El fascinante “mundo” del saber

¿Qué no será capaz de inventar el hombre para descubrir los misterios de la naturaleza?

Ha pasado mucho tiempo desde que Rutherford identificara la primera partícula nuclear (la partícula alfa). El camino ha sido largo y muy duro, con muchos intentos fallidos antes de ir consiguiendo los triunfos (los únicos que suenan), y muchos han sido los nombres que contribuyeron para conseguir llegar al conocimiento del átomo y del núcleo actual; los electrones circulando alrededor del núcleo, en sus diferentes niveles, con un núcleo compuesto de protones y neutrones que, a su vez, son constituidos por los quarks allí confinados por los gluones, las partículas mediadoras de la fuerza nuclear fuerte. Pero, ¿qué habrá más allá de los quarks?, ¿las supercuerdas vibrantes? Algún día se sabrá.

“No es que tengamos poco tiempo, sino que perdemos mucho” Eso nos decía Séneca en De la brevedad de la vida

En física, el tiempo es la cuarta coordenada espacial en el continuo espacio-tiempo. En gramática es la categoría que indica el momento relativo en que se realiza o sucede la acción del verbo: pretérito, lo que ha sucedido; presente, lo que sucede en ese momento y futuro, lo que aún no ha sucedido. Nos referimos al tiempo meteorológico para explicar el del clima (hace mal tiempo; qué tiempo más bueno hace hoy, etc). En mecánica, el tiempo puede estar referido a las fases de un motor. También están los tiempos referidos a cada una de las partes de igual duración en que se divide el compás musical. En astronomía nos referimos al tiempo de aberración en relación al recorrido de un planeta hasta llegar a un observador terrestre. El tiempo está también en la forma de cálculo horario que empleamos en nuestra vida cotidiana para controlar nuestros actos y evitar el caos (¿qué haríamos sin horario de trenes, de comercio, bancos, oficinas, etc?).

Pasado, Presente y Futuro: ¡Una Ilusión llamada Tiempo!

 ¡TODOS SOMOS UNO! ¡Qué disparate!

Es curioso como en el Universo las cosas tienden a repetirse. La Naturaleza tiene sus leyes para crear las cosas de la manera más sencilla y económica posible y siempre, tiende a ser práctica dándo formas que contribuyen a la estabilidad individual y de conjunto. Son esféricos los mundos, tienen forma de inmensos platillos volantes las galaxias, podemos ver como las inmensas nebulosas se esparcen por el espacio interestelar formando nuevas estrellas y ese suceso se repite una y otra vez en nuestra Galaxia y en todas las demás. Todo es fruto de dos fuerzas contrapuestas que hace estable las cosas: Un átomo tiene el núcleo con los protones cargados positivamente y, la presencia de electrones con la misma carga negativa, hace posible que existan y se puedan unir para formar moléculas y éstas a su vez para formar cuerpos.

Siempre está presente el jhecho de que pueda ocurrir un suceso en particular. Generalmente consideramos a la probabilidad como un axioma matemático que estima la tendencia que tiene algo a ocurrir en el universo físico. Pero la probabilidad es algo que existe en la naturaleza, embebida en las fluctuaciones cuánticas. Esto, en otras palabras, significa  que al tirar una moneda al aire, o al realizar cualquier acción, detonamos un proceso cuántico a nivel molecular que es el que determina de que lado cae. Lo interesante aquí es que se plantea que el mundo cuántico, con todas sus extrañas propiedades, define cualquier situación de la realidad  macroscópica.

No pocas veces hemos oído decir que el Universo surgió de una fluctuación del vacío, de la nada, y, lo cierto es que si surgió es porque había. Nada puede surgir de la NADA. Hay que prestar atención a lo que llamamos fluctuaciones que son desviaciones aleatorias en el valor de una cantidad sobre un valor medio. En todos los sistemas descritos por la mecánica cuántica aparecen las fluctuaciones, llamadas las fluctuaciones cuánticas -incluso en el cero absoluto de temperatura termodinámica como resultado del Principio de Indeterminación o Incertidumbre de Heisenberg-.

Un ejemplo de fluctuaciones nos lo ofrece la nebulosa Boomerang, ubicada a 5.000 años luz de la Tierra en la constelación de Centaurus, tiene una temperatura en centígrados de -272º C,  algo absolutamente inimaginable en términos terrestres. Las nebulosas planetarias, son estrellas nuestro Sol, pero que se encuentran en las fases finales de su vida y que han perdido ya sus capas exteriores. En el caso de la Boomerang, se trata de una nebulosa preplanetaria, inmediatamente antes de la fase planetaria con lo cual todavía no está ni siquiera lo suficientemente caliente como emitir radiación ultravioleta.

En cualquier sistema por encima del cero absoluto se presentan las fluctuaciones, llamadas fluctuaciones térmicas. Es necesario tener en cuenta las fluctuaciones para obtener una teoría cuantitativa de las transiciones de fase en tres dimensiones. Las fluctuaciones cuánticas pudieron ser las responsables de la formación de estructuras en el universo primitivo.

Podemos hablar de transiciones de fase al referirnos a las características de un sistema y los cambios que allí se producen. Algunos ejemplos de transiciones de fase son los cambios de sólidos a líquidos, líquido a gas y los cambios inversos. Otros ejemplos de transiciones de fase incluyen la transición de un paramagneto a un ferromagneto y la transición de un metal conductor normal a superconductor. Las transiciones de fase pueden ocurrir al alterar variables como la temperatura y la presión. Un ejemplo de transición de fase a “cámara lenta” -por lo que suele tardar-, es ver como una estrella como nuestro Sol, se convierte en gigante roja primero y en enana blanca después. Existen transiciones prohíbidas que, sin embargo, cuando el acoplamiento espín-órbita es tenido en cuenta… ¡se vuelven permitidas!, aumentando su intensidad con la intensidad del acoplamiento espín-órbita. Pero eso, es otra historia.

       La materia siempre está implicada cuando hablamos de fluctuaciones

¡Tiene y encierra tantos misterios la materia!…,  que estamos aún y años-luz de saber y conocer sobre su verdadera naturaleza. Es algo que vemos en sus distintas formas materiales que configuran y conforman todo lo material las partículas elementales hasta las montañas y los océanos. Unas veces está en estado “inerte” y otras, se eleva hasta la vida que incluso,  en ocasiones, alcanza la consciencia de SER. Sin embargo, no acabamos de dilucidar de dónde viene su verdadero origen y que era antes de “ser” materia. ¿Existe acaso una especie de sustancia cósmica anterior a la materia? Y, si realmente existe esa sustancia… ¿Dónde está?

Nos podríamos preguntar miles de cosas que no sabríamos contestar.  Nos maravillan y asombran fenómenos naturales que ocurren ante nuestros ojos pero que tampoco sabemos, en realidad, a que son debidos.  Sí, sabemos ponerles etiquetas , por ejemplo, la fuerza nuclear débil, la fisión espontánea que tiene lugar en algunos elementos como el protactinio o el torio y, con mayor frecuencia, en los elementos que conocemos como transuránicos.

A medida que los núcleos se hacen más grandes, la probabilidad de una fisión espontánea aumenta.  En los elementos más pesados de todos (einstenio, fermio y mendelevio), esto se convierte en el método más importante de ruptura, sobrepasando a la emisión de partículas alfa.

¡Parece que la materia está viva!

¿Y la Luz, qués es la Luz? Dicen que el día que sepamos descubrir los misterios que encierran el electrón (e^–) -electromagnetismo-, el fotón (lambda” />), c, la velocidad d ela luz en el vacío –relatividad– y, el cuanto de Planc (h), la constante de Planck, ese día, se habrá conseguido despejar los más grandes misterios de la Naturaleza que están profundamente escondidos en lo que se llama alfa (α), la constante de estructura fina 1/137. Otra vez el dichoso número 137 puro y adimensional, un número que no lo inventaron los hombres y que está en la Naturaleza tal cual, cargado de mensajes que debemos desvelar.

Muchas son las cosas que hemos podido llegar a saber pero…, muchas más son las que desconocemos. Sabemos que el electrón y el positrón son notables por sus pequeñas masas (sólo 1/1.836 de la del protón, el neutrón, el antiprotón o antineutrón), y, por tal motivo, han sido denominados leptones (de la voz griega lepto que significa “delgado”). Sin embargo y a pesar de su aparente insignificancia, el electrón es tan importante para nosotros que, simplemente con que su carga variara una diezmillonésima, ¡los átomos no se podrían formar! Y, en ese caso, ¿Qué universo sería el nuestro?

Aunque el electrón fue descubierto en 1.897 por el físico británico Josepth John Thomson (1856-1940), el problema de su estructura, si la hay, no está resuelto.  Conocemos su masa y su carga negativa que responden a 9,1093897 (54)x10^-31kg la primera y, 1,602 177 33 (49)x10^-19 culombios, la segunda, y también su radio clásico. No se ha descubierto aún ninguna partícula que sea masiva que el electrón (o positrón) y que lleve  una carga eléctrica, sea lo que fuese (sabemos como actúa y cómo medir sus propiedades, pero aun no sabemos qué es), tenga asociada un mínimo de masa, y que es la que se muestra en el electrón.

                  Josepth John Thomson

Lo cierto es que, el electrón, es una maravilla en sí mismo.  El Universo no sería como lo conocemos si el electrón (esa cosita “insignificante”), fuese distinto a como es, bastaría un cambio infinitesimal para que, por ejemplo, nosotros no pudiéramos estar aquí .

(“Aunque no se trata propiamente de la imagen real de un electrón, un equipo de siete científicos suecos de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Lund consiguieron captar en vídeo por primera vez el movimiento o la distribución energética de un electrón sobre una onda de luz, tras ser desprendido previamente del átomo correspondiente.

Previamente dos físicos de la Universidad Brown habían mostrado películas de electrones que se movían a través de helio líquido en el International Symposium on Quantum Fluids and Solids del 2006. Dichas imágenes, que mostraban puntos de luz que bajaban por la pantalla fueron publicadas en línea el 31 de mayo de 2007, en el Journal of Low Temperature Physics.

En el experimento que nos ocupa y dada la altísima velocidad de los electrones el equipo de investigadores ha tenido que usar una nueva tecnología que genera pulsos cortos de láser de luz intensa (“Attoseconds Pulses”), habida que un attosegundo equivalente a la trillonésima parte de un segundo”.)

¡No por pequeño, se es insignificante! Recordémoslo, todo lo grande está hecho de cosas pequeñas.

Louis de Broglie

En realidad, existen partículas que no tienen en absoluto asociada en ellas ninguna masa (es decir, ninguna masa en reposo).  Por ejemplo, las ondas de luz y otras formas de radiación electromagnéticas se comportan como partículas (Einstein en su efecto fotoeléctrico y De Broglie en la difracción de electrones.) lo dejaron bien explicado.

Imagen ilustrativa de lo que pretender ser la dualidad onda-partícula, en el cual se puede ver (según se cree) cómo un mismo fenómeno puede tener dos percepciones distintas. Esta manifestación en de partículas de lo que, de ordinario, concebimos como una onda se denomina fotón, de la palabra griega que significa “luz”.

El fotón tiene una masa de 1, una carga eléctrica de 0, pero posee un espín de 1, por lo que es un bosón. ¿Cómo se puede definir lo que es el espín? Los fotones toman parte en las reacciones nucleares, pero el espín total de las partículas implicadas antes y después de la reacción deben permanecer inmutadas (conservación del espín).  La única que esto suceda en las reacciones nucleares que implican a los fotones radica en suponer que el fotón tiene un espín de 1. El fotón no se considera un leptón, puesto que este termino se reserva para la familia formada por el electrón, el muón y la partícula Tau con sus correspondientes neutrinos: V_e, V_u y V_T.

Existen razones teóricas para suponer que, cuando las masas se aceleran (como cuando se mueven en órbitas elípticas en torno a otra masa o llevan a cabo un colapso gravitacional), emiten energía en forma de ondas gravitacionales.  Esas ondas pueden así mismo poseer aspecto de partícula, por lo que toda partícula gravitacional recibe el de gravitón.

La fuerza gravitatoria es mucho, mucho más débil que la fuerza electromagnética.  Un protón y un electrón se atraen gravitacionalmente con sólo 1/10³⁹ de la fuerza en que se atraen electromagnéticamente. El gravitón (aún sin ) debe poseer, correspondientemente, menos energía que el fotón y, por tanto, ha de ser inimaginablemente difícil de detectar.

Tenemos que volver a los que posiblemente son los objetos más misteriosos de nuestro Universo: Los agujeros negros.  Si estos objetos son lo que se dice (no parece que se pueda objetar nada en contrario), seguramente serán ellos los que, finalmente, nos faciliten las respuestas sobre las ondas gravitacionales y el esquivo gravitón.

Imagen de un agujero negro en el núcleo de una galaxia arrasando otra próxima- NASA

La onda gravitacional emitida por el agujero negro produce una ondulación en la curvatura del espacio-temporal que viaja a la velocidad de la luz transportada por los gravitones. Tenemos varios proyectos en marcha de la NASA y otros Organismos oficiales que buscan las ondas gravitatorias de los agujeros negros, de colisiones estrellas de neutrones y de otras fuentes análogas que, según se cree, nos hablará de “otro universo”, es decir, nos dará información desconocida y sabremos “ver” un universo distinto…  ¡El reflejado por las ondas elecromagnéticas! que es el que ahora no conocemos.

¡Sorpresa!

 

El físico Stephen Hawking da una rueda de prensa ante los medios gallegos en el Porta do Camiño en su visita a Santiago de Compostela (A Coruña). / Andres Fraga

 

“Stephen Hawking y los agujeros negros están indisolublemente ligados. No es que los descubriera él, ni mucho menos, pero sus investigaciones e importantes aportaciones sobre estos exóticos objetos predichos teóricamente y detectados (por sus efectos) en el universo, se remontan a trabajos clave de hace más de cuatro décadas. Ahora afirma que no existen los agujeros negros, al menos como se entienden habitualmente. En su momento presentó un artículo, una prepublicación que aún no ha pasado el proceso normal de revisión científica, pero que inmediatamente ha ganado notoriedad. Lo firma él solo, tiene cuatro páginas (una de presentación, dos de argumento y la última de referencias) y lleva un título extraño:Conservación de la información y predicción meteorológica para los agujeros negros. Los físicos presentan habitualmente sus artículos en la web arXiv, donde son públicos, antes de someterlos al proceso de evaluación de expertos obligado su la publicación oficial.”

 

Lo cierto es que, sería una enorme decepción si se confirmara que los Agujeros Negros no existe. Es mucho lo que de ellos se ha escrito y muchas las horas y estudios e investigaciones que han sido realizadas acerca de estos exóticos objetos del Universo. Me pasa con ésta noticia como con aquella en la que alguien decía que el fotón no existía, o, que los electrones corrían más que los fotones. Ambas noticias, la del fotón y la del agujero negro, me parecen disparatadas, ya que, si no existen lo fotones ¿que es la Luz? y,  cuál es el cuanto o bosón intermediario del electromagnetiusmo? Y, en relación a los agujeros negros, ¿en qué se convierte una estrella masiva al final de su vida? ¿Qué hay más allá de las estrellas de neutrones? ¿Qué son esos focos de radiación que se detectan en el centro de las galaxias y que atraen hacia ellos descomunales cantidades de materia? ¡Parece que empezamos a desvariar!

Tendré que leer el artículo del Señor Hawking pero… ¡Tengo mis dudas de que acierte en sus predicciones!

emilio silvera

  Existen mundos en los que no me gustaría vivir

               ¡NO! No es el gran Ojo que todo lo ve y nos mira desde las alturas

Simplemente se trata del fenómeno que conocemos como “Halo atmosférico”, un anilo o arco de luz que parece rodear al Sol (también a la Luna), resultado de la refracción y la reflexión de la luz solar o lunar por los cristales de hielo de los cirros. Los halos solares y lunares más comunes tienen un diámetro angular de 46^º. Por lo general, el borde del halo muestra un efecto prismático, estandio la luz azul refractada hacia el borde exterior y la rpoja al interior. Como resultado de la refracción preferencial de la luz hacia el borde del halo , la zona del cielo interior a un halo completo es más oscura que la interior. Los halos lunares solo pueden ser vistos claramente cuando la Luna es brillante, típicamente en un intervalo de cinco días en torno a la Luna llena.

El Halo Galáctico está referido a cualquier material situado en una distribicón aproximadamente esférica alrededor de una galaxia, y que se extiende hasta más allá de las regiones visibles. Puede referirse a la población de estrellas viejas (Población II), incluyendo a los cúmulos globulares, con poca o ninguna rotación alrededor del centro galáctico; o gas tenue, altamente ionizado y de alta temperatura que envelve a toda la galaxia, incluso, muchas veces el halo galáctico está referido a una especie de neblina inconcreta que circunda toda la galaxia sin que termine de hacerse presente pero, ahí está.

Alguna vez podemos contemplar una imagen que nos parece más o menos atractiva pero, no sabemos discernir sobre lo que en realidad estamos contemplando. Por ejempo, arriba tenemos la conocida como NGC 604,  una región H II gigante en la galaxia del Triángulo. Una región H II es una nube de gas y plasma brillante que puede alcanzar un tamaño de varios cientos de años-luz y en la cual se forman estrellas masivas. Dichas estrellas emiten copiosas cantidades de luz ultravioleta extrema (con longitudes de onda inferiores a 912 Ångstroms) que ionizan la Nebulosa a su alrededor.

                                                        Las regiones H II son muy abundantes en nuestra Galaxia

Cada átomo de hidrógeno ionizado contribuye con dos partículas al gas, es decir, con un protón y un electrón. Las Regiones H II son calientes con temperaturas típicas de 10 000 K, y son entre 10 y 100 000 veces más densas que las regiones H I. Se encuentran normalmente alrededor de las estrellas O y B jóvenes y masivas, siendo el gas ionizado por su intensa luz ultraviloleta, haciendo que éste brille. La Nebulosa de orión es una famosa Región H II. Las Regiones H II pueden ser detectadas en la Galaxia por sus intensas emisiones en radio e infrarrojo. La radioemisión es debidaal bremsstrahlung del gas ionizado, y la radiación infrarroja a la emisión térmica del polvo.

Las Regiones H II están aquí muy presentes y dada su gran extensión. La nebulosa de Orión es uno de los objetos astronómicos más fotografiados, examinados, e investigados.⁸ De ella se ha obtenido información determinante acerca de la formación de estrellas y planetas y a partir de nubes de polvo y gas en colisión. Los astrónomos han observado en sus entrañas discos protoplanetarios, enananas marrones, fuertes turbulencias en el movimiento de partículas de gas y efectos fotoionizantes cerca de estrellas muy masivas próximas a la nebulosa.

Una región H I es una nube formada por hidrógeno atómico frío, poco denso y no ionizado con temperaturas de alrededor de 100 K. Las regiones HI no emiten radiación en el rango visual, sólo en la región de radio. La notación H I se refiere al hecho de que los átomos de Hidrógeno no están ionizados como lo están en los que están presentes en la regiones H II (arriba). Cada átomo de Hidrógeno neutro contribuye al gas justo con una partícula. la Densidad de las regiones H I es demasiado baja como para que se formen moléculas de hidrógeno, y la luz estyelar disociará cualquier molécula formada, de manera que el gas permanece en forma de átomo. El Hidrñógeno neutro contrinuye aproximadamernte a la mitad de toda la materia interestelar en masa y en volumen,  con una densidad media de 1 Átomo/ cm³. Las regiones H I son frías.

Del asomnbroso universo son miuchas las cosas que desconocemos, y, poco a poco, vamos pudiendo descubrir muchos de sus misterios que nos acercan cada vez más, a saber dónde estamos y lo que podemos o no podemos esperar de lo que hay en nuestro entorno.

 

La de que la Voyager 1 había dejado atrás la zona bajo influencia directa del viento solar y se encontraba ya surcando el espacio interplantario se convirtió rápidamente en una de las grandes noticias astronómicas del año, en especial por toda la carga simbólica que representa que, por primera vez, un construido por la Humanidad había traspasado por primera vez esa frontera invisible que nos separa y aisla del océano estelar. Pero para los científicos de la misión la llegada a este nuevo reino con una sonda aún operativa y capaz de seguir enviado datos al menos hasta 2020 es un regalo del que esperan grandes resultados. Y es que más allá del límite solar se extiende una región tan amplia como desconocida, y mucho más compleja de lo que podamos imaginar.

Concepción de un artista de una estrella variable cataclísmica.

Ejemplo de una estrella binaria, donde dos cuerpos con masa similar orbitan alrededor de un centro de masa en órbitas elípticas y ejemplo de una estrella binaria, en donde dos cuerpos con una pequeña diferencia de masa orbitan alrededor de un centro de masa.

En el efecto periastro se puede contemplar el brillo de una estrella binaria que tiene una órbita altamente excéntrica. Cuando la separación entre las componentes es mínima. Es de hecho, un aumento del efecto de reflexión en el instante del periastro, y surge por la misma causa: la irradiación de una estrrella por la otra.

Hemos llegado a saber de nuevas estrellas, vientos estelares, radiación, energías, estrellas de neutrones o púlsares, agujeros negros, enanas rojas y blancas, ¿estrellas de Quarks? ¿materia oscura? mundos…¿Civilizaciones? ¡El Universo! Lo que todo lo contiene, ahí estan presentes todas las cosas que existen y las que tienen que existir… El espaciotiempo, las fuerzas fundamentales de la Naturaleza…¡La Vida!

Cuando pensamos en la edad y el tamaño del Universo lo hacemos generalmente utilizando medidas de tiempo y como años, kilómetros o años-luz. Como y a hemos visto, estas medidas son extraordinariamente antropomórficas. ¿Por qué medir la edad del Universo con un “reloj” que hace “tic” cada vez que nuestro planeta completa una órbita alrededor de su estrella madre, el Sol? ¿porqué medir su densidad en términos de átomos por metro cúbico? Las respuestas a estas preguntas son por supuesto la misma: porque es conveniente y siempre lo hemos hecho así.

Ésta es una situación en resulta especialmente apropiado utilizar las unidades “naturales” la masa, longitud y tiempo de Stoney y Planck, las que ellos introdujeron en la ciencia física para ayudarnos a escapar de la camisa de fuerza que suponía la perspectiva centrada e el ser humano.

Es caer en la tentación de mirarnos el ombligo y no hacerlo al entorno que nos rodea. Muchas más cosas habríamos evitado y habríamos descubierto si por una sola vez hubiésemos dejado el ego a un lado y, en lugar de estar pendientes de nosotros mismos, lo hubiéramos hecho con respecto a la naturaleza que, en definitiva, es la que nos enseña el camino a seguir.

A lo menos una vez al día, el cielo en su parte alta, es iluminado por un gran destello producido por grandes explosiones de rayos gamma. A menudo, esos destellos alcanzan magnitudes superiores a las que pueden ser generadas por todo un conjunto de otros rayos cósmicos y desaparecen posteriormente sin dejar más rastro. Nadie puede predecir cuando volverá a ocurrir la próxima explosión o de que dirección del cielo procederá. Hasta ahora, no contamos con evidencias duras como para asegurar cuáles podrían ser las fuentes precisas de donde provienen esos rayos gamma que observamos en lo alto del cielo, las razones que ocasionan los grandes destellos y la distancia en la cual ocurre el fenómeno.

La edad del Universo visible ≈ 10⁶⁰ tiempos de Planck

Tamaño del Universo visible ≈ 10⁶⁰ longitudes de Planck

La masa del Universo visible ≈ 10⁶⁰ masas de Planck

Vemos así que la bajísima densidad de materia en el Universo es un reflejo del hecho de que:

Densidad actual del Universo visible ≈10^-120 de la densidad de Planck

Y la temperatura del espacio, a 3 grados sobre el cero absoluto, es, por tanto

Temperatura actual del Universo visible ≈ 10^-30 de la Planck

Nosotros, una simple brizna de materia que el Universo elaboró utilizanso la evolución que se produce en el paso del tiempo

Estos números extraordinariamente grandes y estas fracciones extraordinariamente pequeñas nos muestran inmediatamente que el Universo está estructurado en una escala sobre humana de proporciones asombrosas cuando la sopesamos en los balances de su propia construcción.

Con respecto a sus propios patrones el Universo es viejo. El tiempo de vida natural de un mundo gobernado por la gravedad, la relatividad y la mecánica cuántica es el fugaz breve tiempo de Planck. Parece que es mucho más viejo de lo que debería ser.

Pero, pese a la enorme edad del Universo en “tics” de Tiempos de Planck, hemos aprendido que casi todo este tiempo es necesario para producir estrellas y los elementos químicos que traen la vida.

En todas las regiones del interestelar donde existen objetos de enormes densidades y estrellas supermasivas se pueden producir sucesos de inmensas energías y, en regiones de gas y polvo de muchos años-luz de diámetro, es donde surgen los Sistemas solares que contienen planetas aptos para la vida.

¿Por qué nuestro Universo no es mucho más viejo de lo que parece ser? Es fácil entender por qué el Universo no es mucho más joven. Las estrellas tardan mucho tiempo en formarse y producir elementos más pesados que son las que requiere la complejidad biológica. Pero los universos viejos también tienen sus problemas. Conforme para el tiempo en el Universo el proceso de de estrellas se frena. Todo el gas y el polvo cósmico que constituyen las materias primas de las estrellas habían sido procesados por las estrellas y lanzados al espacio intergaláctico donde no pueden enfriarse y fundirse en nuevas estrellas. Pocas estrellas hacen que, a su vez, también sean pocos los sistemas solares y los planetas. Los planetas que se forman son menos activos que los que se formaron antes, la entropía va debilitando la energía del sistema para realizar . La producción de elementos radiactivos en las estrellas disminuirá, y los que se formen tendrán semividas más largas. Los nuevos planetas serán menos activos geológicamente y carecerán de muchos de los movimientos internos que impulsan el vulcanismo, la deriva continental y la elevación de las montañas en el planeta. Si esto también hace menos probable la presencia de un campo magnético en un planeta, entonces será muy poco probable que la vida evolucione hasta formas complejas.

Las estrellas típicas como el Sol, emiten desde su superficie un viento de partículas cargadas eléctricamente que barre los atmósferas de los planetas en órbitas a su alrededor y a menos que el viento pueda ser desviado por un magnético, los posibles habitantes de ese planeta lo podrían tener complicado soportando tal lluvia de radiactividad. En nuestro solar el magnético de la Tierra ha protegido su atmósfera del viento solar, pero Marte, que no está protegido por ningún campo magnético, perdió su atmósfera hace tiempo.

Probablemente no es fácil mantener una larga vida en un planeta del Sistema solar. Poco a poco hemos llegado a apreciar cuán precaria es. Dejando a un lado los intentos que siguen realizando los seres vivos de extinguirse a sí mismos, agotar los recursos naturales, propagan infecciones letales y venenos mortales y emponzoñar la atmósfera, también existen series amenazas exteriores.

                                           Credit: Emily Lakdawalla/Ted Stryk

La mayoría de asteroides, incluyendo Vesta, están en el cinturón de asteroides que se sitúa entre Marte y Júpiter. Otros asteroides giran en círculos mas cerca del Sol que de la Tierra, mientras que un gran de ellos comparten orbitas planetaria. Dada esta gran variedad de asteroides, algunos particularmente extraños han sido descubiertos en los últimos dos siglos desde que el primer asteroide fuera descubierto (Ceres en 1801).

Los movimientos de cometas y asteroides, a pesar de tener la defensa de Júpiter, son una serie y cierta amenaza para el desarrollo y persistencia de vida inteligente en las primeras etapas. Los impactos no han infrecuentes en el pasado lejano de la Tierra habiendo tenido efectos catastróficos. Somos afortunados al tener la protección de la luna y de la enorme masa de Júpiter que atrae hacia sí los cuerpos que llegan desde el exterior desviándolos de su probable trayectoria hacia nuestro planeta.

La caída en el Planeta de uno de estos enormes pedruscos podría producir extinciones globales y retrasar en millones de años la evolución, o, por el contrario, evitar que siga cualquier de evolución produciendo la extinción total y dejando la Tierra como un planeta muerto.

Ahora los Gobiernos más avanzados, están constituyendo un consorcio para colaborar en la detección de estos imprevistos visitantes que nos podrían dar desagradables sorpresas nunca deseadas. Detectarlos a tiempo siempre será mejor que velos llegar de pronto con las rerribles consecuencias que dicha caída en el planeta puede provocar.

emilio silvera

 Nosotros y nuestra ignorancia

La vida (a partir de su primer paso, del primer individuo de cada especie) surgió en el Universo de manera expontánea y (no sabemos si debido al Azar), bajo ciertas circunstancias muy especiales que estaban presentes en ciertos lugares del Universo, lo que dio lugar al surgir de la vida tal como la conocemos y, posiblemente, de muchas más formas desconocidas para nosotros. Y, todo eso amigos, es Entropía Negativa. Ahora, Las características de un ser vivo son siempre una recombinación de la información genética heredada. De todas las maneras, hay que alcarar que la vida existe porque el Universo es como lo observamos, sus características permiten su presencia. Hay vida en nuestro universo debido a que las cuatro fuerzxas fundamentales y las constantes universales lo permiten.

CONSECUENCIA LOGICA: Las variaciones dentro de una misma especie son el resultado de una gran cantidad de información genética presente ya en sus antepasados y, como consecuencia de la lógica evolución, de la aparición espontánea de nueva información genética…

Aquí, en todo su esplendor, tenemos un trozo de Universo que, nos está hablando de la creación. Esas estrellas brillantes, azuladas y supermasivas que radían en el ultravioleta ionizando toda la región circundante, es un signo, inequívoco de que la vida está cerca. Elementos sencillos se transformaran en otros más complejos y, apareceran aminoácidos y la química-biológica que hacer, mucho más tarde, que sea posible la aparición de la vida en algún mundo perdido en las profundidades de una Galaxia que, como la nuestra, tendrá otras “Tierras” y otros “Seres”.

Cuántas veces se preguntó la Humanidad: ¿Hay vida en el Universo, además de la que existe en la Tierra? Las leyes de la Física, aplicables a toda la materia y la energía, tienen sin duda un papel fundamental en la comprensión del Universo y por ello la Astrofísica ha tenido un desarrollo espectacular en los últimos tiempos a pesar de la escasez de materia como la que conocemos.

Por otro lado, como el Universo es muy grande, las densidades medias son muy bajas y la materia se encuentra normalmente en estructuras muy simples, en forma de átomos y partículas individuales. La composición química del Universo y sus procesos son por ello también importantes para comprender su evolución, dando pie al uso más o menos extendido de astroquímica. Sin embargo, las moléculas complejas son relativamente raras y los organismos vivos muchísimo más. La parte Biológica del Universo que conocemos se reduce a nuestro propio planeta por lo que parece excesivo poder hablar de Astrobiología. Por qué tenemos que preocuparnos por una parte tan ínfima del Universo. Ciertamente porque los seres humanos pertenecemos a esta extraña componente y, ya que no podemos reproducir en el laboratorio el paso de la química a la biología, es en el contexto del Universo (el gran Laboratorio) y su evolución en el que podemos analizar los límites y las condiciones necesarias para que emerja la vida en cualquier sitio.

En las Nebulosas nacen las estrellas, en sus hornos nucleares se producen las transiciones de fases necesarias para crear los elementos complejos necesarios para la vida. Si alrededor de las nuevas estrellas surgen nuevos mundos, ¿por qué tras miles de millones de años de evolución no puede surgir la vida en ellos, si como existe la posibilidad, están situados en la zona habitable? Las leyes del Universo son las mismas en todas partes y, todas las regiones del Cosmos, por muy alejadas que estén, están sometidas a ellas. Si en el planeta Tierra está presente el agua corriente, una atmósfera y la vida, ¿Por qué sería diferente en otros planetas similares que a millones pululan por nuestro Universo?

La Astrobiología es una ciencia que ha surgido en la frontera entre varias disciplinas clásicas: la Astronomía, la Biología, la Física, la Química o la Geología. Su objetivo final es comprender cómo surgió la vida en nuestro Universo, cómo se distribuye y cuál es su evolución primitiva, es decir, cómo pudo establecerse en su entorno.

En otras palabras, trata de comprender el papel de la componente biológica del Universo, conectando la astrofísica y la astroquímica con la biología. Intenta para ello comprende el origen de la vida. : El paso de los procesos químicos prebióticos a los mecanismos bioquímicos y a la biología propiamente dicha.

Naturalmente, en Astrobiología nos planteamos preguntas fundamentales, como la propia definición de lo que entendemos como Vida, cómo y cuándo pudo surgir en la Tierra, su existencia actual o en el pasado en otros lugares o si es un hecho fortuito o una consecuencia de las leyes de la Física. Algunas de estas cuestiones se las viene formulando la humanidad desde el principio de los tiempos, pero ahora por primera vez en la historia, los avances de las ciencias biológicas y de la exploración mediante tecnología espacial, es posible atacarlas desde un punto de vista puramente científico. Para ello, la Astrobiología centra su atención en estudiar cuáles son los procesos físicos, químicos y biológicos involucrados en la aparición de la vida y su adaptabilidad, todo ello en el contexto de la evolución y estructuración, o auto-organización, del Universo.

Muchos son los que postulan que, las galaxias espirales son autogeneradoras a través de las explosiones supernovas y, siembran el espacio interestelar de la semilla creadora de la vida, además, este proceso regenerativo crea entropía negativa  tratando de luchar contra el deterioro de la galaxia como sistema cerrado que de esta forma se mantiene y perdura. Nuevas y energéticas estrellas azuladas pueblan las regiones galácticas que se llenan de promesas futuras de nuevos mundos y nuevas formas de vida.

Como cualquier otra ciencia, la Astrobiología está sujeta a la utilización del método científico y por tanto a la observación y experimentación junto con la discusión y confrontación abierta de las ideas, el intercambio de datos y el sometimiento de los resultados al arbitraje científico. La clave de la metodología de esta nueva ciencia está en la explotación de las sinergias que se encuentran en las fronteras entre las disciplinas básicas mencionadas anteriormente, una región poco definida, cuyos límites se fijan más por la terminología que por criterios epistemológicos.

Un aspecto importante de la investigación en el campo de la Astrobiología es la herramienta fundamental que representa el concepto de complejidad. La vida es un proceso de emergencia del orden a partir del caos que puede entenderse en medios no aislados y, por tanto libres de la restricción de la segunda ley de la termodinámica, como un proceso complejo. En este sentido, la emergencia de patrones y regularidades en el Universo, ligados a procesos no lineales, y el papel de la auto-organización representan aspectos esenciales para comprender el fenómeno de la vida. Transiciones de estado, intercambios de información, comportamientos fuera de equilibrio, cambios de fase, eventos puntuales, estructuras autorreplicantes, o el propio crecimiento de la complejidad, cobran así pleno sentido en Astrobiología.

Muchos han sido, a lo largo de la historia de la Humanidad, los que visionaron el futuro que nos espera: “Yo puedo imaginar un infinito número de mundos parecidos a la Tierra, con un jardín del Edén en cada uno”. Lo afirmaba Giordano Brunoa finales del siglo XVI, antes de ser quemado por orden de la Inquisición Romana. Y, sí, muchas veces nos hicimos esa pregunta…

¿Habrá vida en otros mundos?

Planetas inimaginables ¿que formas de vida acogerán? La pregunta que se plantea encima de la imagen de arriba tiene una fácil contestación: SÍ, hay otras formas de vida en el Universo, en planetas parecidos o iguales que la Tierra. Si no fuese así, la lógica y la estadística dejarían de tener sentido.

Un problema básico de esta ciencia, ya mencionado al principio, es la cantidad de datos disponibles, de sujetos de estudio. No conocemos más vida que la existente en la Tierra y ésta nos sirve de referencia para cualquier paso en la búsqueda de otras posibilidades. La astrobiología trata por ello de analizar la vida más primitiva que conocemos en nuestro planeta así como su comportamiento en los ambientes más extremos que encontremos para estudiar los límites de su supervivencia y adaptabilidad. Por otro lado, busca y analiza las condiciones necesarias para la aparición de entornos favorables a la vida, o habitables, en el Universo  mediante la aplicación de métodos astrofísicos y de astronomía planetaria. Naturalmente, si identificáramos sitios en nuestro sistema solar con condiciones de habitabilidad sería crucial la búsqueda de marcadores biológicos que nos indiquen la posible existencia de vida presente o pasada más allá de la distribución de la vida en el Universo o, en caso negativo, acotaríamos aún más los límites de la vida en él.

Titán, más allá de los anillos. Ahí podríamos encontrar lo que con tanto afán buscamos: otras formas de vida que, de una vez por todas, nos ofrezca la certeza de que no estamos solos en tan vasto Universo y, dada la conformación y caracterísiticas de ese pequeño mundo, no podríamos extrañarnos de que, la vida, incluso pudiera estar sabasada en otro elemento distinto del Carbono.

Diferentes condiciones ambientales pueden haber dado lugar a la vida e incluso permitido la supervivencia de algunos organismos vivos generados de forma casual, como experimento de la naturaleza. La Astrobiología trata de elucidar el papel de la evolución del Universo, y especialmente de cuerpos planetarios, en la aparición de la vida. En esta búsqueda de ambientes favorables para la vida, y su caracterización, en el sistema solar, la exploración espacial se muestra como una componente esencial de la Astrobiología. La experimentación en el laboratorio y la simulación mediante ordenadores o en cámaras para reproducir ambientes distintos son una herramienta que ha de ser complementada por la exploración directa a través de la observación astronómica, ligada al estudio de planetas extrasolares, o mediante la investigación in situ de mundos similares en cierta forma al nuestro, como el planeta Marte o algunos satélites de los planetas gigantes Júpiter y Saturno, como Europa, Encelado o el de arriba, Titán.

Después de un viaje de siete años a través del sistema solar abordo de la nave Cassini, la sonda Huygens de la ESA, pudo con éxito, pasar a través de la atmósfera de Titán (la mayor luna de Saturno) tomar tierra a salvo en su superficie para poder enviarnos datos e imágines que nos dejaron con la boca abierta por el asombro de lo que allí existe y , de lo que pueda estar presente… ¿Vida microbiana?

La componente instrumental y espacial convierte a la Astrobiología en un ejemplo excelente de la conexión entre ciencia y tecnología. Los objetivos científicos de la Astrobiología, hemos visto, que requieren un tratamiento trans-disciplinar, conectando áreas como la física y la astronomía con la química y la biología. Esta metodología permite explotar sinergias y transferir conocimiento de unos campos a otros para beneficio del avance científico. Pero además, la Astrobiología está íntimamente ligada a la exploración espacial que requiere el desarrollo de instrumentación avanzada. Se necesitan tecnologías específicas como la robótica o los biosensores habilitadas para su empleo en condiciones espaciales y entornos hostiles muy diferentes al del laboratorio. Naturalmente la Astrobiología emplea estos desarrollos también para transferir conocimiento y tecnologías a otros campos de investigación científica y en particular, cuando es posible, incluso al sector productivo.

Pero repasemos, para avanzar, cuáles son las áreas científicas propias de la Astrobiología. Como se ha dicho, es una ciencia interdisciplinar para el estudio del origen, evolución y distribución de la vida en el Universo. Para ello requiere una comprensión completa e integrada de fenómenos cósmicos, planetarios y biológicos. La astrobiología incluye la búsqueda y la caracterización de ambientes habitables en nuestro sistema solar y otros planetas alrededor de estrellas más alejadas, la búsqueda y análisis de evidencias de química prebiótica o trazas de vida larvada o extinguida en cuerpos del sistema solar como Marte o en lunas de planetas gigantes como Júpiter y Saturno. Asimismo se ocupa de investigaciones sobre los orígenes y evolución de la vida primitiva en la Tierra analizando el comportamiento de micro organismos en ambientes extremos.

Anhidrobiosis “vida sin agua”

 Hidratación durante 3 h. ¿qué no habrá por ahí fuera? Otros como los Acidófilos: Se desarrollan en ambientes de alta acidez, como el Picrophilus, los organismos de la cuenca del Río Tinto,  en Huelva o la arquea que habita en una mina californiana llamada Iron Mountain, que crece en PH negativo. Los Organismos radiófilo o radiorresistente es aquél capaz de sobrevivir y prosperar en ecosistemas con niveles muy altos de radiaciones ionizantes. Los Halófilosque se Se desarrollan en ambientes hipersalinos, como las del género Halobacterium, que vicven en entornos como el Mar Muerto. Los Termófilos: Se desarrollan en ambientes a temperaturas superiores a 45 °C, algunos de ellos, los Hipertermófilos tienen su temperatura òptima de crecimiento por encima de los 80 °C., como el  Pyrococcos furiosus, donde las chimenes termales submarinas son testigos de ese asombroso hecho. Otros, como los Psicrófilos, que  se desarrollan en ambientes de temperatura muy fría, como la Polaromanas vacuaolata. También tenemos los tasrdígrados, que se deshidratan para quedar como muertos durante cientos de años en condiciones de criptobiosis y pueden resistir en el espacio. Otros viven sin oxígeno, los hay que habitan a muchos metros bajo la superficie, o, algunos que existen con un bajo índice de humedad. En fin, la gama es amplia y nos muestra una enorme lista de protagonistas que, em medios imposible pueden vivir sin el menor problema. Y, si eso es así (que lom es), ?qué problema puede existir para que exista vida en otros planetas?

Los seres vivos surgen por todo el Universo y en las más extremas condiciones. Simplemente con observar lo que aquí tenemos nos podemos hacer una idea de lo que encontraremos por ahí fuera. Creo (aunque pudiera haber otras) que la vida en el Universo estará basada, como la nuestra, en el Carbono. El Carbono es el material más idóneo para ello por sus características especiales.

Desde el punto de vista más astronómico, la Astrobiología estudia la evolución química del Universo, su contenido molecular en regiones de formación estelar, la formación y evolución de discos proto-planetarios y estrellas, incluyendo la formación de sistemas planetarios y la caracterización de planetas extrasolares. En este campo en particular se han producido avances recientes muy importantes con la obtención de imágenes directas de planetas extrasolares y la identificación de algunos de ellos como puntos aislados de su estrella central gracias a técnicas de interferometría.

Inmensas Nubes moleculares habitan en las galaxias y, dentro de ellas, al calor de las estrellas se producen transiciones de fase que nos traen la química-biológica para que la vida sea posible.

La caracterización de atmósferas de planetas extrasolares con tránsitos han permitido detectar CO₂ en la atmósfera de otros mundos y se ha descubierto el planeta más parecido a la Tierra por su tamaño y suelo rocoso aunque con un período demasiado corto para ser habitable. El lanzamiento de la misión Kepler de la NASA nos permite abrigar esperanzas de encontrar finalmente un planeta “hermano” del nuestro en la zona de habitabilidad de otra estrella.

El campo de la Astronomía planetaria, la Astrobiología estudia la evolución y caracterización de ambientes habitables en el sistema solar con el fin de elucidar los procesos planetarios fundamentales para producir cuerpos habitables.

Esto incluye el análisis de ambientes extremos y análogos al de Marte en nuestro planeta, como resulta ser la cuenca del Río Tinto en Huelva, así como la exploración de otros cuerpos del sistema solar, Marte en particular. Y, a propósito de Marte, recuerdo la emoción que sentí cuando la NASA detectó un foco de CH₄ en el planeta. Al igual que los eucariotas, muchas bacterias respiran oxígeno. Pero otras bacterias utilizan para la respiración nitrato disuelto (NO₃) en lugar de Oxígeno, y aún otras usan iones sulfato (SO₄^2-) u óxidos metálicos de hierro o manganeso. Unos pocos procariotas pueden incluso utilizar CO₂, que hacen reaccionar con ácido acético en un proceso que genera gas natural, que es el gas metano CH₄ detectado en Marte. Dado que el planeta no muestra actividad volcánica, la fuente de dicho metano, ¿por qué no? podría ser bacteriana.

Estructura celular de una bacteria, típica célula procariota. El metabolismo de los procariotas es enormemente variado y resisten condiciones ambientales sorprendentes por lo extremas en parámetros como la temperatura y la acidez, entre otros,

El descubrimiento en Marte de agua en forma de hielo así como las claras evidencias de la existencia de agua líquida en su superficie en el pasado, proporcionadas por la observación de modificaciones de la componente mineralógica atribuidas al agua líquida en el subsuelo. Hoy por hoy, se considera que la presencia de agua líquida es una condición necesaria, aunque no suficiente, para la aparición de la vida ya que proporciona el caldo de cultivo para que las moléculas prebióticas se transformen en microorganismos biológicos.

En estas investigaciones el estudio del satélite Titán de Saturno mediante la sonda europea Huygens ha marcado un hito importante al acercarnos a un entorno prebiótico donde el metano ejerce un papel dominante.

En este sentido la posibilidad de explorar el satélite Europa, alrededor de Júpiter, es un claro objetivo de la Astrobiología dado que la espesa corteza de hielo que lo cubre puede esconder una gran masa de agua líquida.

Finalmente, la Astrobiología también contempla una serie de actividades más próximas al laboratorio en el que se analiza la evolución molecular, desde la química prebiótica, pasando por la adaptación molecular, hasta los mecanismos bioquímicos de interacción y adaptación al entorno. En este campo son muy importantes los estudios centrados en los límites de la biología, como la virología, y herramientas para la comprensión de los mecanismos de transmisión de información, de supervivencia y adaptabilidad, como las cuasi-especies. Entre los últimos avances de la química prebiótica de interés para la Astrobiología se encuentra el análisis de la quiralidad, una preferencia de la química de los organismos vivos por una simetría específica que nos puede acercar al proceso de su formación durante el crecimiento de la complejidad y la jerarquización de los procesos. Naturalmente, los mecanismos de transferencia de información genética resultan críticos para comprender la adaptabilidad molecular y son otro objetivo prioritario de la Astrobiología.

Está claro que la historia científica de la creación de la vida puede resultar una narración apasionante que, correctamente explicada en unión de los conocimientos que hoy poseemos del Universo, puede conseguir que comprendamos la inevitabilidad de la vida, no sólo ya en el planeta Tierra (único lugar -de momento-) en el que sabemos que está presente, sino por todos los confines del inmenso Universo. La diversidad biológica que podríamos contemplar de poder observar lo que por ahí fuera existe, nos llevaría más allá de un simple asombro.

Pero, ¿es realmente cierto que la ignorancia supera al conocimiento como camino más directo hacia el asombro? Bueno, lo que sí sabemos que es cierto es el hecho de que, cuanto más sabemos de las cosas, menos propensos somos al asombro. Y, siendo mucho lo que desconocemos de la historia de la vida y también de la del Universo, podemos decir que sabemos lo suficiente para “saber” que no estamos solos.

Algún día (espero que no demasiado lejano en el tiempo), encontraremos la prueba irrefutable de la existencia de la vida fuera de la Tierra. Espero que lo que hallemos no difiera exageradamente de lo que aquí existe y de lo que existió, seguramente, en esos otros lugares, el recorrido de la vida habrá sido muy similar al nuestro, y, la mayor diversidad de la vida será microbiana, esas formas primarias de vida que reconocemos como los verdaderos diminutosm arquitectos de los ecosistemas terrestres. Aquí en la Tierra, la historia completa de la vida abarca unos 4.000 millones de años, desde los extraños mundos de los océanos sulfurosos que se extendían bajo una atmósfera asfixiante, pasando por bacterias que respiraban hierro, hasta llegar por fin a nuestro familiar mundo de oxígeno y ozono, de valles boscosos, de animales que nadan, corren o vuelan. Ni Sheherazade podría haber imaginado un cuento más fascinante.

Hace poco NASA publicó esta foto de una de las lunas de Júpiter. Es volcánica, y genera océanos de lava y azufre. ¿Quién sabe lo que ahí pueda estar presente? Desde luego yo no puedo afirmar ni negar nada. Sin embargo, según lo descubierto aquí en la Tierra, mejor dejar la respuesta para más adelante.

Hemos alcanzado un nivel de desarrollo intelectual muy aceptable y, puesto que somos grandes animales, se nos puede perdonar que tengamos una visión del mundo que tiende a celebrar lo nuestro, pero la realidad es que nuestra perspectiva es errónea. Tenemos un concepto de nosotros mismos que, habiendo sido elaborado en nuestro cerebro tiende a ser tan irreal que, incluso llegamos a creernos especiales, y, la verdad es que, lo que tenemos de especial queda reducido al ámbito familiar, social y poco más. En el contexto del Universo, ¿que somos?

Creer que en un Universo “infinito” sólo existen unos seres que habitan un minúsculo objeto redondo, un grano de tierra de una simple Galaxia de entre cien millones…Parece, al menos, pretencioso. Dejemos que la Astrobiología nos indique el camino a seguir, que nuestros ingenios espaciales nos abran el camino y, cuando llegue el momento, partamos a conocer a nuestros hermanos.

La Fuente:

Volumen 23, número 3 de 2009 de la Revista Española de Física, donde se publicó un magnifico trabajo de  D. Álvaro Giménez,  del Centro de Astrobiología INTA-CSIC. También tiene su parte aquí Andrew H. Knoll, reconocido paleontólogo que, en su libro La vida en un planeta joven, nos ofrece una apasionante narración sobre la vida, y, finalmente, lo poco que por mi parte he podido aportar.

emilio silvera