el cómo surgió dicho simbolito, y cómo adquirió distintos significados.

URLs y direcciones IP

2008-04-10T18:16:00.000+02:00

Hace varias semanas, recibí un correo electrónico comentándome un detalle de un episodio de la serie de TV Life, que trata de un policía reintegrado en el servicio, tras pasar 14 años en prisión por error. En el episodio en cuestión, los protagonistas deben localizar a una chica (víctima de una violación, y que no había denunciado a su agresor) que solía conectarse mucho a Internet. Entre ellos se produce el siguiente diálogo (gracias JM):

—Ojala las personas tuviesen GPS.
—Los ordenadores lo tienen.
—¿En serio?
—Sí. Se conectaba a estas páginas desde su ordenador. Si no se ha desecho de él, podemos averiguar cual era su URL y localizarlo.

Aquí hay un error de concepto importante, ya que parece que se está confundiendo una URL con una dirección IP. ¿El qué? Bueno, empezaremos explicando qué es una URL.

Una URL es literalmente un localizador uniforme de recursos (Uniform Resource Locator). ¡Ah! ¿Y eso qué es?. Pues se trata de una serie de caracteres que se utilizan como nombre de un recurso en Internet (como páginas, imágenes, vídeos) y que además nos proporciona su localización en la red. ¿Ein? Bueno, hablando llanamente, es lo que aparece en la «caja de direcciones» de vuestro navegador, lo que tecleáis para acceder a un sitio.

Cada «trozo» de la URL (sí, aunque sean siglas de «localizador...», en castellano se suele utilizar el género femenino) tiene un significado concreto. Las letras que hay antes del «://» identifican el protocolo a utilizar, normalmente «http» o «https» (para los protocolos HTTP y HTTPS), aunque podéis encontrar otras cosas, como «ftp» (para el viejo amigo FTP) o «file» (para acceder al sistema de ficheros local; si utilizáis Windows, teclead «file:///C:/» y veréis). Lo que viene después del «://» nos dice dónde está lo que queremos. En el caso de un protocolo de red como HTTP, lo que viene es el identificador de la máquina (o máquinas, ya que pueden ser varios ordenadores trabajando conjuntamente), que normalmente es el nombre de dominio de la misma, aunque también puede ponerse su dirección IP (ya iremos a lo que es). Por ejemplo, para acceder a este vuestro blog, ponéis en la barra de direcciones lo siguiente: http://www.malaciencia.info.

Opcionalmente, para protocolos de red, se pueden poner el caracter de dos puntos («:») seguido de un número, que identifica un puerto. ¿Un puerto? Sí. Veréis, un ordenador puede ofercer varios servicios simultaneamente, a través de distintos protocolos (o a través del mismo, pero en procesos diferentes). Para diferenciar las peticiones a uno u otro servicio, existe el concepto de puerto, que viene a ser un canal de comunicaciones identificado por un número. Así, para diferenciar las peticiones a uno u otro servicio en el mismo ordenador, se utiliza el número de puerto. De hecho, toda comunicación de red se realiza a través de un puerto, lo que ocurre es que cada protocolo tiene un puerto asociado por defecto, de forma que si no se pone, la aplicación asume que se usa dicho valor por defecto. En el caso del protocolo HTTP es el puerto 80, de forma que es lo mismo poner http://www.malaciencia.info que http://www.malaciencia.info:80.

Tras el servidor y el puerto, puede aparecer una ruta hacia un recurso concreto (una página HTML, una imagen...). Por ejemplo, si colocáis el puntero sobre el «enlace permanente» de este artículo (al final del mismo), veréis que tras «malaciencia.info» aparece una ruta similar a la de un sistema de ficheros. Esa ruta identifica un recurso concreto dentro del servicio (en este caso, un fichero HTML). Al igual que antes, siempre debería ser necesaria esta información, lo que ocurre es que la mayoría de los sitios web tienen configurado un recurso por defecto, de forma que si no se especifica uno concreto, se utiliza dicho recurso (normalmente, la página de inicio).

Opcionalmente, pueden ir más cosas detrás de la ruta, pero de momento nos quedaremos aquí. Lo importante es darse cuenta de que una URL identifica básicamente un documento en una máquina (o en varias), que los hace públicos mediante algún servicio. Y eso sólo ocurre en servidores. El usuario medio, rara vez configurará su ordenador como servidor (al menos, de forma consciente). Es decir, en un ordenador que sólo se utilice para navegar por Internet, y no tenga funcionando un servicio HTTP, FTP, o similar (por ejemplo, si queremos que nuestro sitio web se ejecute en nuestro propio ordenador, en vez de buscar un alojamiento), no tiene ningún sentido hablar de URLs.

Por el contrario, una dirección IP sí que identifica un ordenador (o más genéricamente, una máquina, como por ejemplo, un router o una impresora). Se trata simplemente de un número de 4 bytes, y se suele representar como cuatro números entre 0 y 255, separados por puntos («.»). Su función es muy parecida a la de un número de teléfono. Para establecer una comunicación, hay que conocer la dirección IP de la máquina destino, y generalmente, entre los datos que se intercambian, se encuentran las direcciones IP de ambos extremos.

Antes mencioné que en la URL, puede aparecer un nombre o una dirección IP. Para evitar que la gente deba memorizar listas de números, se utilizan los nombres de dominio. Esos nombres son lo que realmente utilizáis y memorizáis (por ejemplo, «malaciencia.info», «google.com», «wikipedia.org», etc). Pero como los protocolos de red sólo entienden de direcciones IP, existen unos servidores especiales llamados DNS que funcionan como bases de datos, y que nos dice qué dirección IP corresponde a cada nombre de dominio.

Vemos por tanto que a lo que realmente se referían los protagonistas, es a la dirección IP del ordenador de la chica, no a la URL, que no tiene sentido. Una dirección IP identifica una máquina, mientras que una URL identifica un recurso concreto (un fichero) en esa máquina.

Y hay más. Una única dirección IP, no se corresponde necesariamente con una única máquina. En el caso de un usuario normal, que se conecte a Internet mediante un proveedor, puede que cada vez se le asigne una IP diferente, y puede que su IP esté siendo utilizada por más clientes. En estos casos, hay que conocer la fecha y hora de la conexión, para que el proveedor de servicios nos proporcione la información deseada (mediante la orden judicial correspondiente). Además, lo único que puede hacer éste, es darnos los datos que el cliente le haya proporcionado, que puede que no se correspondan con la ubicación física real del ordenador. La dirección IP sólo es un identificador, como un DNI o un número de teléfono. En este aspecto, la analogía con el GPS es totalmente incorrecta. Si deseamos conocer la ubicación física del ordenador, habría que ir «más abajo», y pedir la información a la compañía que mantenga la infraestructura telefónica si el acceso es por modem o ADSL, o a la que mantenga la infraestructura de cable (y que no tiene por qué ser la misma que la compañía que nos da el servicio de acceso a Internet).

La identificación del proveedor es sencilla, ya que existen organismos públicos que gestionan quién tiene qué direcciones (porque nuestra dirección IP, pertenece al proveedor), y dependiendo de aquél, puede que podamos disponer de forma rápida de información geográfica limitada, como el país, provincia o incluso la ciudad, a la que corresponde la IP (depende de cómo administre las direcciones el proveedor). Hay incluso sitios en la red donde se puede consultar toda esta información, y «contadores de clicks» que hacen estadísticas con los orígenes de los mismos (así puedo saber, por ejemplo, que aunque la mayoría de vosotros estáis en España, hay visitantes de México, Argentina, e incluso de Japón).

Estamos dando por sentado que la dirección IP se puede obtener sin problemas. Bueno, es muy fácil saber qué dirección IP se está utilizando para conectarse a un servicio nuestro. Pero en el caso que nos ocupa, se trata de obtener la dirección IP de conexiones de hace tiempo. Para ello necesitamos que el proveedor de servicios de internet, o el administrador de la web a la que se haya accedido, guarde un registro con dicha información (hace poco, hubo polémica con una ley, o intento de ley, o similar, que obligada a guardar esta información varios años). Además, necesitamos saber las fechas y horas en las que la persona que buscamos haya accedido a determinados sitios (o bien, que la información guardada incluya cosas como datos de autenticación, cosa que también es controvertida).

Una dificultad añadida podría ser obtener la dirección IP real del ordenador. Veréis, en muchos casos, el acceso se realiza a través de lo que se denomina proxy (literalmente, «representante», en inglés), que consiste básicamente en un «intermediario». Dependiendo de la tecnología y sistema utilizado, una posible consecuencia es que la dirección IP que vea el otro extremo (el administrador de la web) no sea la que tenemos nosotros en realidad.

Lo gracioso de todo este asunto, es que según me cuentan en el correo, la chica que buscaban se había mudado, después de frecuentar la red. Y aquí, o la portera del antiguo domicilio sabe algo, o no hay nada que hacer.

Espejismos

2008-04-03T19:32:00.001+02:00

Esta semana, pusieron un episodio de CSI (repetido, y del que comenté algo en otra ocasión), en el que los protas descubren un BMW en el desierto, y Grissom se permite hacer comentario jocoso sobre si sería un espejismo. Bueno, era una broma, pero eso me recordó muchas otras referencias a espejismos, confundiéndolos con alucinaciones. Así, en el cómic Tintín en el país del oro negro, los ineptos Hernández y Fernández se pierden en el desierto, y sufren varios «espejismos» en forma de oasis, palmeras y ciudades. Seguro que vosotros podréis aportar más referencias a historias en los que los protagonistas dicen ver un espejismo, cuando en realidad se trata de una alucinación.

Y es que un espejismo no es ver una ciudad o un bosque inexistente. Se trata de un fenómeno óptico muy concreto, producido por la refracción de la luz, y que hace que veamos objetos reflejados en el suelo como si fuera un espejo (y de ahí, el nombre «espejismo»), proporcionando la ilusión de la existencia de agua en el terreno. Como he dicho, se trata de un fenómeno óptico, y por tanto, puede ser captado por las cámaras. No tiene nada que ver con que la excesiva insolación y deshidratación altere nuestra percepción de las cosas.

Para poder observar un espejismo, no es necesario estar en el desierto. Basta cualquier terreno más o menos llano y que retenga el calor, y un día caluroso. En estas condiciones, la temperatura del suelo es bastante superior a la del ambiente. El aire que está en contacto con el suelo, se toma calor de éste y eleva su temperatura. Este aire calienta a su vez al que tiene encima, y así sucesivamente, formándose una serie de capas de aire de distinta temperatura, siendo la más caliente la más cercana al suelo. El aire caliente es menos denso que el frío, y aunque esto hace que el aire caliente se eleve y el frío descienda, la constante cesión de calor del suelo al aire hace que el gradiente térmico se mantenga.

Así que tenemos varias capas de aire sobre el suelo, de distinta densidad. Resulta que el índice de refracción de la luz depende de la densidad del medio, por lo que a medida que la luz atraviesa las distintas capas de aire, se desvía. Si la luz incide con el ángulo adecuado, las sucesivas refracciones debidas a las distintas capas de aire, hace que el efecto global sea una reflexión. Y eso es lo que nosotros vemos: un reflejo. Además, debido a que el aire está en movimiento (el aire caliente sube y el frío baja), la densidad del aire oscila localmente, provocando que la imagen reflejada no sea perfecta, sino que parezca temblar y deformarse, como si se reflejara en una superficie líquida. Por eso parece que vemos agua.

Como he comentado antes, no hace falta irse al desierto para ver un espejismo. Cualquiera que haya viajado por carretera un día caluroso, habrá visto varios. El asfalto se calienta mucho con el sol, y es fácil ver espejismos, incluso en días de temperatura moderada. Parecen un gran charco en la carretera, que desaparece cuando nos acercamos.

Las misiones Apolo

2008-03-28T15:02:00.000+01:00

En al artículo sobre Mundo Anillo, al explicar los pequeños detalles de una órbita, me vino a la memoria una consulta que me hicieron hace tiempo, sobre cómo pudieron las misiones Apolo regresar de la Luna, teniendo en cuenta la inmensa cantidad de combustible necesaria para la ida, y el minúsculo tamaño de la cápsula para la vuelta (donde no podía caber demasiado combustible). En otras ocasiones, he oído o leído comentarios acerca del tema, mencionando la enorme cantidad de energía necesaria para «escapar» de la gravedad terrestre. Y sí, hay que gastar mucho combustible en todo el proceso, pero no tanto como uno podría pensar.

Lo primero que hay que tener muy claro es que la masa es un parámetro a minimizar a toda costa. El mantra a repetir es: «la masa es nuestra enemiga». Debido a la Segunda Ley de Newton, cuanta más masa, más fuerza necesitamos para proporcionar la misma aceleración. Eso quiere decir que necesitamos más combustible. Pero al añadir combustible, estamos incrementando todavía más la masa total del vehículo. Es más, en el espacio no hay aire, por lo que debemos cargar también con nuestro propio oxidante para quemar el combustible. Esto se traduce en más masa, y por tanto, más combustible y oxidante, que hace más pesado nuestro aparato... En fin, la pescadilla que se muerde la cola. Vemos por tanto que un pequeño incremento en la masa útil (lo que queremos transportar) se traduce en un incremento importante en la masa total del aparato (combustible, oxidante, y el propio contenedor de ambos). Por tanto, en un viaje de estas características, no hay que dudar en deshacerse de lo que no nos es útil, aunque eso suponga abandonar cosas para siempre en medio del espacio. Es más barato volver a fabricarlo de nuevo para otro viaje, que traerlo de vuelta para reutilizarlo.

Fijaos que podemos pensar al revés: a medida que consumimos nuestro combustible, la masa total disminuye, por lo que necesitamos menos combustible.

Para las misiones Apolo se utilizó el descomunal cohete Saturno V, que supongo muchos habréis visto en fotos o en documentales. Su masa total antes del despegue era de 3.000 toneladas. Era un cohete de tres etapas, de forma que a medida que se utilizaba cada etapa, ésta se desprendía (recordad, hay que librarse de lo que ya no nos sirve). Solo la primera etapa, con 2.200 toneladas, superaba en masa a la actual lanzadera espacial (unas 2.000 toneladas). Ésta era la que iniciaba el ascenso, y situaba el vehículo en una trayectoria suborbital, hasta una altura de 62 km.

La segunda etapa, de unas 480 toneladas, continuaba impulsando el cohete hasta casi ponerlo en órbita. Terminado su trabajo, se desprendía (como todo).

La tercera etapa, de ya «sólo» 120 toneladas, colocaba el vehículo en una órbita baja, a unos 165 km de la superficie terrestre. Su misión no terminaba ahí, por lo que se mantenía ensamblada mientras el vehículo daba algunas vueltas a la Tierra. Fijáos que llegados a este punto, hemos reducido la masa total de nuestro vehículo a más o menos la 25ª parte (nos hemos quedado con un 4% de la que teníamos al inicio), y lo hemos colocado en órbita.

Ahora viene lo que diferencia un viaje a la Luna de los demás: la maniobra denominada TLI (de TransLunar Injection, es decir, inyección translunar; un nombre muy original), en la que la tercera etapa del Saturno V impulsa nuestro vehículo hacia la Luna. Y en este punto es donde suele haber confusión. Uno podría pensar que hay que alcanzar la velocidad de escape para abandonar definitivamente la Tierra, pero no es así. Si hicieramos eso, pasaríamos de largo. La Luna también está en órbita alrededor de la Tierra. Muy lejos, sí, pero en órbita. Así que lo único que tenemos que hacer es aumentar la altura de nuestra órbita, hasta alcanzar la de la Luna. Pero eso no quiere decir que nuestra nueva órbita deba ser más o menos circular, a la altura de la Luna. Recordad que las órbitas son elipses, por lo que lo único que necesitamos es aumentar la altura del apogeo (máximo alejamiento) sin necesidad de variar la del perigeo (máximo acercamiento). Así que lo que hace realmente la tercera etapa es variar considerablemente la excentricidad de nuestra órbita, de forma que el apogeo intersecte con la Luna (bueno, no exactamente, que no queremos estrellarnos con ella), adquiriendo una órbita muy excéntrica. Y como en el espacio no hay rozamiento, una vez establecida la trayectoria, no necesitamos propulsarlo constantemente. Así que podemos deshacernos de la tercera etapa.

Llegados a este punto, nuestro vehículo consta de dos componentes: el módulo de mando y servicio (CSM, por Command/Service Module), que es la famosa cápsula cilíndrica terminada en cono, que habréis visto en muchas fotos, y el módulo lunar (LM, por Lunar Module), que es el cacharro con patas que aluniza. El CSM tenía una masa de unas 30,3 toneladas, y el LM de unas 14,7. Es decir, unas 45 en total; hemos aligerado mucho el vehículo. El CSM y el LM iban separados dentro del Saturno V, por lo que aprovechamos este momento para acoplarlos. El CSM gira 180º y se acopla por el morro al LM (cuando digo por el morro, me refiero a que el acoplamiento se hace en el morro del CSM, no que se hace por la cara).

Uno de los argumentos de los «apoloescépticos» es que un viaje así era imposible con la tecnología de la época, dado los cálculos que hay que hacer, y teniendo en cuenta que entonces no se podía miniaturizar un ordenador lo suficiente como para llevarlo a bordo. Bueno, precisamente por eso, porque se preveía que los cálculos podían tener un pequeño error, durante el trayecto a la Luna se tomaban medidas constantemente, y se comparaba la trayectoria real con la calculada. Si la diferencia no era aceptable, los propios astronautas corregían la trayectoria con los propulsores del CSM. Y precisamente porque la nave no tenía ordenador, todos los cálculos y decisiones se hacían en Houston.

Una vez nos acercamos a la Luna, debido a que nuestra trayectoria ha sido bien calculada (y posiblemente, corregida), la propia gravedad de aquélla nos «atrapará». Aún así, hay que ayudar un poco, pues la velocidad de la nave es demasiado elevada. Así que usamos el propulsor de CSM para frenar, y entrar en órbita alrededor de la Luna.

Bueno, ya casi hemos llegado. El LM es el único que aluniza, mientras que el CSM se queda en órbita. Como no es cuestión de dejar nuestro billete de vuelta desatendido, uno de los tres astronautas se tiene que quedar en él, y aguantarse las ganas de pisar la Luna. Los otros dos afortunados, se meten el el LM, que se separa del CSM, y disminuye su velocidad para «caer» hacia la Luna. Como no queremos estrellarnos, el LM utiliza su propulsor para posarse suavemente sobre nuestro satélite.

Ya hemos hecho una hazaña histórica. Pero ahora hay que volver a casa. Siguendo la filosofía de dejar lo que ya no nos sirve, no todo el LM despega. Sólo lo hace el llamado módulo de ascenso, que tiene su propio propulsor, y una masa de 4,5 toneladas (y recordar que en la superficie de la Luna, la gravedad es 1/6 de la terrestre). Todo lo demás (la patas del LM y su propulsor, el cochecito, etc), se deja allí abandonado. El módulo de ascenso debe ponerse en órbita, y reencontrarse con el CSM. Pero entre la poca masa que tiene, y la poca gravedad de la Luna, no se necesita demasiado combustible para ello. Una vez acoplados otra vez, los astronautas vuelven al CSM, y el módulo de ascenso ya no nos sirve, así que... ¿lo adivináis?

La vuelta a la Tierra es más económica, en términos de combustible. Nuestra nave sólo tiene 30 toneladas, y ya está en órbita. Pero además, una vez nos alejamos un poco de la Luna y disminuimos nuestra velocidad (con respecto a la Tierra), la propia gravedad Terrestre nos ayuda en nuestro viaje. Prácticamente, lo único que hacemos es «caer» hacia la Tierra (siguiendo una trayectoria elíptica, eso sí). Nuevamente, durante todo el viaje, monitorizamos nuestra posición, y hacemos las correciones oportunas.

Ya casi hemos llegado. El módulo de mando y servicio, está formado en realidad por dos partes: el módulo de mando, y el módulo de servicio (sí, ya sé, no se rompieron la cabeza poniendo nombres). El módulo de mando es la famosa y pequeña cápsula cónica que todos conoceréis, y donde están los astronautas. El módulo de servicio ya no es necesario, y por tanto lo desprendemos y lo abandonamos. El módulo de mando apenas tiene propulsión. La justa para maniobrar un poco. Teniendo en cuenta la enorme velocidad a la que viajamos ¿cómo hacemos para frenar? Fácil: la atmósfera se encarga de ello. Todos sabemos que la resistencia del aire se opone al movimiento, por lo que sólo tenemos que dejar que haga su trabajo. El problema es que debido a la velocidad, se alcanzan temperaturas muy altas. El módulo de mando debe estar especialmente diseñado para la reentrada, y además realizar la operación con un determinado ángulo. De lo contrario, sería un desastre.

Queda un pequeño detalle. Nuestra nave ha aminorado su velocidad, pero sigue cayendo. Para posarnos gracilmente sobre la superficie terrestre (en realidad, sobre el mar), volvemos a aprovecharnos de la atmósfera, con un invento sobradamente probado: el paracaidas. De esta forma, la presencia de atmósfera nos permite realizar la última etapa del viaje sin gastar un sólo litro de combustible.

Como veis, la mayor parte del combustible se gasta en realidad en el inicio del viaje, siendo el consumo cada vez menor, hasta ser realmente pequeño en la vuelta.

Para terminar, os dejo un interesante enlace de la web de la NASA: una animación Flash que explica muy bien todo el viaje, y los componentes del cohete y la nave.

IV Certamen «Teresa Pinillos»

2008-03-25T18:59:00.000+01:00

Como predecía en el envío anterior, MalaCiencia ya ha superado su primera «Megavisita», es decir, 10⁶ visitas, es decir, el millón de visitas.

Aprovecho la ocasión para comentaros (a petición de Nexociencia), de la convocatoria del IV Certamen «Teresa Pinillos» de ensayos de divulgación científica y humanística, Ensaya'08. Se trata de un certamen de ensayos cortos de divulgación, con una dotación económica de 2.000 € para el ganador, y 1.000 € para el segundo. El plazo de presentación termina el 31 de mayo. Al que le interese, encontrará más información en la propia web de Ensaya'08.

3 años online

2008-03-18T19:57:00.001+01:00

El pasado sábado (15 de marzo), MalaCiencia cumplió su tercer año. Hubiera querido publicar este artículo ese mismo día, pero por diversas cuestiones no he podido. Es casi una obligación hacer balance, y compararlo con el del año anterior. Según Statcounter, la media de visitas diaria es un poquito mayor que antes (más o menos, unas 1.400), y el total supera las 995.000, por lo que en esta semana (o la siguiente, que en vacaciones la gente se dedica a otras cosas), el blog alcanzará la mágica cifra del millón de visitas. Sé que no lo digo todas las veces que debería: gracias a todos.

Como va siendo habitual en los cumpleaños del blog, haré una pequeña reflexión sobre el mismo y las razones detrás de él.

De vez en cuando, aparecen comentarios alegando que no tiene sentido buscar la ciencia detrás de una historia de ciencia ficción (algunos de forma más educada que otros). Casi todos se pueden resumir en la idea «¿Qué más da? Es ciencia ficción», a lo que suelo responder que precisamente por eso, es interesante buscar la ciencia. Parece que la expresión «ciencia ficción» se ha convertido en sinónimo de algo inverosimil, imposible, o fantástico. Reconozco que yo mismo he utilizado el termino de esa manera en ocasiones (por ejemplo, al ver cómo en una película ambientada en Madrid, un personaje aparca el coche en frente de la puerta de su casa, en pleno centro). Y sin embargo la ciencia ficción no es sinónimo de fantasía. Conozco gente que mete en el mismo saco géneros tan dispares como la fantasía heroica (como El Señor de los Anillos), o el terror sobrenatural (como Drácula), y los llama «ciencia ficción». Y como su nombre indica, la ciencia ficción es ficción, sí, pero también ciencia. De hecho, una traducción más correcta del término original «science fiction», sería ficción científica, y no ciencia ficticia (que no es lo mismo).

Eso no quiere decir que toda la ciencia ficción deba ser como libros de texto un poco novelados. El género tiene multitud de subgéneros, lo que hace que la propia definición de ciencia ficción, no sea del todo clara (podéis leer una buena definición, en el Sitio de Ciencia Ficción). De hecho, hay subgéneros como las ucronías (historias de pasados alternativos) o la ciencia ficción «soft» (centrada más en los cambios de una sociedad), donde la ciencia y la tecnología ni siquiera es especulativa. Y hay otros en los que se roza el mundo de lo mágico y lo sobrenatural. ¿Es ciencia ficción la saga de La Guerra de las Galaxias? ¿Y la serie Jericho? ¿Y Perdidos? Seguro que se pueden buscar argumentos a favor y en contra de su inclusión o no.

En cualquier caso, el que califiquemos una historia como ciencia ficción o como fantástica, en mi opinión no da carta blanca para saltarse todo. Hay artificios fantásticos necesarios (como el hiperespacio en una historia futurista, o la magia en una historia de espada y brujería) y que uno simplemente se cree, pero también hay incoherencias, que en mi opinión sólo se pueden calificar como errores. Creo que un ejemplo muy ilustrativo de lo que intento decir, es el de Superman. Todos sabemos que sus poderes son imposibles: vuela, es invulnerable, superfuerte, lanza rayos calóricos por los ojos, etc. Es la premisa de la historia (los habitantes de Krypton son así), y uno se lo cree y lo asume, sin pensar si es científicamente posible o no. Nunca leeréis aquí un artículo sobre la imposibilidad de los poderes de Superman. Pero eso no debe dar pie a que cuando el Hombre de Acero vuele por el espacio, su capa ondee al viento.

Otro tema recurrente es el de «si no te gusta, no lo veas». Bueno, lo cierto es que ése es uno de mis lemas, y pocas veces veré una película si creo que no me va a gustar. Pero el señalar los errores de una película, no quiere decir que no me guste. De hecho, me encanta la ciencia ficción, la fantasía heroica, el terror sobrenatural, y el género fantástico en general. La saga de La Guerra de las Galaxias marcó mi niñez, y crecí soñando con viajar por una galaxia muy, muy lejana. Hasta recuerdo el cine donde vi la primera peli de la saga por primera vez (el episodio IV, para los despistados): el Maria Cristina, en Gijón (que me parece que ya no existe). El Señor de los Anillos es el único libro que he leído más de dos veces, y disfruté como un enano la adaptación de Peter Jackson. Incluso tuve que aguantar las ganas de levantar el puño en el cine y responder a la arenga del Rey Théoden, justo antes de la carga de los rohirrim, en El Retorno del Rey. También fuí durante años, un devorador de cómics de superhéroes (sobre todo, de los mutantes de la Marvel), y si no sigo siéndolo es únicamente por el gasto que representa seguir mes a mes todas las colecciones que me gustaría. Y la televisión... ¡Ah! Cuántas series de corte fantástico habré disfrutado, y sigo disfrutando: Star Trek, Galáctica (las dos versiones), El Coche Fantástico, Gárgolas, Mazinger Z, Embrujadas, Stargate, Perdidos... y sobre todo, Babylon 5, que en mi opinión (y que conste que es eso, una opinión) marcó un antes y un después en la ciencia ficción televisiva.

Precisamente, muchas veces me han dicho cosas justo en sentido contrario. La frase «cómo te puede gustar eso, tú que eres ingeniero», es algo con lo que he aprendido a convivir. Y es que no tiene nada que ver una cosa con la otra. Puedo ser muy racional con el mundo que me rodea, pero también me encantan las historias fantásticas de ficción. Y el hecho de que mi parte racional me haga ver sus errores científicos, no por eso me gustan menos.

Mundo Anillo

2008-03-06T19:51:00.000+01:00

Hace más o menos un mes, al comentar un relato de Larry Niven, avisé que no iba a tratar la inestabilidad del Mundo Anillo. Hoy sí lo haré. Aunque es algo que todo buen aficionado a la ciencia ficción posiblemente conocerá, y se ha tratado en otros sitios, pienso que es interesante explicar de forma sencilla por qué el gigantesco anillo de la saga es inestable, en oposición a una órbita estable.

¿Qué es el Mundo Anillo? Bueno, Mundo Anillo es una novela de Larry Niven (con tres secuelas), bastante afamada y galardonada en el género de la ciencia ficción. En ella se nos describe una superestructura artificial (donde el cuarteto protagonista aterriza de forma algo accidentada), que rodea una estrella como si fuera un anillo, sólida y rígida (es decir, no es una infinidad de pequeños objetos, como los anillos planetarios, sino un único y enorme cuerpo), que gira como una rueda, de forma que la fuerza centrífuga proporciona una gravedad similar a la de la Tierra. Dicha pseudogravedad y unas gigantescas paredes laterales mantienen una atmósfera en el anillo (como si fuera un canal de agua). En la novela se dan datos muy precisos de las dimensiones del anillo: su radio es de aproximadamente 1 ua (es decir, la distancia de la Tierra al Sol), su ancho de 1.600.000 km (poco más de 4 veces la distancia de la Tierra a la Luna), y las paredes laterales alcanzan una altura de 1.600 km (poco menos que el radio de la Luna). Intentad imaginar una estructura semejante.

¿Y qué quiere decir que es inestable? Pues que el equilibrio entre la estrella y el anillo es inestable. Es decir, un pequeño desplazamiento del anillo o de la estrella, de forma que ésta ya no esté en el centro, haría que el desplazamiento aumentara poco a poco, debido a la gravedad, hasta que la estrella y el anillo choquen, con catastróficas consecuencias.

¿Por qué? Bueno, veamos primero cómo funcionan las órbitas y por qué son estables. En varias ocasiones he explicado que un cuerpo en órbita alrededor de otro, en realidad está en caída libre, y que podemos pensar que la fuerza centrífuga del objeto en órbita se iguala a la gravedad a la que está sometido. Para simplificar el concepto, siempre he supuesto órbitas circulares. Sin embargo, en el mundo real, las órbitas son elipses (de las que la circunferencia es un caso muy particular).

Recordando la geometría del colegio, una elipse es una curva cerrada, con dos «centros» llamados focos. Para cada punto de la elipse, la suma de la distancia a cada foco, es siempre la misma. Es decir, si imaginamos triángulos de forma que dos de sus vértices siempre sean los dos focos, y el tercer vértice esté en un punto cualquiera de la elipse, todos los triángulos posibles tienen el mismo perímetro. Dos parámetros fundamentales de una elípse (que la definen completamente), son el semieje mayor (que es la mitad del «diámetro» que atraviesa ambos focos) y la excentricidad (que es el cociente entre la mitad de la distancia entre ambos focos, y el semieje mayor). Fijáos que si los focos están situados en el mismo punto (excentricidad cero), tenemos una circunferencia (donde el semieje mayor sería el radio).

Tras este breve recordatorio, volvamos a lo que nos interesa. En una órbita circular, la velocidad del objeto es siempre la misma. En una órbita elíptica, sin embargo, no es así. Hace ya bastante tiempo enumeré las famosas Leyes de Kepler, que nos describen cómo son las órbitas planetarias, pero las resumiré aquí: La primera ley nos dice que las órbitas son elipses y que el cuerpo principal (el orbitado) está en uno de los focos. La segunda ley nos dice que la recta que une el objeto en órbita con el cuerpo orbitado, barre areas iguales en tiempos iguales, y por tanto, el objeto se mueve más rápido cuanto más cerca está del cuerpo principal. La tercera ley nos dice que el cuadrado del periodo orbital es directamente proporcional al cubo del radio medio de la órbita.

Podemos ver por tanto, que la velocidad de un cuerpo en órbita no es constante, sino que oscila entre dos valores, alcanzando su máxima velocidad en el punto más cercano al cuerpo orbitado (llamado periapsis), y su mínima velocidad en el punto más lejano (llamado apoapsis). ¿Qué ocurre si variamos un poco la velocidad del objeto en órbita? Bien, aquí viene lo interesante. Al variar la velocidad en un punto dado, lo único que hacemos es modificar la órbita. Y eso no quiere decir que abandonemos la órbita, o que caigamos al cuerpo orbitado. A menos que alcancemos (o superemos) la velocidad de escape, seguiremos en una órbita elíptica. En el resto de casos, la elipse se modificará, variando su excentricidad, su semieje mayor o ambos. Otra cosa es que la nueva trayectora intersecte la superficie del cuerpo orbitado (lo que nos lleva inevitablemente a chocar contra él), o que se adentre demasiado en la atmósfera, frenándonos progresivamente, y disminuyendo cada vez más el semieje mayor, hasta que nos encontremos en el caso anterior (colisión).

La modificación de la órbita puede parecer a veces algo anti-intuitiva. Si aumentamos o disminuimos la velocidad tangencial (esto es, únicamente aceleramos o deceleramos en la dirección del movimiento) en el periapsis, aumentaremos o disminuiremos la distancia del apoapsis, y viceversa. Si aumentamos o disminuimos la velocidad radial (esto es, únicamente aceleramos o deceleramos en dirección perpendicular al movimiento), aumentamos o disminuimos la excentricidad de la órbita, pero manteniendo su periodo (y por tanto, el radio medio). Para los que tengáis curiosidad, el por qué de esto se explica muy bien y de forma muy sencilla, en la web Basics of Space Flight del JPL (en inglés).

Es importante recordar también que la velocidad es algo relativo. Es decir, depende de nuestro sistema de referencia, y que únicamente refleja la variación de la posición con respecto al tiempo. Esto quiere decir una alteración en la velocidad del cuerpo en órbita no sólo puede ser debido a una perturbación sobre él, sino también a una perturbación sobre el cuerpo orbitado. Es decir, sea la perturbación que sea, sobre el cuerpo que sea, siempre podremos expresarlo como una alteración de la velocidad o posición del cuerpo en órbita.

Si habéis conseguido aguantar toda la parrafada anterior, habréis comprendido algo fundamental. Podemos introducir perturbaciones en los objetos, que simplemente modificaremos las órbitas. Sólo si la perturbación es suficiente como para que el objeto en órbita alcance la velocidad de escape, o la nueva órbita intersecte la superficie (o una atmósfera con suficiente densidad), habremos «roto» el equilibrio. En el resto de casos (y de verdad, es un rango muy grande), simplemente se alcanzará un nuevo equilibrio. Es decir, los objetos en órbita son muy estables. De hecho, los planetas de nuestro sistema solar llevan dando vueltas al Sol desde que se formaron (y hace algunos miles de millones de años de eso).

Veamos ahora el anillo de Mundo Anillo. Se nos dice que gira como si fuera una rueda, con la estrella en el centro de la circunferencia, de forma que la fuerza centrífuga en su superficie es similar a la gravedad terrestre. Esto quiere decir que el anillo no está en órbita. Si arrojáramos algo por el borde o por un agujero en el «suelo», el objeto en cuestión sería lanzado lejos del sistema, como si «cayera» hacia el exterior. Si el anillo se rompiera en varios pedazos, éstos se alejarían de la estrella. El anillo debe soportar su propio «peso» sin quebrarse, y se mantiene en su sitio debido a que la estrella está en el centro de la circunferencia, de forma que la resultante total de las fuerzas entre estos dos objetos, se anula. ¿Y qué pasaría si la estrella o el anillo se desplazan un poco? Bueno, si el desplazamiento es perpendicular con respecto al plano del anillo (es decir, si pensamos que el anillo está «tumbado», el desplazamiento sería vertical), dado que todos los puntos de la circunferencia del anillo siguen a la misma distancia de la estrella, no pasaría gran cosa. De hecho, el sistema está en equilibrio estable en esos desplazamientos, ya que la gravedad hará que la estrella vuelva al plano del anillo, provocando un movimiento oscilatorio (como el de un péndulo).

Pero la cosa cambia si el desplazamiento es a lo largo del plano del anillo. Es decir, si la estrella (o su proyección soble el plano del anillo) deja de estar en el centro de la circunferencia. En ese caso, hay puntos del anillo que están más cerca de la estrella que otros, de forma que la atracción gravitatoria entre esa sección del anillo y la estrella, sería mayor. Esto provocaría que el desplazamiento aumentara (independientemente de su origen, ahora es la propia gravedad la que está aumentando el «descentre»), hasta que el lado del anillo más cercano a la estrella termine colisionando con ella.

Uno puede dudar de si esto es así. Después de todo, si bien es cierto que hay una parte del anillo más cerca de la estrella que otra, también es cierto que tenemos más cantidad de anillo al otro lado (y por tanto, más masa). Sin embargo, aplicando la conocida fórmula de la Ley de Gravitación Universal, y un poco de matemáticas vemos que es así. El problema es que las matemáticas necesarias incluyen cálculo integral (hay que calcular la fuerza para cada punto del anillo), por lo que para no asustar a nadie, buscaremos otra forma de entenderlo.

Un problema muy estudiado en física y matemáticas, es el de la gravedad producida por una esfera. Resulta que en una esfera perfecta y homogénea, para un punto exterior a ella, la fuerza gravitatoria total es igual a la producida por un punto de igual masa, situado en el centro de la esfera. Bueno, esto no parece nuevo, ya que es la simplificación que se suele utilzar al calcular órbitas. Lo interesante es que para un punto situado en el interior de la esfera de la fuerza gravitatoria total, es únicamente la producida por la parte de la esfera contenida en una esfera imaginaria de radio igual a la distancia al centro de la misma. Es decir, de forma más simple y sin complicaciones, dentro de una esfera hueca y homogénea (no importa el grosor que pueda tener), la gravedad es nula. Estemos en el centro, o no, todas las fuerzas gravitatorias se anulan mútuamente. Si estamos cerca de una de las paredes, la fuerza con la que nos atrae la parte que tenemos más cerca, es igual a la fuerza que nos atrae el «otro lado», que está más lejos, pero también tiene más masa (hay más cantidad de materia), y se cancelan mutuamente.

Imaginemos que la Tierra es hueca (que no lo es), y que estamos flotando en su interior, en el plano del ecuador, pero fuera de su centro, cerca de la corteza. Si cortamos nuestra tierra hueca un poco por los polos, hemos perdido parte de la masa que ejerce fuerza gravitatoria sobre nosotros. Pero además, esa parte que ha desaparecido, es la que nos atraía hacia el otro lado de nuestra tierra hueca, es decir, la que nos alejaba de la pared más cercana, es decir, parte de la que contrarrestaba la gravedad de la parte más cercana. En una situación así, caeríamos poco a poco hacia la corteza. Imaginad que seguimos recortando nuestra esfera desde los polos, hasta quedarnos con un anillo en el ecuador. Razonando de esta forma, podemos ver de forma intuitiva, que en un anillo, la fuerza gravitatoria total nos atraerá a la parte del anillo que esté más cerca de nosotros (si estamos en el centro, no hay parte más cercana que otra, por lo que estaremos en equilibrio).

Resumiendo el envío tan largo de hoy: un anillo sólido alrededor de una estrella, como el mostrado en Mundo Anillo, está en un equilibrio inestable, ya que si la estrella se desplaza mínimamente de su centro, el anillo se desplazará poco a poco hacia ella, debido a la gravedad. Y no es necesario que haya un desplazamiento de la estrella o el anillo. Pensad en un desplazamiento de masas dentro del anillo, como por ejemplo, una migración masiva de sus habitantes hacia un punto en concreto. El precario equilibrio se rompería.

Dicen que rectificar es de sabios, y ciertamente Niven merece este calificativo. Cuando se dio cuenta de (o le hicieron ver) la inestabilidad de su Mundo Anillo, escribió una secuela, Ingenieros del Mundo Anillo, que resuelve el problema mediante unos propulsores repartidos por la megaestructura, que corrigen las desviaciones del anillo (novela, por cierto, que aún no he leído, pero que estoy deseándo hacerlo en cuanto me haga con un ejemplar).

The Core: Caída libre

2008-02-27T19:48:00.000+01:00

Seguimos con The Core (aunque prometo que la semana que viene cambiaré de tema). Esta vez volveremos a la famosa geoda gigante, aunque por motivos muy diferentes. Si recordáis la secuencia en la que penetran en la geoda, los tripulantes están mirando la pantalla principal con precupación, amarrados a sus sillas. En el momento en el que traspasan la pared de la geoda, la nave cae, y los tripulantes se ven impulsados hacia el morro del Virgilio, es decir, hacia abajo.

Sin embargo, debería ocurrir justo lo contrario. La nave cae, y se supone que está en caída libre. Por tanto, como los habituales de este blog ya sabréis, en el interior de la misma, los ocupantes deberían experimentar algo similar a la ingravidez. Ya comenté en otras ocasiones, que los astronautas a bordo de un vehículo en órbita, están en caida libre, y que la ingravidez y la caída libre son indistinguibles (si no puedes ver el exterior, claro).

Bueno, uno puede pensar que en realidad la nave no está en caída libre. Después de todo, se supone que la geoda está llena de gases a muy alta presión (al salir al exterior, uno de los personajes dice algo así como «la buena noticia es que los trajes aguantan la presión»). Pero para que los ocupantes del Virgilio se vean impulsados hacia delante (hacia abajo, más bien), la nave debe haber aminorado su velocidad. Es lo que ocurre cuando viajamos en coche y frenamos bruscamente (el efecto es más notable si vas de pie en un autobus lleno de gente). Y la única forma de que eso ocurra es que los gases de la geoda ofrezcan una resistencia al avance mayor que la roca fundida del manto. Algo difícil de creer, y que además contradice lo que se ve en la peli, en la que el peligro de entrar en la geoda es la caida, con el correspondiente impacto contra el suelo.

Y hablando de impactos, la nave cae una altura bastante considerable. No nos dan cifras, pero puede verse que la distancia es varias veces la longitud del Virgilio. Y el vehículo era bastante largo. Así pues, podemos aventurar sin temor a equivocarnos que caen durante algunas decenas de metros (o dicho de otro modo, una altura equivalente a varios pisos). Y sí, el casco de la nave en indestructible, pero sus ocupantes no. Ya comenté en una ocasión que lo que nos hace daño en un impacto, es la brusca deceleración que sufre nuestro cuerpo. Sin embargo, los intrépidos terranautas ni siquiera tienen magulladuras.

The Core: Rotaciones y corrientes

2008-02-21T19:24:00.001+01:00

Este fin de semana pusieron en la tele la película The Core (El Núcleo), notable por tener el record de artículos dedicados en este blog (hasta le he dedicado una categoría y todo). Verla nuevamente me hizo recordar que todavía tengo algunas ideas pendientes sobre la peli. Una de ellas es sobre cómo «reiniciar» el núcleo terrestre.

Recordemos otra vez el argumento: el núcleo terrestre deja de rotar, lo que supone un terrible peligro para la vida en nuestro planeta al desaparecer el campo magnético terrestre, y un grupo de intrépidos héroes viajan hacia el centro de la Tierra en una nave diseñada al efecto, para hacer detonar unas cabezas nucleares en el núcleo, de forma que vuelva a girar. Concretamente, llevan 5 bombas de 200 megatones cada una, y el plan original es detonarlas todas juntas, en una única explosión. Más tarde, cuando llegan al núcleo externo, descubren que su densidad es menor de la que pensaban, y tras devanarse los sesos idean un plan alternativo: detonar las 5 cabezas por separado, en lugares y momentos diferentes, de forma que una cabeza explote cuando le alcance la onda expansiva de la anterior.

Sin embargo, suponiendo que la energía fuese suficiente (que no lo es, pero eso es otra historia), el plan original hubiera sido inútil. En la película no se especifica claramente si la idea es que el núcleo interno gire de nuevo (que se cree es sólido), o que sea el externo el que lo haga (o mejor dicho, generar una corriente circular, ya que se cree que es líquido). Se menciona en una ocasión que el núcleo interno es una bola de hierro del tamaño de Marte, girando sobre sí mismo, pero en las animaciones y simulaciones por ordenador, lo que se representa son las ondas y corrientes en el núcleo externo. En cualquiera de los dos casos, una única explosión no conseguiría nada.

¿Por qué? Bueno, una detonación en un fluido más o menos homogéneo, genera una onda expansiva esférica, de forma que la fuerza se transmite por igual en todas direcciones. De hecho, en los gráficos de las simulaciones, vemos las explosiones representadas por círculos concéntricos. Eso quiere decir que el núcleo interno se vería empujado por fuerzas que se anularían mútuamente en direcciones tangentes, quedando únicamente una fuerza neta radial. Para alterar el estado de rotación de un objeto, es necesaria la aplicación de un par o momento de fuerza, y para ello, tiene que haber algún tipo de fuerza neta tangencial. Imaginad una pelota flotando en el espacio. Si la empujáis de forma que la fuerza se vea dirigida hacia su centro, simplemente la desplazaréis de su posición, pero no la haréis girar.

Por otro lado, la onda expansiva se propagaría en todas direcciones, sin que haya ninguna en concreto que podamos considerar «preferente». Posiblemente las que viajen hacia el centro se comporten de forma diferente a las que viajen hacia fuera, pero eso no produciría que el núcleo externo rotase, ni se crearían corrientes con un sentido de giro alrededor del núcleo interno. Las corrientes se alejarían del lugar de la explosión, darían la vuelta alrededor del núcleo interno, y se juntarían en el extremo opuesto. Estamos ante un problema de simetría esférica, y por tanto, no hay ninguna dirección tangencial preferente.

O casi. La Tierra tiene un movimiento de rotación, que causa la conocida fuerza de Corolis. Dicho fenómeno rompe un poco la simetría esférica del problema. Sin embargo, parece más razonable usar desde el principio el «plan alernativo», que es totalmente asimétrico.

Un punto a favor de la peli, es que se hace hincapié en varias ocasiones, en el poco conocimiento que tienen los científicos sobre el interior de la Tierra, basado sobre todo en hipótesis (y que llega a convertirse en punto fundamental del argumento, cuando descubren su error sobre la densidad del núcleo externo). Y eso es cierto. No se sabe con seguridad el mecanismo que genera el campo magnético terrestre. Se tiene certeza de que tiene que ver con la composición del núcleo, y su rotación (un campo magnético es generado por el movimientro de cargas eléctricas), aunque se ignora los detalles. La hipótesis actual más plausible es que la generación del campo sea debida sobre todo a las corrientes del núcleo externo, más que a la rotación del núcleo interno.

Hay que tener en cuenta que dichas corrientes son algo caóticas (no penséis que todo el metal fundido gira de forma armoniosa en torno al núcleo interno). De hecho, el campo magnético terrestre ha variado bastante a lo largo de la historia geológica de nuestro planeta, llegando incluso a invertirse o atenuarse hasta casi desaparecer, de forma natural, debido a la variación de dichas corrientes. Y es que, para muchos, la dinámica de fluidos es la rama más compleja e incomprensible de la física, superando en ese aspecto, incluso a la relatividad o la mecánica cuántica.

Reanimator y el doctor decapitado

2008-02-13T19:44:00.000+01:00

En el envío sobre el instantáneo veneno de El Mundo Perdido, un lector comentó que en la película Tú asesina que nosotras limpiamos la sangre, la prota le da vueltas a la idea de si tras una decapitación, la cabeza puede seguir hablando. No he visto dicha peli, pero en seguida me acordé de Re-animator, película gore basada en el relato Herbert West: Reanimador de H. P. Lovecraft, en el que un médico (Herbert West, claro) inventa un suero que reanima a los muertos. Más o menos a la mitad de la peli, el prota decapita a un doctor rival, e inmediatamente inyecta su suero en la cabeza y el cuerpo. Ambas «partes» resucitan, y mientras la cabeza habla con el Dr. West, el cuerpo le ataca por detrás y le deja inconsciente. Este decapitado doctor será el villano durante el resto de la peli.

La película, a pesar de las vísceras y sangre que derrama, tiene algo de comedia y no hay que tomarla muy en serio. Pero aún creyéndonos que es posible reanimar a un muerto con un suero, y que además es capaz de mantenerlo vivo pese a no curar las heridas que lo mataron (como tener separada la cabeza del cuerpo), hay algunos detalles del decapitado que merecen la pena comentarse.

La primera de ellas es evidente: ¿Cómo puede hablar la cabeza? Y no me refiero a que la cabeza conserve o no capacidad de lenguaje, sino a la posibilidad física de emitir sonidos. Cuando hablamos, expiramos aire de nuestros pulmones, y hacemos vibrar nuestras cuerdas vocales. Esto produce un sonido, que posteriormente articularemos mediante la boca. Si el aire no pasa por las cuerdas vocales, y éstas no vibran, no podemos usar nuestra voz. Podemos hacer lo que comúnmente denominamos «hablar en voz baja», exhalando aire sin hacer vibrar las cuerdas vocales, por lo que en cualquier caso, para hablar es imprescindible hacer circular el aire a través de nuestra boca, y para ello necesitamos los pulmones. Una cabeza sin cuerpo, sencillamente no puede forzar dicha circulación de aire, y por tanto, no puede hablar. Además, dependiendo de en qué parte del cuello se haya producido la rebanación, puede que incluso las cuerdas vocales hayan sido seriamente dañadas. En la peli, sin embargo, la cabeza del doctor podía hablar con su voz, e incluso gemía y todo.

Otro detalle curioso es el hecho de que la cabeza sigue controlando el cuerpo, después de la decapitación. En una persona viva, el cerebro se comunica con los músculos mediante el sistema nervioso, que transmite los impulsos eléctricos que genera el cerebro, hasta su destino. ¿Cómo puede entonces una cabeza separada de su cuerpo, seguir enviando dichos impulsos? ¿Cómo se transmiten? Y recordemos que en la peli, el proceso de reanimación no es algo sobrenatural, sino que lo produce un suero desarrollado por un científico, es decir, no podemos tirar de la frase «lo hizo un mago» (esta vez no hay no-premio, que la cita es repetida).

Como curiosidad final, hay que decir que la peli tiene un pelín de buena ciencia. La mayoría de los reanimados se comportan de forma irracional, sin capacidad de habla, como si fueran animales. Los protas lo explican con el deterioro de las células del cerebro, que comienza tras la muerte (mejor dicho, tras la interrupción del suministro de oxígeno al cerebro, ya que el deterioro en sí es la muerte cerebral). Sin embargo, la reanimación del médico se realiza pocos segundos tras su decapitación, por lo que conserva perfectamente sus facultades mentales (si se me permite el chiste fácil, es el único reanimado que no pierde la cabeza).

House: Calambrazos con desfibriladores

2008-02-07T19:27:00.001+01:00

En el episodio de House de esta semana, uno de los tratamientos que recibe el paciente con misteriosa dolencia de turno, consiste en estar en una bañera llena de agua. En un momento dado, al hombre le da «un algo», y los aspirantes a ayudantes del cínico doctor, se lo llevan rápidamente a una camilla para darle una descarga con el desfribilador. Pero claro, el pobre hombre está mojado, por lo que deben intentar secarlo a toda prisa. Uno de los aspirantes, temeroso de que el paciente se muera por tardar demasiado en aplicarle la descarga, le pone los electrodos y activa el desfribilador antes de tiempo. Como resulato, el paciente es reanimado, pero el ayudante recibe también la descarga, y cae inconsciente.

Desde pequeños, nos repiten una y otra vez que nunca debemos tocar un aparato eléctrico, un enchufe o un interruptor, con las manos mojadas. Y ciertamente es un buen consejo, pero eso no quiere decir que si lo hacemos, nos electrocutemos en todos los casos. Aunque el agua en sí misma no es conductora de la electricidad, como expliqué hace tiempo, los compuestos que tiene disueltos en ella hacen que el conjunto sea conductor. A esto hay que añadir que la piel humana mojada, es mucho mejor conductora que la piel seca. Si tocamos un aparato eléctrico con una mano mojada, puede que parte del agua de nuestra mano discurra hasta dos puntos con un potencial eléctrico diferente, o que estemos en contacto eléctrico con el suelo (por ejemplo, descalzos, o con calzado que no tenga suela de goma) y el agua alcance un punto con potencial distinto al suelo. En esos casos, circulará corriente por nuestro cuerpo. Pero si el agua no entra en contacto con dichos puntos, no sucederá nada.

¿Qué ocurriría si aplicamos un desfibrilador a una persona mojada? Pues a menos que tengamos también las manos mojadas, y que el agua de nuestras manos alcance los contactos eléctricos de las palas del aparato, no nos sucederá nada. En el episodio se dice que la causa de la descarga que recibe el médico es que el paciente (y no el médico) estaba mojado, ya que no habían terminado de secarlo. Sin embargo, eso no es así. El paciente podría estar chorreando, que si el médico estaba seco, no le pasaría nada.

¿Y al paciente? Pues para él sería muy perjudicial estar mojado mientras le aplican la descarga. Pero no porque podamos electrocutarlo, como podríais pensar en un primer momento, sino por algo más sutil. Veréis, el motivo por el que se aplica una descarga eléctrica a un paciente que está fibrilando, es para hacer circular determinada intensidad de corriente por los músculos cardiacos, y que éstos vuelvan a funcionar con relativa normalidad. He comentado antes que la piel mojada es muy buena conductora de la electricidad. Si el paciente está mojado, la mayor parte de la corriente eléctrica, circulará por la piel y no por el corazón, lo que haría inutil la descarga (salvo para, tal vez, causarle quemaduras en la piel).

Actualización: Más sobre el tema en Mondo Médico (gracias a Sophie).

Las mareas de una estrella de neutrones

2008-01-30T19:45:00.000+01:00

Hoy voy a acercarme a un mundo poco tratado en este blog: la literatura. Y no es porque no lea mucho, pero parece que los escritores intentan documentarse mejor (salvo algunas excepciones por todos conocidas). Pero todos somos humanos y cometemos errores, incluido Larry Niven, uno de los más conocidos escritores de ciencia ficción hard o dura (es decir, la ciencia ficción más documentada y respetuosa con la ciencia). No, no voy a hablar de la conocida inestabilidad de su Mundo Anillo (aunque lo arregló en su secuela), sino de uno de sus relatos cortos: Estrella de Neutrones (Neutron Star).

La historia está ambientada en el famoso Espacio Conocido de Niven (al igual que la saga de Mundo Anillo). El protagonista es enviado a investigar una estrella de neutrones recién descubierta y averiguar por qué los integrantes de la misión anterior murieron aplastados. Ambas misiones son idénticas: acercarse a la estrella en una nave con un casco indestructible (los famosos cascos nº 2 de Productos Generales) e impenetrable, salvo para la luz visible y la gravedad, y trazar una trayectoria hiperbólica que le acerque a kilómetro y medio de la estrella en su periapsis (la distancia más corta a la misma). A medida que se acerca a la estrella descubre efectos aparentemente inexplicables, como una fuerza que le empuja hacia el morro de la nave, aunque el «acelerómetro» de la nave indica que está en caída libre. Tras varios experimentos (como lanzar un objeto hacia la cola), descubre el origen de la misteriosa fuerza: la marea. Así que se dirige hacia el centro de masas de la nave y se acurruca allí, esperando que la marea no le despedace. Finalmente sobrevive, y en el hospital le explica al que le envió a la misión, un Titerote de Pierson (o Titiritero, depende de la traducción), qué es la fuerza de la marea.

¿Y qué es la fuerza de marea? Bueno, en el relato está muy bien explicado, y también lo comenté hace poco, pero lo refrescaré: como la gravedad depende de la distancia, y todos los objetos tienen volumen, la fuerza gravitatoria que ejerce un objeto sobre otro varía a lo largo del volumen de éste. La cara visible de la luna, por ejemplo, es atraida por nuestro planeta con más fuerza que la cara oculta, y de hecho, la diferencia es tal que la mantiene así, con su rotación y traslación respecto a nosotros, sincronizadas.

Dado que la fuerza de gravedad es directamente proporcional a la masa, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, parece fácil de ver que cuanto más masivo sea un objeto, y cuanto más cerca estemos de él, mayor será la marea (pues la diferencia de fuerzas será mayor). De hecho, ése es el problema de acercarse demasiado a un objeto terriblemente masivo, como una estrella de neutrones, o un agujero negro. La gravedad total no es un problema en sí misma, pues con una sencilla trayectoria hiperbólica (como en el relato), evitamos quedar «atrapados». El problema es que cuanto más cerca se esté de un objeto así, mayor será la fuerza de marea, hasta que nos parta en dos.

A ese respecto, la explicación del relato es impecable. Incluso los experimentos que va realizando el protagonista, y las conclusiones que extrae, son un reflejo del método científico. ¿Cuál es el problema entonces? Pues que parece muy poco probable que en el futuro, un piloto de naves espaciales, no piense en algo tan básico como la marea, cuando le proponen pasar a kilómetro y medio de una estrella de neutrones, o cuando le explican lo que le había ocurrido a la anterior misión. De hecho, mientras leía la historia y explicaban en qué consistía la misión, pensé: «¿Cómo harán para contrarrestar la marea?». Y a medida que la historia avanzaba, gritaba para mí mismo: «¡La marea, idiota, la marea!» (no-premio para el que identifique la cita original).

Bueno, uno puede pensar que no se trata realmente de mala ciencia, sino de despiste o ignorancia de los personajes, pues el autor sabía perfectamente lo que es la marea. De hecho, el desconocimiento del titerote de lo que es la marea, sirve al protagonista para deducir que el mundo natal de estos (que nadie sabe dónde está), carece de lunas (aunque cualquier especie con tecnología para viajar a otros sistemas planetarios, debería conocer algo tan básico).

Sin embargo, hay otro detalle importante. Niven nos da datos concretos de la estrella y la distancia: 1,3 masas solares (una masa solar equivale a 1,9891·10³⁰ kg), 18 km de diámetro más una capa de 800 m y una milla de distancia de la superficie en su máximo acercamiento (1.609,344 m), lo que nos da una distancia total al centro de la estrella de 11.409 m. Así que tenemos todo lo necesario para calcular la fuerza de marea. ¿Cómo? Bueno, recordemos que la marea es en realidad una diferencia de fuerzas gravitatorias, debido a una diferencia de distancias. Podemos utilizar directamente la ecuación correspondiente a la Ley de Gravitación Universal que nos enseñaron en el colegio (F=G·M·m/r²), calcular la fuerza en dos puntos distintos, y restarlas. En este caso, como no conocemos el peso del protagonista, y para obtener un dato más general, calcularemos sólo la aceleración. Utilizando como distancias los 1.609 m del periapsis, y 1.610 m (es decir, una diferencia de sólo 1 metro), me sale una aceleración de más o menos ~~8,4·10⁹~~ 2.4·10⁷ g, es decir, una fuerza equivalente a ~~8.400~~ 24 millones de veces nuestro propio peso. Para una diferencia de un centímetro, la aceleración es de «sólo» ~~8,4·10⁷~~ 2,4·10⁵ g, es decir, ~~84 millones de~~ 240.000 veces nuestro peso. Parece evidente que por mucho que se acurrucara el protagonista, el pobre sería desmembrado, y sus trozos aplastados, mucho antes de llegar al periapsis.

Actualización (31 de enero de 2008). Se me olvidó que la distancia de una milla era a la superficie de la estrella, no a su centro, y que Niven también da los datos necesarios para calcular el radio de la estrella. He corregido los cálculos.

Baterías y el efecto memoria

2008-01-24T20:09:00.000+01:00

Cuando nos compramos un teléfono móvil, un ordenador portátil, una cámara digital o cualquier aparato con una batería recargable, inevitablemente el vendedor nos da el mismo consejo: hay que descargar totalmente la batería antes de cada recarga. Y como nos lo dice el que nos vende el aparato, pues le creemos. Y sin embargo, esto no es del todo cierto.

Antes de explicar por qué, vamos a ver un poco por encima cómo funciona una batería química y recargable. Una batería está compuesta por lo que se denominan células. Una célula consiste básicamente en un recipiente con dos materiales en su interior (electrodos), separados físicamente por otro material que permite contacto eléctrico entre ellos (electrolito). Las reacciones químicas de su interior producen un exceso de electrones en un electrodo (el polo negativo), y una ausencia de ellos en el otro (el polo positivo). Si unimos ambos extremos mediante un circuito, los electrones circularán desde el polo negativo al positivo, y tendremos una corriente eléctrica. En algunos casos, las reacciones son reversibles aplicando una corriente externa en sentido opuesto. Tenemos entonces una célula recargable, que podemos cargar y descargar varias veces.

Una pila pequeña de toda la vida (las típicas AA o AAA) está formada por una sóla célula (y además, muchas son no recargables). Sin embargo, las baterías de los dispositivos que he mencionado al principio, están formadas por más de una célula.

Básicamente existen tres tipos de baterías comercializadas para estos aparatos: de niquel-cadmio (Ni-Cd), de niquel-hidruro metálico (Ni-MH) y de iones de Litio (Li-Ion). Cada una de ellas tiene características diferentes, debido precisamente a su composición y reacciones químicas que se producen.

Las baterías Ni-Cd son las más antiguas de las tres. Tienen el llamado efecto memoria, que es la causa de que se recomiende descargar completamente la batería. Este efecto consiste en que la batería parece «recordar» el nivel de carga que tenía cuando se comienza a recargar, de forma que al utilizarse nuevamente, sólo se descarga hasta dicho nivel, disminuyendo obviamente su tiempo de uso. Sin embargo, esto no sucede cada vez que se carga una batería que no ha sido descargada totalmente. Para que aparezca el efecto memoria, la batería debe descargarse varias veces consecutivas hasta un mismo nivel (por ejemplo, al 50% de su carga). Aún así, es recomendable hacer descargas completas con cierta frecuencia, pero teniendo en cuenta que no es necesario hacerlo todas las veces (eso puede incluso acortar la vida de las baterías).

Y cuando digo descargar totalmente, no me refiero a quitarle hasta el último electrón, sino descargarla con su uso normal. Como he comentado antes, una batería tiene varias células. En un mundo ideal, las células serían totalmente idénticas, con idéntica carga, y se descargarían al mismo ritmo. Pero en el mundo real, es normal que alguna célula se descargue antes que otra. Si una célula es completamente descargada, sus vecinas aún tienen carga, y se sigue extrayendo corriente, la célula descargada se ve atravesada por la corriente de sus vecinas, deteriorándose. Si la célula queda inutilizada, habremos perdido su capacidad de carga, y por tanto, la batería en su totalidad tendrá menos capacidad.

Afortunadamente, los circuitos de los aparatos alimentados por estas baterías, están diseñados para evitar esto. Aunque las células mantienen más o menos el mismo voltaje exterior, a medida que se descargan, inevitablemente disminuye algo. En el caso de que una célula se descarge completamente, el voltaje total de la batería disminuye de forma más apreciable, por lo que se puede interrumpir el circuito al detectar un nivel de voltaje por debajo de determinado valor, deteniendo la descarga. Pero si utilizamos algún otro medio para descargarla, como conectándola a un simple circuito casero con una pequeña resistencia (una bombilla o un LED, para así saber si sigue circulando corriente o no), puede producirse el efecto antes mencionado, dañando nuestra batería. Por eso es preferible descargarla con el uso normal del aparato. Fijáos que en este caso, la batería perderá capacidad, y un usuario podría pensar que no la descarga lo suficiente en cada ciclo, cuando en realidad es justo al contrario.

De hecho, la causa física del efecto memoria, es la formación de unos cristales que hacen que el voltaje de algunas células disminuyan bruscamente antes de descargarse del todo. La circuitería externa detectará la caída de voltaje, y considerará que la batería se ha descargado, interrumpiendo el circuito.

Las baterías Ni-MH son más modernas que las Ni-Cd, y aunque también sufren el efecto memoria, este es menor. Lo dicho para las Ni-Cd es igualmente aplicable para estas.

Las baterías Li-Ion son las más modernas, y estas sí que no sufren el efecto memoria. Es más, el agotar estas baterías de forma completa antes de cada recarga, puede acortar su vida útil, por lo que lejos de ser una práctica recomendable, es algo que hay que evitar. Eso no quiere decir que no se pueda «apurar» la batería. De hecho, es conveniente descargarla completamente de vez en cuando (una vez al mes, por ejemplo).

Una cosa de la que no nos suele avisar el vendedor, y que es dañino para las baterías, es la sobrecarga. Uno puede pensar que cargando la batería más tiempo del necesario, se puede «ganar carga extra». Sin embargo, las sobrecargas continuadas también dañan nuestra batería, formando otra vez esos cristales en su interior, y produciendo el dichoso efecto memoria. Si el cargador es bueno, puede interrumpir la carga al detectar que la batería está completamente cargada, y evitar este problema.

¿Cómo sé qué batería utiliza mi aparato? Normalmente deberían venir en la propia batería, o en el manual (ese que nunca leemos). Así, si la batería es de Li-Ion (cada vez más usadas), no intentéis descargarla siempre hasta el final.

Para los curiosos y hambrientos de saber, os dejo una lista de enlaces sobre el tema:

Baterías defectuosas: un problema candente
Baterías de Litio-Ion: Mitos y Leyendas
Battery Information - Sci.Electronics.Repair FAQ (en inglés)
Dan's Quick Guide to Memory Effect, You Idiots (también en inglés)