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¡La curiosidad! Nos lleva al conocimiento de las cosas

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Queriendo saber    ~    Comentarios Comments (2)

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 Hacia 1.900 se sabía que el átomo no era una partícula simple e indivisible, como predijo Demócrito, pues contenía, al menos, un corpúsculo subatómico: el electrón, cuyo descubridor fue J. J. Thomson, el cual supuso que los electrones se arracimaban como uvas en el cuerpo principal del átomo de carga positiva que era el núcleo descubierto por Rutherford.

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Poco tiempo después resultó evidente que existían otras subpartículas en el interior del átomo. Cuando Becquerel descubrió la radiactividad, identificó como emanaciones constituidas por electrones algunas de las radiaciones emitidas por sustancias radiactivas. Pero también quedaron al descubierto otras emisiones. Los Curie en Francia y Ernest Rutherford en Inglaterra detectaron una emisión bastante menos penetrante que el flujo electrónico. Rutherford la llamó rayos alfa, y denominó rayos beta a la emisión de electrones.

 

Los electrones volantes constitutivos de esta última radiación son, individualmente, partículas beta. Así mismo, se descubrió que los rayos alfa estaban formados por partículas, que fueron llamadas partículas alfa. Como ya sabemos, alfa y beta son las primeras letras del alfabeto griego y se escriben con los gráficos α y β.

 

Entretanto, el químico francés Paul Ulrico Villard descubría una tercera forma de emisión radiactiva, a la que dio el nombre de rayos gamma, es decir, la tercera letra del alfabeto griego (γ). Pronto se identificó como una radiación análoga a los rayos X, aunque de menor longitud de onda.

Mediante sus experimentos, Rutherford comprobó que un campo magnético desviaba las partículas alfacon mucho menos fuerza que las partículas beta. Por añadidura, las desviaba en dirección opuesta, lo cual significaba que la partícula alfa tenía una carga positiva, es decir, contraria a la negativa del electrón. La intensidad de tal desviación permitió calcular que la partícula alfa tenía como mínimo una masa dos veces mayor que la del hidrogenión, cuya carga positiva era la más pequeña conocida hasta entonces.

 

En 1.909, Rutherford pudo aislar las partículas alfa. Puso material radiactivo en un tubo de vidrio fino rodeado por vidrio grueso, e hizo el vacío entre ambas superficies. Las partículas alfa pudieron atravesar la pared fina, pero no la gruesa, lo que dio lugar a que las partículas quedaran aprisionadas entre ambas, y Rutherford recurrió entonces a la descarga eléctrica para excitar las partículas alfa, hasta llevarlas a la incandescencia. Entonces mostraron los rayos espectrales del helio.

 

Hay pruebas de que laspartículas alfa producidas por sustancias radiactivas en el suelo constituyen el origen del helio en los pozos de gas natural. Si la partícula alfa es helio, su masa debe ser cuatro veces mayor que la del hidrógeno. Ello significa que la carga positiva de éste último equivale a dos unidades, tomando como unidad la carga del hidrogenión.

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Más tarde, Rutherford identificó otra partícula positiva en el átomo. A decir verdad, había sido detectada y reconocida ya muchos años antes. En 1.886, el físico alemán Eugen Goldstein, empleando un tubo catódico con un cátodo perforado, descubrió una nueva radiación que fluía por los orificios del cátodo en dirección opuesta a la de los rayos catódicos. La denominó rayos canales.

 

Part of Astronomy that study physical and chemical characteristics of heavenly bodies. Astrophysics is the most important part of Astronomy at the present time owing to advance of modern physics. Doppler- Fizeau´s effect, Zeeman´s effect, quantum theories and thermonuclear reactions applied to study of heavenly bodies have permitted to discover the solar magnetic field, study stellar radiations and their processes of nuclear fusion, and determine radial velocity of stars, etc. Electromagnetic radiation of heavenly bodies permits to make spectrum analysis of themselves, and they are the principal fountain of information in this part of Astronomy

En 1.902, esta radiación sirvió para detectar por vez primera el efecto Doppler-Fizeau respecto a las ondas luminosas de origen terrestre. El físico alemán de nombre Johannes Stara orientó un espectroscopio de tal forma que los rayos cayeron sobre éste, revelando la desviación hacia el violeta. Por estos trabajos se le otorgó el premio Nobel de Física en 1.919.

Puesto que los rayos canales se mueven en dirección opuesta a los rayos catódicos de carga negativa, Thomson propuso que se diera a esta radiación el nombre de rayos positivos. Entonces se comprobó que las partículas de rayos positivos podían atravesar fácilmente la materia. De aquí que fuesen considerados, por su volumen, mucho más pequeños que los iones corrientes o átomos. La desviación determinada, en su caso, por un campo magnético, puso de relieve que la más ínfima de estas partículas tenía carga y masa similares a los del hidrogenión, suponiendo que este ión contuviese la misma unidad posible de carga positiva.

 

Por consiguiente se dedujo que la partícula del rayo positivo era la partícula positiva elemental, o sea, el elemento contrapuesto al electrón; Rutherford lo llamó protón (del neutro griego proton, “lo primero”).

Desde luego, el protón y el electrón llevan cargas eléctricas iguales, aunque opuestas; ahora bien, la masa del protón, referida al electrón, es 1.836 veces mayor (como señalo en el gráfico anterior).

Parecía probable pues que el átomo estuviese compuesto por protones y electrones, cuyas cargas se equilibraran entre sí. También parecía claro que los protones se hallaban en el interior del átomo y no se desprendían, como ocurría fácilmente con los electrones. Pero entonces se planteó el gran interrogante: ¿cuál era la estructura de esas partículas en el átomo?

El núcleo atómico

 

El propio Rutherford empezó a vislumbrar la respuesta. Entre 1.906 y 1.908 (hace ahora un siglo) realizó constantes experimentos disparando partículas alfa contra una lámina sutil de metal (como oro o platino), para analizar sus átomos. La mayor parte de los proyectiles atravesaron la barrera sin desviarse (como balas a través de las hojas de un árbol), pero no todos. En la placa fotográfica que le sirvió de blanco tras el metal, Rutherford descubrió varios impactos dispersos e insospechados alrededor del punto central. Comprobó que algunas partículas habían rebotado. Era como si en vez de atravesar las hojas, algunos proyectiles hubiesen chocado contra algo más sólido. Rutherford supuso que aquella “balas” habían chocado contra una especie de núcleo denso, que ocupaba sólo una parte mínima del volumen atómico y ese núcleo de intensa densidad desviaban los proyectiles que acertaban a chocar contra él. Ello ocurría en muy raras ocasiones, lo cual demostraba que los núcleos atómicos debían ser realmente ínfimos, porque un proyectil había de encontrar por fuerza muchos millones de átomos al atravesar la lámina metálica.

 

Era lógico suponer, pues, que los protones constituían ese núcleo duro. Rutherford representó los protones atómicos como elementos apiñados alrededor de un minúsculo “núcleo atómico” que servía de centro (después de todo eso, hemos podido saber que el diámetro de ese núcleo equivale a algo más de una cienmilésima del volumen total del átomo).

En 1.908 se concedió a Rutherford el premio Nobel de Química por su extraordinaria labor de investigación sobre la naturaleza de la materia. Él fue el responsable de importantes descubrimientos que permitieron conocer la estructura de los átomos en esa primera avanzadilla.

Resultado de imagen de El átomo de Hidrógeno

Desde entonces se pueden describir con términos más concretos los átomos específicos y sus diversos comportamientos. Por ejemplo, el átomo de hidrógeno posee un solo electrón. Si se elimina, el protónrestante se asocia inmediatamente a alguna molécula vecina; y cuando el núcleo desnudo de hidrógeno no encuentra por este medio un electrón que participe, actúa como un protón (es decir, una partícula subatómica), lo cual le permite penetrar en la materia y reaccionar con otros núcleos si conserva la suficiente energía.

El helio, que posee dos electrones, no cede uno con tanta facilidad. Sus dos electrones forman un caparazón hermético, por lo cual el átomo es inerte. No obstante, si se despoja al helio de ambos electrones, se convierte en una partícula alfa, es decir, una partícula subatómica portadora de dos unidades de carga positiva.

             Con tres electrones, el litio es el elemento sólido más ligero

Resultado de imagen de El átomo de Litio

                                                                      Gota de agua con el átomo de Litio

Hay un tercer elemento, el litio, cuyo átomo tiene tres electrones. Si se despoja de uno o dos, se transforma en ión, y si pierde los tres, queda reducida a un núcleo desnudo, con una carga positiva de tres unidades.

Las unidades de carga positiva en el núcleo atómico deben ser numéricamente idénticas a los electronesque contiene por norma, pues el átomo suele ser un cuerpo neutro, y esta igualdad de lo positivo con lo negativo es el equilibrio. De hecho, los números atómicos de sus elementos se basan en sus unidades de carga positiva, no en las de carga negativa, porque resulta fácil hacer variar el número de electronesatómicos dentro de la formación iónica, pero en cambio se encuentran grandes dificultades si se desea alterar el número de sus protones.

Apenas esbozado este esquema de la construcción atómica, surgieron nuevos enigmas. El número de unidades con carga positiva en un núcleo no equilibró, en ningún caso, el peso nuclear ni la masa, exceptuando el caso del átomo de hidrógeno. Para citar un ejemplo, se averiguó que el núcleo de helio tenía una carga positiva dos veces mayor que la del núcleo de hidrógeno; pero como ya se sabía, su masa era cuatro veces mayor que la de este último. Y la situación empeoró progresivamente a medida que se descendía por la tabla de elementos, e incluso cuando se alcanzó el uranio, se encontró un núcleo con una masa igual a 238 protones, pero una carga que equivalía sólo a 92.

 

¿Cómo era posible que un núcleo que contenía cuatro protones (según se suponía el núcleo de helio) tuviera sólo dos unidades de carga positiva? Según la más simple y primera conjetura emitida, la presencia en el núcleo de partículas cargadas negativamente y con peso despreciable neutralizaba dos unidades de carga. Como es natural, se pensó también en el electrón. Se podría componer el rompecabezas si se suponía que en núcleo de helio estaba integrado por cuatro protones y dos electronesneutralizadores, lo cual deja libre una carga positiva neta de dos, y así sucesivamente, hasta llegar al uranio, cuyo núcleo tendría, pues, 238 protones y 146 electrones, con 92 unidades libres de carga positiva. El hecho de que los núcleos radiactivos emitieran electrones (según se había comprobado ya, por ejemplo, en el caso de las partículas beta), reforzó esta idea general. Dicha teoría prevaleció durante más de una década, hasta que por caminos indirectos, llegó una respuesta mejor como resultado de otras investigaciones.

 

Pero entre tanto se habían presentado algunas objeciones rigurosas contra dicha hipótesis. Por lo pronto, si el núcleo estaba constituido esencialmente de protones, mientras que los ligeros electrones no aportaban prácticamente ninguna contribución a la masa, ¿cómo se explicaba que las masas relativas de varios núcleos no estuvieran representadas por número enteros? Según los pesos atómicos conocidos, el núcleo del átomo cloro, por ejemplo, tenía una masa 35’5 veces mayor que la del núcleo de hidrógeno. ¿Acaso significaba esto que contenía 35’5 protones? Ningún científico (ni entonces ni ahora) podía aceptar la existencia de medio protón.

Este singular interrogante encontró una respuesta incluso antes de solventar el problema principal, y ello dio lugar a una interesante historia.

Isótopos; construcción de bloques uniforme,

Allá por 1.816, el físico inglés William Prout había insinuado ya que el átomo de hidrógeno debía entrar en la constitución de todos los átomos. Con el tiempo se fueron desvelando los pesos atómicos, y la teoría de Prout quedó arrinconada, pues se comprobó que muchos elementos tenían pesos fraccionarios (para lo cual se tomó el oxígeno, tipificado al 16). El cloro, según dije antes, tiene un peso atómico aproximado de 35’5, o para ser exactos, 35’457. otros ejemplos son el antimonio, con un peso atómico de 121’75, el galio con 137’34, el boro con 10’811 y el cadmio con 112’40.

 

Hacia principios de siglo se hizo una serie de observaciones desconcertantes, que condujeron al esclarecimiento. El inglés William Crookes (el del tubo Crookes) logró disociar del uranio una sustancia cuya ínfima cantidad resultó ser mucho más radiactiva que el propio uranio. Apoyándose en su experimento, afirmó que el uranio no tenía radiactividad, y que ésta procedía exclusivamente de dicha impureza, que él denominó uranio X. Por otra parte, Henri Becquerel descubrió que el uranio purificado y ligeramente radiactivo adquiría mayor radiactividad con el tiempo, por causas desconocidas. Si se deja reposar durante algún tiempo, se podía extraer de él repetidas veces uranio activo X. Para decirlo de otra manera, por su propia radiactividad, el uranio se convertía en el uranio X, más radiactivo aún.

Por entonces, Rutherford, a su vez, separó del torio un torio X muy radiactivo, y comprobó también que el torio seguía produciendo más torio X. Hacia aquellas fechas se sabía ya que el más famoso de los elementos radiactivos, el radio, emitía un gas radiactivo, denominado radón. Por tanto, Rutherford y su ayudante, el químico Frederick Soddy, dedujeron que durante la emisión de sus partículas los átomos radiactivos se transformaron en otras variedades de átomos radiactivos.

El material radiactivo llega a producir mutaciones.

Resultado de imagen de El material radiactivo llega a producir mutaciones. en los seres vivos

La exposición a material radioactivo tras el desastre de Fukushima causó mutaciones en las mariposas de Japón, según un nuevo estudio.

Varios químicos que investigaron tales transformaciones lograron obtener un surtido muy variado de nuevas sustancias, a las que dieron nombres tales como radio Aradio Bmesotorio Imesotorio II y actinio C. Luego los agruparon todos en tres series, de acuerdo con sus historiales atómicos. Una serie se originó del uranio disociado; otra del torio, y la tercera del actinio (si bien más tarde se encontró un predecesor del actinio, llamado protactinio).

En total se identificaron unos cuarenta miembros de esas series, y cada uno se distinguió por su peculiar esquema de radiación. Pero los productos finales de las tres series fueron idénticos: en último término, todas las cadenas de sustancias conducían al mismo elemento, el plomo.

Ahora bien, esas cuarenta sustancias no podían ser, sin excepción, elementos disociados. Entre el uranio (92) y el plomo (82) había sólo diez lugares en la tabla periódica, y todos ellos, salvo dos, pertenecían a elementos conocidos.

 

       Hay que huir de los desechos radiactivos que causan la actividad del hombre

En realidad, los químicos descubrieron que aunque las sustancias diferían entre sí por su radiactividad, algunas tenían propiedades químicas idénticas. Por ejemplo, ya en 1.907 los químicos americanos Herbert Newby McCoy y W. H. Ross descubrieron que el radiotorio (uno entre los varios productos de la desintegración del torio) mostraba el mismo comportamiento químico que el torio, y el radio D, el mismo que el plomo, tanto que a veces era llamado radioplomo. De todo lo cual se infirió que tales sustancias eran en realidad variedades de mismo elemento: el radiotorio, una forma de torio; el radioplomo, un miembro de una familia de plomos; y así sucesivamente.

 

En 1.913, Soddy esclareció esta idea y le dio más amplitud. Demostró que cuando un átomo emitía una partícula alfa, se transformaba en un elemento que ocupaba dos lugares más abajo en la lista de elementos, y que cuando emitía una partícula beta, ocupaba, después de su transformación, el lugar inmediatamente superior. Con arreglo a tal norma, el radiotorio descendía en la tabla hasta el lugar del torio, y lo mismo ocurría con las sustancias denominadas uranio X y uranio Y, es decir, que los tres serían variedades del elemento 90. Así mismo, el radio D, el radio B, el torio B y el actinio B compartirían el lugar del plomo como variedades del elemento 82.

 

Soddy dio el nombre de isótopos (del griego iso y topos, “el mismo lugar”) a todos los miembros de una familia de sustancias que ocupaban el mismo lugar en la tabla periódica. En 1.921 se le concedió el premio Nobel de Química.

El modelo protónelectrón del núcleo concordó perfectamente con la teoría de Soddy sobre los isótopos. Al retirar una partícula alfa de un núcleo, se reducía en dos unidades la carga positiva de dicho núcleo, exactamente lo que necesitaba para bajar dos lugares en la tabla periódica. Por otra parte, cuando el núcleo expulsaba un electrón (partícula beta), quedaba sin neutralizar un protón adicional, y ello incrementaba en una unidad la carga positiva del núcleo, lo cual era como agregar una unidad al número atómico, y por tanto, el elemento pasaba a ocupar la posición inmediatamente superior en la tabla periódica de los elementos. ¡Maravilloso!

Resultado de imagen de La desintegración del Torio en Radiotorio

¿Cómo se explica que cuando el torio se descompone en radiotorio después de sufrir no una, sino tres desintegraciones, el producto siga siendo torio? Pues bien, en este proceso el átomo de torio pierde una partícula alfa, luego una partícula beta, y más tarde una segunda partícula beta. Si aceptamos la teoría sobre el bloque constitutivo de los protones, ello significa que el átomo ha perdido cuatro electrones (dos de ellos contenidos presuntamente en la partícula alfa) y cuatro protones. (La situación actual difiere bastante de este cuadro, aunque en cierto modo, esto no afecta al resultado).

El núcleo de torio constaba inicialmente (según se suponía) de 232 protones y 142 electrones. Al haber perdido cuatro protones y otros cuatro electrones, quedaba reducido a 228 protones y 138 electrones. No obstante, conservaba todavía el número atómico 90, es decir, el mismo de antes.

 

                                                                    El torio en estado natural

Así pues, el radiotorio, a semejanza del torio, posee 90 electrones planetarios, que giran alrededor del núcleo. Puesto que las propiedades químicas de un átomo están sujetas al número de sus electronesplanetarios, el torio y el radiotorio tienen el mismo comportamiento químico, sea cual fuere su diferencia en peso atómico (232 y 228 respectivamente).

Los isótopos de un elemento se identifican por su peso atómico, o número másico. Así, el torio corriente se denomina torio 232, y el radiotorio, torio 228. Los isótopos radiactivos del plomo se distinguen también por estas denominaciones: plomo 210 (radio D), plomo 214 (radio B), plomo 212 (torio B) y plomo 211 (actinio B).

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.. y como el isótopo no es estable y se va desintegrando con lo que su proporción en el total de átomos de carbono contenidos en los restos disminuye.

Se descubrió que la noción de isótopo podía aplicarse indistintamente tanto a los elementos estables como a los radiactivos. Por ejemplo, se comprobó que las tres series radiactivas anteriormente mencionadas terminaban en tres formas distintas de plomo. La serie del uranio acababa en plomo 206, la del torio en plomo 208 y la del actinio en plomo 207. cada uno de estos era un isótopo estable y corriente del plomo, pero los tres plomos diferían por su peso atómico.

Mediante un dispositivo inventado por cierto ayudante de J. J. Thomson, llamado Francis William Aston, se demostró la existencia de los isótopos estables. En 1.919, Thomson, empleando la versión primitiva de aquel artilugio, demostró que el neón estaba constituido por dos variedades de átomos: una cuyo número de masa era 20, y otra con 22. El neón 20 era el isótopo común; el neón 22 lo acompañaba en la proporción de un átomo cada diez. Más tarde se descubrió un tercer isótopo, el neón 21, cuyo porcentaje en el neón atmosférico era de un átomo por cada 400.

Resultado de imagen de Isótopos radiactivos

                                                                                           distintos isótopos

Entonces fue posible, al fin, razonar el peso atómico fraccionario de los elementos. El peso atómico del neón (20, 183) representaba el peso conjunto de los tres isótopos, de pesos diferentes, que integraban el elemento en su estado natural. Cada átomo individual tenía un número másico entero, pero el promedio de sus masas (el peso atómico) era un número fraccionario.

Aston procedió a mostrar que varios elementos estables comunes eran, en realidad, mezclas de isótopos. Descubrió que el cloro, con un peso atómico fraccionario de 35’453, estaba constituido por el cloro 35 y el cloro 37, en la proporción de cuatro a uno. En 1.922 se le otorgó el premio Nobel de Química.

En el discurso pronunciado al recibir el premio, Aston predijo la posibilidad de aprovechar la energía almacenada en el núcleo atómico, vislumbrando ya las futuras y nefastas bombas y centrales nucleares. Allá por 1.935, el físico canadiense Arthur Jeffrey Dempster empleó el instrumento de Aston para avanzar sensiblemente en esa dirección; demostró que 993 de cada 1.000 átomos de uranio eran de uranio 238 (no válido para combustible nuclear). Y muy pronto se haría evidente el profundo significado de tal descubrimiento.

 

Sí, sólo el 7 por 1000 del uranio existente en la Tierra, es combustible nuclear, es decir, Uranio 235. El resto, es Uranio 238 que hay que reciclarlo en un Acelerador Generador para convertirlo en Plutonio 239 que nos sirva como combustible nuclaer de fisión.

Así, después de estar siguiendo huellas falsas durantes un siglo, se reivindicó definitivamente la teoría de Prout. Los elementos estaban constituidos por bloques estructurales uniformes; si no átomos de hidrógeno, sí, por lo menos, unidades con masa de hidrógeno.

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

emilio silvera

Recordemos la Misión Cassini-Huygens

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Descubrir y aprender    ~    Comentarios Comments (0)

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La misión Cassini servirá (ha servido) para responder a preguntas fundamentales sobre la evolución de los planetas a través de un amplio estudio de Saturno, su famoso sistema de anillos, su magnetosfera, del satélite Titán y otras lunas heladas.

Ahora, después de una gran travesía y unos magníficos resultados de obtención de datos, ha llegado a su final, podríamos decir que glorioso, después de habernos hecho más sabios sobre cosas que no conocíamos.

El sistema de Saturno representa un laboratorio sin igual en donde los científicos pueden buscar respuestas a muchas de las preguntas fundamentales sobre la física, química y evolución de los planetas, así como las condiciones en las que tuvo lugar el nacimiento de la vida.

Diseño de la misión Cassini-Huygens-Crédito: ESA

                                Diseño de la misión Cassini-Huygens-Crédito: ESA

Saturno puede contener una buena parte de la nube de gases primordiales no atrapados por el Sol. Con 31 lunas conocidas y un sistema de anillos que apenas podría caber entre la Tierra y la Luna, Saturno puede considerarse el equivalente a un sistema solar en miniatura. Se piensa que su mayor satélite natural, Titán, puede poseer compuestos orgánicos, los cuales podrían ser importantes para la química que dio lugar a la vida en la Tierra. Aunque es muy fría para poder albergar la vida, Titán puede ser un congelador que nos muestre cómo la Tierra podría haber sido en el pasado.

Cassini será el primer orbitador en torno a Saturno y llevará a cabo un extenso tour de cuatro años de este mundo anillado. Seis meses después de su llegada al planeta, Cassini eyectará su sonda Huygens, la cual descenderá a través de la espesa atmósfera de Titán. Este vehículo podría impactar en lo que parece ser un océano líquido de metano.


Lanzamiento

El viaje de Cassini hacia Saturno comenzó el 15 de octubre de 1997, cuando un cohete Titán IVB/Centaur la lanzó desde la Estación de la Fuerza Aerea de Cabo Cañaveral (Florida). La etapa superior del lanzador aceleró la sonda fuera de la órbita terrestre hacia Venus, para llevar a cabo la primera de las cuatro asistencias gravitacionales diseñadas para impulsar el vehículo hacia Saturno. En un encuentro de este tipo, la sonda vuela cerca del planeta para ser acelerado por su gravedad, creando un “efecto honda” que hace incrementar la velocidad de la nave.

Sobrevuelos a Venus, la Tierra y Júpiter

La masa de la sonda Cassini es tan grande que no fue posible emplear un vehículo de lanzamiento que la dirigiese directamente a Saturno. Para alcanzar este planeta fueron necesarias cuatro asistencias gravitacionales; de esta forma, Cassini empleó una trayectoria interplanetaria que la llevaría a Venus en dos ocasiones, posteriormente hacia la Tierra y después hacia Júpiter. Después de sobrevolar Venus en dos ocasiones a una altitud de 284 Km, el 26 de abril de 1998 y a 600 Km, el 24 de junio de 1999, el vehículo se aproximó a la Tierra, acercándose a 1171 Km de su superficie el 18 de agosto de 1999. Gracias a estas tres asistencias gravitacionales, Cassini adquirió el momento suficiente para dirigirse al Sistema Solar externo. La cuarta y última asistencia se llevaría a cabo en Júpiter, el 30 de diciembre de 2000, sobrevolándolo a una distancia de 9.723.890 Km, e impulsándose hacia Saturno.


Fase de crucero

Cassini llevó a cabo un plan de vuelo de baja actividad durante el cual sólo se realizaron las actividades de navegación e ingeniería imprescindibles, como maniobras de chequeo o corrección de trayectoria. Los instrumentos científicos fueron desconectados permanentemente, salvo en el transcurso de unas pocas actividades de mantenimiento. Éstas incluían sólo un chequeo de todo su instrumental científico cuando la sonda se hallaba cerca de la Tierra, así como la calibración del magnetómetro. Las comprobaciones sobre el estado de la sonda Huygens se llevaron a cabo cada seis meses, mientras que las observaciones científicas se realizaron cuando el vehículo se aproximó a Venus, la Tierra y Júpiter.

El sobrevuelo de Júpiter significó una buena oportunidad para las sondas Cassini y Galileo de cara a estudiar varios aspectos de este planeta y su medio circundante desde octubre de 2000 hasta marzo de 2001, es decir, antes, durante y después de la máxima aproximación a Júpiter, el 30 de diciembre de 2000. Las observaciones científicas contaron con la ventaja de disponer de dos sondas espaciales en las cercanías del planeta al mismo tiempo. Algunos de los objetivos llevados a cabo conjuntamente por la Cassini y la Galileo incluyeron el estudio de la magnetosfera y los efectos del viento solar en ésta, así como la obtención de datos sobre las auroras en Júpiter.

Durante este sobrevuelo, la mayor parte de los instrumentos del orbitador Cassini fueron conectados, calibrados y trabajaron recogiendo información. Este estudio conjunto sirvió como buena práctica para comprobar el funcionamiento del instrumental de la sonda tres años antes de su llegada a Saturno.

Llegada a Saturno

Después de un viaje de casi siete años y más de 3500 millones de kilómetros recorridos, la sonda Cassini llegará a Saturno el día 1 de julio de 2004.

La fase más crítica de la misión –además del lanzamiento– es la inserción orbital del vehículo en torno al planeta. Cuando el vehículo alcance el planeta, la sonda pondrá en marcha su motor principal durante 96 minutos a las 04:36 T.U., con la finalidad de reducir su velocidad y permitir que la gravedad de Saturno la capture como un satélite del planeta. Atravesando el hueco entre los anillos F y G, Cassini se aproximará al planeta para iniciar así la primera de sus 76 órbitas que completará durante su misión principal de cuatro años.

Los responsables de la misión se han basado en la información sobre la densidad y localización del material entre los anillos para diseñar la trayectoria más apropiada y segura para la Cassini. La sonda se dispondrá orientada de tal forma que emplee su antena de alta ganancia como escudo para proporcionar la máxima protección contra cualquier pequeña partícula presente en esa región concreta de los anillos.

Esta geometría de llegada proporciona además una oportunidad única para observar los anillos de Saturno y el propio planeta y constituye el máximo acercamiento que la sonda realizará durante su misión.


La misión de la sonda Huygens

Resultado de imagen de La sonda Huygens

El pasado 14 de enero de 2013 se cumplieron ocho años del aterrizaje de la sonda de exploración Huygens sobre Titán, el mayor de los satélites de Saturno. Se trataba del primer aterrizaje de un cuerpo en el Sistema Solar exterior y ahora, gracias a los datos enviados por la sonda, hemos podido recrear cómo fueron estos momentos.

Teniendo en cuenta la posición del Sol, la dirección del viento, la dinámica del aterrizaje y el comportamiento del paracaídas de descenso en la Agencia Espacial Europea (ESA) han conseguido reproducir fidedignamente cómo fue el aterrizaje de Huygens en Titán.

La sonda Huygens viajó junto a la Cassini hacia Saturno. Anclada a ésta y alimentada eléctricamente por un cable umbilical, Huygens ha permanecido durante el viaje de siete años en modo inactivo, sólo puesta en marcha cada seis meses para realizar chequeos de tres horas de duración de su instrumental y de sus sistemas ingenieriles.

 Unos 20 días antes de alcanzar la atmósfera alta de Titán, Huygens será eyectada por Cassini. Esto ocurrirá el 24 de diciembre de 2004. Tras cortar su cable umbilical y abrir sus anclajes, Huygens se separará de su nave madre y volará en solitario hacia Titán, con una trayectoria balística, girando a 7 revoluciones por minuto para estabilizarse. Varios temporizadores automáticos conectarán los sistemas de la sonda espacial antes de que ésta alcance la atmósfera superior de Titán.

Dos días después de la eyección de la sonda, Cassini realizará una maniobra de desviación, de manera que ésta pueda seguir a la Huygens cuando penetre en la atmósfera de Titán. Esta maniobra servirá también para establecer la geometría requerida entre el orbitador con Huygens, así como las comunicaciones de radio durante el descenso.

Huygens porta dos transmisores de microondas en la banda S y dos antenas, las cuales enviarán simultáneamente la información recogida hacia el orbitador Cassini. Una de ellas emitirá con un retraso de seis segundos respecto a la otra, para evitar cualquier pérdida de información si tuviesen lugar problemas con las comunicaciones.

El descenso de Huygens tendrá lugar el 15 de enero de 2005. La sonda entrará en la atmósfera de Titán a una velocidad de 20.000 Km/h. Este vehículo ha sido diseñado tanto para soportar el extremo frío del espacio (temperaturas de –200°C) como el intenso calor que se encontrará durante su entrada atmosférica (más de 12000°C).

Los paracaídas que transporta Huygens frenarán más la sonda, de tal modo que ésta pueda llevar a cabo un amplio programa de observaciones científicas al tiempo que desciende hacia la superficie de Titán. Cuando la velocidad de la sonda haya descendido hasta los 1400 Km/h, se desprenderá su cubierta mediante un paracaídas piloto. Acto seguido se desplegará otro paracaídas de 8.3 metros de diámetro que frenará aún más el vehículo, permitiendo la eyección del decelerador y del escudo térmico.

Durante la primera parte del descenso, el trabajo de los instrumentos situados a bordo de la sonda Huygens será dirigido por un sistema temporizador, pero en los últimos 10 a 20 Km, será un altímetro radar quien medirá la altura a la que se encuentra el vehículo y controlará el instrumental científico.

Durante el descenso, el instrumento de estructura atmosférica de Huygens medirá las propiedades físicas de la atmósfera. El cromatógrafo de gases y el espectrómetro de masas determinarán la composición química de la atmósfera en función de la altitud. El colector de aerosoles y el pirolizador capturarán partículas de aerosol –las finas partículas líquidas o sólidas suspendidas en la atmósfera–, las calentará y enviará el vapor resultante al espectrómetro y el cromatógrafo para su análisis.

El sistema de imagen de descenso y el radiómetro espectral trabajarán en la toma de imágenes de formaciones nubosas y de la superficie de Titán, determinando además la visibilidad en la atmósfera de este mundo. Según se vaya aproximando a la superficie, el instrumento encenderá un sistema de iluminación brillante que para medir la reflectividad superficial. Paralelamente a ello, la señal emitida por la sonda Huygens será recogida por el experimento Doppler de la Cassini, con lo cual se podrán determinar los vientos, ráfagas y turbulencias de la atmósfera. Cuando la sonda sea empujada por el viento, la frecuencia de su señal de radio variará ligeramente –en lo que se conoce como efecto Doppler, similar a la variación de la frecuencia del silbido de un tren que percibimos cuando éste pasa por delante de nosotros. Estos cambios en la frecuencia se emplearán para deducir la velocidad del viento que ha experimentado la sonda.

Los sistemas de ciencia superficial de la Huygens harán impacto contra la superficie de Titán a unos 25 Km/h. La duda más importante al respecto es si el aterrizaje tendrá lugar en una superficie sólida o líquida. Si tuviese lugar en un líquido, los instrumentos de la sonda espacial medirían sus propiedades mientras ésta flota durante pocos minutos.

Si el aterrizaje fuese sobre etano líquido, no sería posible retornar datos durante mucho tiempo, debido a la baja temperatura de dicha sustancia (cerca de –180°C), que impediría el funcionamiento de las baterías de la sonda. Además, si el etano entra en el compartimento con el instrumental científicos de la sonda, la radio tendría problemas para emitir su señal y posiblemente no funcionaría.

Asumiendo que la Huygens continúe enviando datos a la sonda Cassini desde la superficie de Titán, sólo sería capaz de hacerlo durante un máximo de 30 minutos, pues este es el tiempo para el cual se considera que la batería del vehículo dejaría de funcionar y además el orbitador Cassini desaparecería pronto sobre el horizonte visible desde Huygens.


El tour orbital

Tras la llegada y la inserción orbital, Cassini comenzará un viaje de al menos 76 órbitas por el sistema de Saturno, las cuales incluyen 52 encuentros cercanos con siete de los 31 satélites de este planeta. Las órbitas de Cassini en torno a Saturno serán ajustadas mediante asistencias gravitacionales con la luna Titán. Los sobrevuelos cercanos a este cuerpo permitirán una cartografía detallada con el sistema de radar de alta resolución, el cual es capaz de ver el terreno a través de la cobertera opaca de neblina de esta luna para producir mapas topográficos precisos de su superficie.

El tamaño de estas órbitas y su orientación relativa a Saturno y el Sol, así como su inclinación con respecto al ecuador de Saturno están definidos por varios requisitos científicos, que incluyen: la obtención de imágenes de radar de la superficie de Titán, los sobrevuelos de determinadas lunas de Saturno, las ocultaciones por los anillos del planeta y el cruce del plano de los anillos por la Cassini.

Este gráfico muestra el diseño general del tour orbital de la Cassini en torno a Saturno. Se trata de un conjunto de órbitas que la sonda recorrerá en unos 4 años y que incluyen, entre otros acercamientos, unos 40 sobrevuelos a Titán dentro de las 69 órbitas que Cassini recorrerá en torno a Saturno. Como referencia se muestran las órbitas de las lunas Titán y Japeto.

Cassini realizará al menos seis sobrevuelos cercanos de las lunas heladas de mayor interés del sistema de Saturno: Japeto, Encélado, Dione y Rhea. Las tomas obtenidas por las cámaras de alta resolución del vehículo durante estos sobrevuelos mostrarán detalles superficiales de pocos metros. Además, se llevarán a cabo otros 24 sobrevuelos lejanos de los satélites helados de Saturno (sin incluir a Titan), a distancias superiores a los 100.000 Km. La variación del ángulo de inclinación de las órbitas de la Cassini pemitirá realizar estudios tanto de las regiones polares como de la zona ecuatorial del planeta.

Titán será el objeto más investigado por Cassini. La sonda llevará a cabo 45 sobrevuelos a esta luna, a una distancia máxima de 950 Km sobre su superficie. Titán es la única luna de Saturno suficientemente grande para emplear su gravedad y modificar significativamente la órbita de la sonda. La navegación precisa y la elección de la trayectoria adecuada para los sobrevuelos de Titán serán los factores empleados para definir el tour orbital, del mismo modo que la misión Galileo realizó sus encuentros con los satélites galileanos de Júpiter para llevar a cabo su tour por el sistema joviano.


Fin de la misión principal

Pequeños mundos muy cercanos a nosotros y que nos podrían dar buenas sorpresas

La misión principal de la sonda Cassini finaliza el 30 de junio de 2008, cuatro años después de su llegada a Saturno y 33 días después de su último sobrevuelo a Titán, el cual tiene lugar el 28 de mayo de 2008. Este sobrevuelo está diseñado para posicionar a la sonda de cara a un nuevo acercamiento a dicho satélite el 31 de julio de 2008, ofreciendo la oportunidad de proceder con más sobrevuelos durante la misión extendida, si es que los recursos disponibles la permiten. No hay ningún factor en la misión principal que impida una misión extendida.


Operaciones durante la misión

Las comunicaciones con la sonda Cassini se realizarán empleando las grandes antenas de la Red de Estaciones para el Seguimiento en el Espacio Profundo. La sonda transmitirá y recibirá señal mediante su antena parabólica, empleando la banda X de microondas. La antena de alta ganancia será empleada además para los experimentos de radio y radar y también para recibir señales desde la Huygens.

Debido a que los instrumentos científicos de la Cassini se encuentran fijos y la sonda debe ser girada para apuntar éstos hacia sus objetivos, el vehículo será reorientado frecuentemente, par lo cual hará uso de unos mecanismos llamados “ruedas de reacción” o de los propios motores pequeños situados a bordo. Consecuentemente, la mayor parte de las observaciones científicas se llevarán a cabo sin el empleo de comunicaciones en tiempo real hacia la Tierra. Los datos serán almacenados en dos sistemas grabadores de estado sólido, cada uno de 2 gigabits de capacidad.

Cada uno de los instrumentos de la sonda Cassini funciona gracias a un microprocesador capaz de controlar el instrumento en cuestión y de almacenar o borrar los datos tomados. Los controladores en tierra trabajarán con la sonda mediante la combinación de algunas órdenes para administrar el nivel de recursos del sistema, así como con otras que serán ejecutadas directamente por los microprocesadores de cada instrumento científico individual. El calendario de actividad puede variar en diferentes ocasiones, de tal modo que los datos serán transmitidos a la Tierra o almacenados en los sistemas de grabación de estado sólido para su posterior envío. Los periodos de tiempo en los que la antena de la sonda apuntará hacia la Tierra durante el tour orbital han sido cuidadosamente definidos y diseñados por los responsables de la misión.

La Tierra y Titán, no parece que sean muy diferentes. Simplemente ocurre que, están situados en distintos tiempos de su evolución. La Tierra, ya pasó por la fase que hoy está presente en Titán.

Los controladores de la misión, equipos de ingenieros y de científicos monitorizarán la telemetría de la sonda y buscarán señales de cualquier anomalía en tiempo real. El equipo de operaciones de los sistemas de vuelo obtendrá los datos ingeniriles necesarios para determinar la salud, seguridad y funcionamiento de la sonda, procesando la telemetría para determinar y predecir la trayectoria del vehículo. La información será recibida habitualmente por la Red de Estaciones para el Seguimiento en el Espacio Profundo, realizándose el seguimiento diariamente, salvo en los casos en los que se emitan por radio aquellos datos tomados por el instrumental científico.

Objetivos científicos de la misión

Cassini tiene la misión de estudiar el planeta Saturno, así como entorno físico, sus anillos y lunas, haciendo especial énfasis en Titán. La sonda transporta un instrumental científico que ha sido elegido cuidadosamente por los científicos, de manera que éste pueda ser de utilidad para responder a las preguntas científicas más importante del sistema de Saturno. Los datos que éstos retornen serán analizados por un equipo de cerca de 260 investigadores de Europa y los EEUU.

A continuación se muestra una lista más específica de los objetivos científicos de la misión Cassini y Huygens:

Saturno

– Determinar el conjunto de temperaturas, las propiedades de las nubes y la composición de la atmósfera de Saturno.
– Medir el los vientos globales del planeta, incluyendo ondas y remolinos; llevar a cabo observaciones de las formas de las nubes y estudiar cómo crecen, evolucionan y se disipan.
– Determinar la estructura interna y rotación de la atmósfera profunda.
– Estudiar las variaciones diarias y la relación entre la ionosfera y el campo magnético del planeta.
– Determinar la composición, flujo de calor y medio de radiaciones presentes durante la formación y evolución de Saturno.
– Investigar las fuentes y la naturaleza de las tormentas eléctricas en Saturno.

Titán

Determinar la cantidad relativa de compuestos atmosféricos diferentes, los escenarios más aproximados para la formación y evolución de Titán y de su atmósfera.
– Observar la distribución de vertical y horizontal de los gases traza; buscar moléculas orgánicas complejas; investigar las fuentes de energía que producen la química atmosférica; determinar los efectos de la luz solar en las sustancias químicas de la estratosfera; estudiar la fomación y evolución de aerosoles (partículas suspendidas en la atmósfera).
– Medir los vientos y las temperaturas globales; investigar la física de las nubes, la circulación general y los efectos estacionales en la atmósfera de Titán; buscar evidencias de tormentas eléctricas.
– Determinar el estado físico, topografía y composición de la superficie de Titán, así como caracterizar su estructura interna.

– Investigar la atmósfera superior de Titán, su ionización y su papel como fuente de material neutral e ionizado para la magnetosfera de Saturno.

Magnetosfera

– Determinar la configuración del campo magnético de Saturno, el cual es prácticamente simétrico con el eje rotacional del planeta. Estudiar también su relación con la modulación de la radiación kilométrica de Saturno, una emisión de radio que se cree que está ligada al modo en el que los electrones del viento solar interactúan con el campo magnético en los polos del planeta.
– Determinar la composición, fuentes y concentraciones de electrones y protones en la magnetosfera.
– Caracterizar la estructura de la magnetosfera y su interacción con el viento solar, las lunas de Saturno y los anillos.
– Estudiar cómo Titán interactúa con el viento solar y con los gases ionizados de la magnetosfera de Saturno.

Los anillos

– Estudiar la configuración de los anillos y los procesos dinámicos responsables de la estructura de los mismos.
– Cartografiar la composición y la distribución del material de los anillos.
– Investigar la relación entre los anillos y las lunas de Saturno, incluyendo aquellas que se encuentran dentro el sistema de anillos del planeta.
– Determinar la distribución de polvo y meteoroides en la vecindad de los anillos.
– Estudiar las interacciones entre los anillos y la magnetosfera de Saturno, su ionosfera y su atmósfera.

Lunas heladas

– Determinar las características generales y la historia geológica de los satélites de Saturno.
– Definir los diferentes procesos físicos que han creado estas superficies, cortezas y materiales subterráneos de las lunas.
– Investigar la composición y distribución de los materiales superficiales, particularmente aquellos de aspecto oscuro, ricos en materia orgánica y los hielos condensados con bajos puntos de fusión.

– Determinar la composición global de las lunas, así como su estructura interna.
– Investigar las interacciones entre los satélites y la magnetosfera de Saturno, el sistema de anillos, así como las posibles inyecciones de gas en la magnetosfera.

Acontecimientos más importantes de los cuatro años de misión principal de la sonda Cassini:

– 74 órbitas en torno a Saturno.
– 45 sobrevuelos cercanos a Titán.
– 8 sobrevuelos cercanos a otros satélites de Saturno (3 a Encélado y uno a Febe, Hiperión, Dione, Rhea y Japeto)
– 30 sobrevuelos adicionales a varios satélites, a distancias inferiores a 100.000 Km.
– Un gran número de oportunidades para observar ocultaciones de Saturno y de su sistema de anillos.
– Una trayectoria de transferencia en Titán de 180°.
– Una secuencia de alta inclinación.


Fases de la misión principal de la sonda Cassini

1.- Inserción orbital y eyección de la sonda de descenso (1 de julio 2004 a 15 de febrero de 2005).

Esta es la primera parte del viaje de la Cassini en torno a Saturno, que comprende tres órbitas en torno al planeta. Los acontecimientos más destacados de esta fase son la inserción orbital y la eyección de la sonda de descenso hacia Titán (enero de 2005). Estos eventos determinarán el éxito de la misión Cassini-Huygens y sus resultados servirán para planificar con detalle el futuro de la exploración de Saturno y Titán.

Vista en planta y en perfil de la trayectoria de la Cassini entre el momento de inserción orbital y el despliegue de Huygens.

2.- Secuencia de ocultación (15 de febrero a 9 de julio de 2005).

Comprende el intervalo de tiempo entre las órbitas 3 y 14 de Cassini en torno al planeta Saturno.

Los anillos de Saturno oscilan en un periodo de tiempo de 15 años, ciclo durante el cual es posible estudiarlos desde la Tierra cuando éstos se hallan inclinados o “abiertos”. Según transcurre el tiempo dentro de este periodo, el sistema de anillos se va disponiendo de tal modo que en determinados momentos se muestran de perfil -“cerrados”- para los observadores terrestres. Cuando la Cassini comience a realizar su recorrido en torno al planeta Saturno, verá los anillos inclinados o “abiertos”, configuración que permitirá a la sonda observar como la Tierra o el Sol son ocultados por los mismos. Estos fenómenos, las ocultaciónes, ofrecen información muy útil que permite a los científicos obtener datos acerca de la estructura y evolución del sistema de anillos.

Vista en planta y en perfil de la secuencia de rotación en pétalos para el estudio de la magnetocola.

3.- Rotación en forma de pétalos y estudio de la magnetocola (7 de septiembre de 2005 a 22 de julio de 2006)

Consistirá en ir rotando la órbita de la sonda espacial con respecto a los observadores situados en Tierra. Este intervalo de tiempo abarcará las órbitas 14 a 26 y permitirá a los científicos obtener información muy valiosa sobre la magnetosfera de Saturno, especialmente sobre la magnetocola, región del campo magnético de Saturno situada opuesta a la dirección del Sol.

Vista en planta y en perfil de la secuencia de rotación en pétalos para el estudio de la magnetocola.

4.- Transferencia de 180° hacia Titán (22 de julio de 2006 a 30 de junio de 2007)

Los responsables de la misión harán maniobrar la sonda espacial de tal modo que la orientación del vehículo se modifique en unos 180° con respecto al Sol. Para realizar este proceso se necesitarán efectuar 22 órbitas en torno a Saturno (órbitas 26 a 47), realizando sobrevuelos a Titán. Esta transferencia permitirá a los científicos realizar estudios del planeta Saturno desde diferentes perspectivas.

Vista en planta y en perfil de la transferencia de 180° empleando Titán.

5.- Estudio de los satélites helados (30 de junio a 31 de agosto de 2007).

Inmediatamente después de haber realizado la secuencia de transferencia de 180° empleando a Titán, la sonda Cassini realizará sobrevuelos muy cercanos a varios de los satélites helados de Saturno (Encélado, Hiperión, Dione, Rhea y Japeto) para estudiar sus características con detalle. Este periodo de tiempo abarcará las órbitas 47 a 49.

Vista en planta y en perfil de las sobrevuelos a los satélites helados.

6.- Secuencia de alta inclinación (31 de agosto de 2007 a 1 de julio de 2008).

El estudio de Saturno desde una perspectiva de un ángulo de alta inclinación es de gran interés científico. La observación de las regiones polares ofrece una buena oportunidad para estudiar los anillos del planeta y su magnetosfera. La secuencia de alta inclinación también permitirá llevar a cabo ocultaciones solares, estelares y en radio -vistas desde la Tierra- de Saturno, su sistema de anillos y Titán, estudios que permitirán a los investigadores comprender la naturaleza de los estos cuerpos y su entorno.

Estos estudios abarcan el periodo de tiempo comprendido entre la órbita 49 y el final de la misión principal (órbita 74). La decisión con respecto a proseguir con una misión extendida se realizará en base al estado de la sonda espacial, el combustible disponible en la misma y otros factores.

Vista en planta y en perfil de la secuencia de alta inclinación de la Cassini.

Lo cierto es que, hemos aprendido bien a solucionar nuestras carencias espaciales y, estos ingenios que enviamos a regiones lejanas del Sistema Solar, nos cuentan lo que ven e investigan lo que queremos saber.

Está claro que estas misiones nos ofrecen conocimientos que no teníamos y, después de este misión, tanto Titán como Saturno, tienen  algunos misterios menos que antes de llegar allí y enviarnos la información que ahora tenemos. Por aquel entonces decía al finalizar:

¡Pronto a Marte!

Pero, lo de Marte, aunque tenemos allí a Curiosity, casi recien llegada, es otra misión muy diferente y, tenemos la ilusión de poner nuestros pies en aquel planeta que, no ofrece, precisamente, las mejores condiciones para ello. Todo eso hace que la soñada Base en Marter, tenga que esperar y, creo que, la Curiosity, aunque nos enviará valiosos datos…dejará para la expedición humana el descubrimiento de la presencia de vida que hay en ese planeta pero, no precisamente en su superficie.

emilio silvera

Homenaje al final de la misión Cassini.Huygens

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Todo a punto para la muerte de Cassini en Saturno

 

La sonda de la NASA se estrellará mañana en el planeta de los anillos poniendo fin a un espectacular viaje de dos décadas repleto de hallazgos científicos

Reportaje de Prensa

Ilustración del descenso mortal de la nave Cassini en Saturno

                    Ilustración del descenso mortal de la nave Cassini en Saturno – NASA

 

 

 

Como si de un gran espectáculo se tratara, la NASA ha bautizado los últimos días de la nave que envió a Saturno con un nombre fastuoso: la «Gran Final». Después de dos décadas en el espacio, trece de esos años rondando el mundo de los anillos, la exhausta sonda Cassini terminará mañana su increíble viaje sumergiéndose en la atmósfera del planeta, donde se desintegrará como un meteoro. Este apoteósico desenlace, motivado por la falta de combustible, ha sido programado deliberadamente con el objetivo de evitar posibles impactos contra sus fascinantes lunas cercanas -en particular la helada Encélado, que se cree contiene un océano subterráneo-, para que se mantengan prístinas de cara a posibles exploraciones futuras.

Resultado de imagen de sonda Cassini-Huygens

La llamada Gran Final comenzó en realidad el pasado abril, cuando un golpe de gravedad de Titán colocó a la sonda de dos toneladas y media en su camino hacia la destrucción. Desde entonces y durante cinco meses, la Cassini se ha adentrado 22 veces en el hueco de aproximadamente 2.000 km de ancho que existe entre Saturno y sus anillos, una fantástica acrobacia que ninguna otra nave espacial había realizado antes y que proporcionó unas imágenes sin precedentes por su cercanía.

Resultado de imagen de La Gravedad de Titán desvía a la sonda Cassini

Pero el pasado lunes la Cassini recibió «el beso de despedida». Una nueva visita a Titán, a una distancia lejana pero suficiente, le dio un golpetazo de gravedad que la ralentizó y la puso en órbita de colisión con Saturno. Esa fue su sentencia definitiva. Mañana, la nave se adentrará en la atmósfera del planeta gaseoso a 113.000 km por hora. Al principio, sus propulsores se mantendrán solo un 10% de su capacidad, para que la antena de alta ganancia pueda transmitir datos científicos al menos durante un tiempo. Pero a medida que la atmósfera se espese, los propulsores se verán obligados a ponerse de nuevo a tope y la nave perderá el control y caerá en picado.

Entonces, solo uno o dos minutos después de comenzar el descenso, al filo de las dos de la tarde (hora peninsular española) y a unos 1.500 km por encima de las nubes del planeta, la Cassini perderá el contacto con la Tierra. A partir de ese punto, la nave comenzará a arder como un meteoro y todo habrá concluido. En 30 segundos, se hará pedazos y en un par de minutos cualquier material que sobreviva se hundirá profundamente en el planeta donde se derretirá y se diluirá por completo.

Resultado de imagen de La muerte de la misión Cassini

En realidad, la «muerte» de la nave habrá ocurrido unos 83 minutos antes, el tiempo que tardan las señales de radio en atravesar los 1.400 millones de km que nos separan de Saturno. «La señal final de la nave será como un eco que se irradiará a través del Sistema Solar durante casi una hora y media después de que Cassini haya desaparecido», explica Earl Maize, gerente del proyecto en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en Pasadena, California. «Aunque sabremos que en Saturno Cassini ya ha cumplido con su destino, su misión no está realmente terminada para nosotros en la Tierra mientras sigamos recibiendo su señal», añade.

Titán y Encélado

 

 

Resultado de imagen de La Gravedad de Titán desvía a la sonda Cassini

 

La luna Titán

 

 

Resultado de imagen de Encelado

 

Parece que Encelado tiene un océano interior como Europa y, es posible, que tenga alguna clase de vida

 

La inmersión final no será solo un emocionante epílogo. Ocho de sus doce instrumentos recopilarán datos hasta los momentos finales, transmitiéndolos a los científicos que siguen la misión casi en tiempo real. Uno de ellos, el Espectrómetro de Masas para Iones y Partículas Neutras (INMS), analizará la composición de la atmósfera, lo que ayudará a conocer más sobre la formación y la evolución del planeta gigante. Eso sí, la cámara estará apagada, ya que la velocidad de transmisión de datos necesaria para enviar imágenes es demasiado elevada e impediría enviar otra información valiosa. Las últimas fotos se habrán tomado los días previos. Previsiblemente, incluirán instantáneas de Titán, Encélado, el satélite menor Peggy y parte de los anillos.

Esa será tan solo una parte de la inmensa cantidad de ciencia que la veterana Cassini ha proporcionado desde que en 2004 llegó al sistema de Saturno, impresionante por sus anillos y la variedad de sus más de sesenta lunas. Entre sus descubrimientos más importantes, el hallazgo de los chorros que salen disparados de la pequeña Encélado, evidencia de la existencia de un océano subterráneo que puede tener actividad hidrotérmica, o la composición de los mares de hidrocarburos y la formación de químicos prebióticos complejos en Titán. Gracias a esos descubrimientos, los dos satélites se han convertido en prometedores lugares donde buscar vida extraterrestre. La nave también ha captado las estructuras que se elevan por encima de los anillos, una gigantesca tormenta que rodeó el planeta entero durante casi un año o sus cambios estacionales. Además, la sonda Huygens, unida a Cassini hasta 2005 (el nombre completo de la misión es Cassini-Huygens) hizo el primer aterrizaje en una luna del sistema solar externo, Titán.

Imagen relacionada

Lo cierto es que, la Misión Cassini-Huygens nos ha hecho muchos regalos que nos hiceron más sabios

Con el adiós a Cassini, una colaboración internacional entre la NASA, la Agencia Espacial Europea (ESA) -que construyó la sonda Huygens- y la Agencia Espacial Italiana, se pone punto final a una de las misiones más fecundas en la historia de la exploración espacial. En la actualidad, una treintena de artefactos de NASA, ESA, la agencia japonesa JAXA y la de China, continúan en activo en misiones planetarias, con la intención de estudiar mundos como Marte Júpiter, distintas lunas y asteroides.

Resultado de imagen de sonda Cassini-Huygens

El lanzamiento tuvo lugar el 15 de octubre de 1997 con un cohete titan IV Centaurus y entró en órbita alrededor de Saturno el 1 de julio de 2004, … Ahora, después de una larga travesía y de haber cumplido ampliamente su cometido, nos deja en este mes de Septiembre de 2.017.

Y el espectáculo de la exploración del Sistema Solar continúa y se amplía. El próximo 22 de septiembre, la sonda Osiris-Rex de la NASA realizará una importante aproximación a la Tierra que cambiará su trayectoria y la pondrá en marcha hacia el asteroide Bennu, donde recogerá una muestra y lo devolverá a la Tierra para su estudio en 2023. Otro objetivo de lo más ambicioso será el vecindario de Júpiter. Previstas para la década de 2020, la misión de la NASA Clipper sobrevolará su luna Europa, mientras que otra europea, llamada Juice, estudiará otra de sus lunas, Ganímedes. El objetivo, la pregunta más intrigante que todavía no tiene respuesta: saber si otros mundos del Sistema Solar pueden albergar vida.

Todo lo que existe está en el Universo: Los pensamientos también

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo y la Vida    ~    Comentarios Comments (0)

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Constituido por innumerables galaxias de estrellas que se erigen en el centro de sistemas planetarios, multitud de Nebulosas de las que “nacen” nuevas y brillantes estrellas y mundos, multitud de objetos exóticos como los la variedad que encierran las estrellas de neutrones como púlsares y magnétares, o, los agujeros negros misteriosos y, todo ello, en un espacio de una magnitud inimaginable para nuestras mentes que, rodeados de los objetos y las cosas cotidianas, no se paran a pensar en esas inmensas verdades que están ahí, en la lejanía del espacio-tiempo inconmensurable.

La Humanidad, nuestra especie, siempre miró hacia los confines del cielo estrellado y se hacía preguntas que no podía contestar. En muchos de los trabajos que aquí se han expuesto quedaron reflejadas aquellas Civilizaciones antiguas que nos hablaban, con sus gravaciones en la piedra de  los lejanos confines del cosmos que ellos imaginaban. Hemos podido llegar un nivel de tecnología que nos permite otear horizontes muy lejanos y captar, con nuestros ingenios, galaxias que se podría decir, sin temor a equivocarnos, que están situados en los confines del Universo.

Podemos examinar la radiación que emiten las estrellas jóvenes, estudiar nebulosas lejanas y captar los extraños átomos y moléculas que las conforman y, al mismo tiempo, observar como se van creando las condiciones precisas de gravitación, vientos estelares y otros fenómenos cósmicos para que, los nuevos mundos y las nuevas estrellas surjan a la vida. Somos testigos de un carrusel cosmológico que gira y gira “eternamente” envuelto en ciclos de destrucción y creación que se suceden en presencia de energías inimaginables, para que todo siga igual al mismo tiempo que todo cambia.

                     Lo cierto es que hemos encontrado mundos muy parecidos a la Tierra

       Nuestro Universo ofrece las mejores condiciones para que la Vida, hiciera acto presencia en él. Sin embargo, siempre habrá dos bandos que discrepan en ese sentido: Por un lado están aquellos que creen en la presencia de la vida en múltiples mundos en las galaxias que pueblan el espacio del universo inmenso, y, por la otra parte, están aquellos que niegan tal posibilidad y se aferran a que, para que surgiera la vida en la Tierra, se tuvieron que dar tal cúmulos de condiciones que es imposible que se vuelvan a repetir en ningún otro lugar.

También es cierto que otros muchos mundos no podrían albergar la vida ni en el extremo de las posibilidades conocidas por nosotros y que denominamos extremófila por estar presente en condiciones que nunca, antes de ser descubierta, pudimos imaginar que pudiera existir. Existen regiones del Universo que son extremadamente peligrosas donde la radiación y las energías extremas están presentes y, ningún mundo que pudiera existir por sus alrededores tendría la posibilidad de albergar ninguna clase de vida.

Somos conscientes de que no podemos vivir aislados y desde siempre hemos tratado de saber qué ocurría más allá, en la lejanía de las estrellas donde algunos imaginativos pensaban que otras criaturas habitaban un sin fín de mundos que, como la Tierra, tendrían las condiciones necesarias para ello. Para ellos, el Universo ofrecía todas las posibilidades a favor y en contra, su diversidad era tanta que mundos llenos de vida pululaban alrededor de estrellas situadas a decenas, cientos, miles o millones de años-luz de nosotros y, también, había mundos imposibles donde nada podía surgir a la vida.

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Ni afirmar ni negar podemos. En lo referente a la vida en otros mundos, todo podría ser posible y la vida tanto inteligente como vegetativa en múltiples formas y con distintos metabolismos, como ocurre aquí en nuestro planeta, es posible que esté presente en aquellos mundos que como el nuestro tengan aquellos requisitos necesarios para su sustento. Atmósfera calentada por una estrella benigna que caliente el planeta, océanos y bosques, y, en defintiiva, todo aquellos que es necesario para mantener latente formas de vida que como la nuestra, parecida o totalmente diferentes, se desarrollen en un ambiente adecuado a las condiciones que cada especie pudiera requerir. Y, desde luego, se podría dar la circunstancia de que, en alguno de esos mundos, las condiciones imperantes sean las que tuvo la Tierra hace ahora 60 millones de años.

Foto

Charles Darwin con la imagen de Io, la luna de Júpiter misteriosa. Creo que hasta el los lugares más inhóspitos, la vida podría estar presente, su actividad volcánica y la presencia de agua, así lo posibilitan.

La vida más resistente que se conoce es la vida invisible: los microoganismos y las bacterias. Los seres vivos capaces de sobrevivir en condiciones extremas se llaman extremófilos. Sobreviven en condiciones que serían letales para cualquier otra forma de vida. Resisten temperaturas extremas, por encima del grado de ebullición del agua y por debajo del de congelación, condiciones de acidez, de falta de luz solar y de oxígeno, de presión, de salinidad… Pueden permanecer en estado de letargo durante miles de años y volver a reanimarse al contacto con el agua.

Lo único que necesitan los extremófilos es: materia orgánica, agua y una fuente de energía. La materia orgánica abunda por todo el Cosmos. Pueden emplear una fuente de energía distinta a la luz solar. De hecho, a comienzos de los 90, se descubrió una bacteria que vivía en el subsuelo, a 7 kms de profundidad, y se alimentaba a base de petróleo. Lo que sí necesita la vida extremófila es agua en estado líquido. O, al menos, así lo creemos. Hasta hoy, no hay pruebas de que ninguna forma de vida pueda sobrevivir sin agua líquida. Pero podemos estar equivocados.

Hasta ahora, la Tierra es el único lugar del universo donde está confirmada la existencia de agua en estado líquido. Pero en el propio Sistema Solar hay planetas y satélites con agua helada. Si se demostrara que los extremófilos pueden sobrevivir con agua helada, se abrirían nuevas posibilidades en la búsqueda de vida extraterrestre.

 L

      Líquenes, hongos y bacterias que pueden estar presentes en cualquier lugar inhóspito de alguna luna

   Arquea productora de metano. Se han encontrado microorganismos productores de metano en dos ambientes extremos en la Tierra: enterrados bajo kilómetros de hielo en Groenlandia y en los suelos cálidos del desierto. Estos descubrimientos hacen más plausible la esperanza que tenemos sobre la existencia de vida en Marte.

Han pasado más de 150 años desde que Darwin publicara su famosa obra El origen de las especies. Sus ideas han prevalecido en el transcurrir del tiempo y ni los nuevos descubrimientos ni los muchos avances logrados han podido dejar de lado la idea de la evolución. Más de doscientos años después de su nacimiento, sus ideas siguen en el candelero de la Biología y nos habla de que, la vida, como el decía, puede surgir en cualquier charca embarrada y caliente.  Sus ideas han sido profundamente analizadas por los mejores especialistas en biología que han tenido que reconocer su influencia en el mundo científico de los distintos campos de la biología, en general, y de la biología evolutiva, en particular.

Pero es interesante ejemplarizar su capacidad sintetizadora y premonitoria en el por aquel entonces, campo novedoso de la biología, la extremofilia, a partir de la exploración de los lagos salobres del río negro en Argentina. A finales de 1831, Darwin se embarcó en el Beagle (ya contamos aquí aquella historia), tardaron meses en atravesar el Atlántico. Desembarcaron el Maldonado y recorrieron las costas de Uruguay y Argentina realizando numerosas observaciones geológicas, botánicas, zoológicas y antropológicas. Ciertamente, aquella “excursión” investigadora por méritos propios pasó a los anales de la Historia.

                                                  La imagen está referida a la Misión Planck de la ESA

En cada tiempo hemos hecho las cosas como hemos posido, siempre en busca del saber y queriendo descubrir los secretos que la Naturaleza esconde. Darwin partió en el Beagle hacia lo desconocido en un viaje peligroso y aventurero en busca de lo desconocido. Ahora, nosotros mucho más adelantados, buscamos lo mismo: Saber. Sin emnbargo, utilizamos otros medios que, como la Misión Planck de la Esa, por ejemplo, vamos a la búsqueda del origen del Universo.

La misión que data de 2.009, no es algo improvisado que se hizo a la ligera, estuvo planificándose y preparándose durante dos décadas de manera muy cuidadosa y con exquisito esmero para cuidar hasta el último detalle dentro de las más avanzadas técnicas que la ciencia actual podía permitirse. El telescopio espacial Planck nos ha ayudado a comprender mejor la historia del Universo, desde una fracción de segundo después del Big Bang a la evolución de las estrellas y de las galaxias a lo largo de estos 13.700 millones de años. Aunque la fase de observaciones científicas ya haya terminado, el legado de esta misión sigue vivo. Planck se lanzó en el año 2009 y pasó 4.5 años observando el firmamento para estudiar cómo evolucionó la materia cósmica con el paso del tiempo.

  Planck y la radiación cósmica de microondas

Los científicos que trabajan con los datos de Planck presentaron la imagen más precisa de la radiación cósmica de microondas (CMB, por sus siglas en inglés), los restos de la radiación del Big Bang que quedaron grabados en el firmamento cuando el Universo tenía apenas 380.000 años.

La señal CMB es la imagen más precisa de la distribución de masa en el Universo primitivo. En ella se pueden detectar minúsculas fluctuaciones de temperatura que se corresponden con regiones que, en un principio, presentaban densidades ligeramente diferentes, y que constituyen las semillas de todas las estructuras, estrellas y galaxias que podemos ver hoy en día. Jan Tauber, científico del proyecto Planck para la ESA, declaraba:

“Planck nos ha proporcionado la imagen a cielo completo de la señal CMB más precisa de la historia, con la que podremos poner a prueba una gran variedad de modelos sobre el origen y la evolución del cosmos”

 

 

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El objetivo principal de Gaia es crear un mapa en 3D de alta precisión de nuestra galaxia, la Vía Láctea, observando repetidamente mil millones de estrellas para determinar su posición precisa en el espacio y sus movimientos a través de él. La sonda espacial Gaia es otro de los muchos proyectos que tratan de investigar dónmde estamos situados en el contexto de nuestra Galaxia, la Vía Láctea.

Recreación artística de la nave Euclides. | ESA

La Agencia Espacial Europea (ESA)  ha dado luz verde a la misión Euclides, que se lanzará en 2020 con el objetivo de estudiar la misteriosa energía oscura que compone el 73% del Universo. La misión Euclides contará con un telescopio de 1,2 metros de diámetro que nutrirá una cámara de 576 millones de píxeles con imágenes en muy alta resolución de 2.000 millones de galaxias, equivalente a las del Telescopio Espacial Hubble. Con esos datos, y mediante tecnología de infrarrojos, los científicos desarrollarán una cartografía de las grandes estructuras del Universo y medirán la distancia entre las galaxias captadas por la cámara.

El telescopio WISE ha llegó al final de su fase de mapear en infrarrojo, pero continuó con la misión de realizar el siguimiento de los más cercanos cometas y asteroides, además de enanas marrones. Se ideó un telescopio infrarrojo que orbitara la Tierra y que ha sido empleado para mapear objetos fríos, polvorientos o lejanos que los telescopios de luz visible no pueden observar. Durante 2010 ha tomó más de 1,8 millones de fotografías utilizando su telescopio de 16 pulgadas y cuatro detectores de longitudes de onda infrarrojas, observando el cielo una vez y media, descubriendo estrellas, cometas y más de 33.500 asteroides en el proceso.

[Img #13113]

“Un sistema de cinco planetas, de los cuales dos tienen un radio 1,41 y 1,61 veces superior al de la Tierra y están en la zona habitable”. Este es el título de un estudio que investigadores internacionales publican esta semana en Science. El hallazgo ha sido posible gracias a las observaciones del telescopio espacial Kepler de la NASA. La estrella anfitriona es Kepler-62 y los dos planetas protagonistas se han bautizado como Kepler-62 e y f, orbitando más lejos que sus compañeros b, c y d. A Kepler-62 e y f llega un flujo solar desde su estrella parecido al que reciben Venus y Marte por parte de nuestro Sol. Respectivamente, los dos exoplanetas reciben alrededor de 1,2 y 0,41 veces la radiación solar que alcanza la Tierra. Basándose en modelos y simulaciones computacionales, los científicos consideran que el tamaño de estos dos nuevos planetas sugiere que podrían ser rocosos, como la Tierra, o estar compuestos de agua sólida.

Ante tal inmensidad nos podemos sentir insignbificantes pero… ¡No lo somos!

Si miramos al cielo en una noche oscura y estamos en el lugar adecuado, podremos contemplar, la inemnsidad en la que estamos inmersos y situados en un pequeño planeta apto para albergar la vida, podemos admirar parte de nuestra Galaxia, la Vía Láctea que nunca hemos podido contemplar en su totalidad al estar confinados en el planeta y no tener los medios para salir fuera y poder tomar una imagen completa del lugar en el que vivimos. Podemos hacerlo con otras galaxias lejanas y, de la nuestra, sólo la conocemos por datos parciales que podemos ir juntando en los diversos estudios que para ello hemos llevado a cabo y seguimos llevando con misiones que, como las que más arriba se reseñan, nos facilitan datos precisos para que podamos saber, de nuestro lugar en el Universo desde esta Galaxía que es sólo una de entre cien mil millones.

Desde un lugar minúsculo, un pequeño terrón de roca y agua que orbita una estrella mediana que le suministra la luz y el calor necesario para que podamos estar aquí, sin pararnos a pensar en nuestra ínfima medida en el contexto del Universo, lo cierto es que lo queremos conquistar.

¡Ilusos!

emilio silvera

Física, la era cuántica y otros fascinantes conceptos

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (0)

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gran-muralla-galaxias

Los científicos para lograr conocer la estructura del universo a su escala más grande, deben retroceder en el tiempo, centrando sus teorías en el momento en que todo comenzó. Para ello, como  todos sabéis, se han formulado distintas teorías unificadoras de las cuatro fuerzas de la naturaleza, con las cuales se han modelado acontecimiento y condiciones en el universo primitivo casi a todo lo largo del camino hasta el principio. Pero cómo se supone que debió haber habido un «antes», aparece una barrera que impide ir más allá de una frontera que se halla fijada a los 10-44 [s] después del Big Bang, un instante conocido como «momento de Planck», en homenaje al físico alemán Max Planck.

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Esta barrera existe debido a que antes del momento de Planck, durante el período llamado la «era de Planck o cuántica», se supone que las cuatro fuerza fundamentales conocidas de la naturaleza eran indistinguibles o se hallaban unificadas , que era una sola fuerza. Aunque los físicos han diseñado teorías cuánticas que unen tres de las fuerzas, una por una, a través de eras que se remontan al momento de Planck, hasta ahora les ha sido prácticamente imposible armonizar las leyes de la teoría cuántica con la gravedad de la relatividad general de Einstein, en un sólo modelo teórico ampliamente convincente y con posibilidades claras de ser contrastado en experimentos de laboratorio y, mucho menos, con observaciones.

Si hablamos de singularidades en agujeros negros, debemos dejar la R.G. y acudir a la M.C. “…según las leyes de la Relatividad, el eje más horizontal siempre es espacio, mientras que el más vertical siempre es tiempo. Por tanto, al cruzar el horizonte lo que nosotros entendemos por tiempo y espacio ¡habrán intercambiado sus papeles! Puede sonar raro y, definitivamente, es algo completamente anti intuitivo, pero es la clave de que los agujeros negros sean como son y jueguen el papel tan importante que juegan en la física teórica actual. Al fin y al cabo, dentro no es lo mismo que fuera…”

Si ahora queremos cuantizar, es decir encontrar la versión cuántica, la gravedad escrita como RG lo que tenemos que hacer es encontrar la teoría cuántica para la métrica.  Sin embargo, esto no conduce a una teoría apropiada, surgen muchos problemas para dar sentido a esta teoría, aparecen infinitos y peor que eso, muchos cálculos no tienen ni tan siquiera un sentido claro.  Así que hay que buscar otra forma de intentar llegar a la teoría cuántica.

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Entre los teóricos, el casamiento de la relatividad general y la teoría cuántica es el problema central de la física moderna. A los esfuerzos teóricos que …

Como tantas veces hemos comentado, los trabajos que se han realizado sobre poder construir una teoría cuántica de la gravedad nos llevan a un número sorprendente de implicaciones. Por un lado, sólo se ha podido conceptuar a la gravedad cuántica, siempre y cuando, el universo tenga más de cuatro dimensiones. Además, se llega a considerar que en la era de Planck, tanto el universo como la gravedad pudieron ser una sola cosa compacta estructurada por objetos cuánticos infinitamente diminutos, como los que suponemos que conforman las supercuerdas. A esta escala, el mismísimo espaciotiempo estaría sometido a imprescindibles fluctuaciones muy semejantes a las que causan las partículas al nacer y desaparecer de la existencia en el espaciotiempo ordinario. Esta noción ha conducido a los teóricos a describir el universo de la era cuántica como una especie de extremadamente densa y agitada espuma que pudo haber contenido las vibrantes cuerdecillas que propugnan los cosmólogos cuerdistas.

Los físicos especulan que el cosmos ha crecido a desde una «nada» primigenia que al nacer comenzó el principio del tiempo y que, en ese parto, contenía toda la materia y toda la energía.

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En aaquellos primeros momentos y a medida que una onda gravitacional recorría el Universo, estiraba y encojía el espacio de una forma muy específica. El espacio tiempo parecería una lámina de goma que estirada por los extremos se alargaba y encogía

Según los primeros trabajos sobre la teoría cuántica de la gravedad, el propio espaciotiempo varió en su topografía, dependiendo de las dimensiones del universo niño. Cuando el universo era del tamaño de un núcleo atómico (ver imagen de abajo), las condiciones eran relativamente lisas y uniformes; a los 10-30cm (centro) es evidente una cierta granulidad; y a la llamada longitud de Planck, todavía unas 1.000 veces más pequeño (abajo), el espacio tiempo fluctúa violentamente.

Los físicos han intentado con denuedo elaborar una teoría completa de la gravedad que incluya la mecánica cuántica. Los cálculos de la mayoría de las teorías propuesta de la «gravedad cuántica» arrojan numerosos infinitos. Los físicos no están seguros si el problema es técnico o conceptual. No obstante, incluso prescindiendo de una teoría completa de gravedad cuántica, se puede deducir que los efectos de la teoría cuántica, habrían sido cruciales durante los primeros 10-43 segundos del inicio del universo, cuando éste tenía una densidad de 1093 gramos por centímetro cúbico y mayor. (El plomo sólido tiene una densidad de aproximadamente diez gramos por centímetro cúbico.)

Resultado de imagen de Cosmología cuántica, la era de Planck

Los físicos especulan que el cosmos ha crecido desde una «nada» primigenia que al nacer comenzó el principio del tiempo y que, en ese parto, contenía toda la materia y toda la energía.

Este período, que es el que corresponde a la era de Planck, y a su estudio se le llama cosmología cuántica. Como el universo en su totalidad habría estado sujeto a grandes incertidumbres y fluctuaciones durante la era de Planck o era cuántica, con la materia y la energía apareciendo y desapareciendo de un vacío en grandes cantidades, el concepto de un principio del universo podría no tener un significado bien definido. En todo caso, la densidad del universo durante este período es de tal magnitud que escapa a nuestra comprensión. Para propósitos prácticos, la era cuántica podría considerarse el estado inicial, o principio, del universo. En consecuencia, los procesos cuánticos ocurridos durante este período, cualquiera sea su naturaleza, determinaron las condiciones iniciales del universo.

Observaciones astronómicas indican que el universo tiene una edad de 13,73 ± 0,12 millardos de años (entre 13 730 y 13 810 millones de años) y por lo menos … Sin embargo…

El universo estaba a 3.000° Hace doce mil quinientos millones de años; a 10 mil millones de grados (1010° K) un millón de años antes, y, tal vez, a 1028° K un par de millones más temprano. Pero, y antes de ese tiempo ¿qué pasaba? Los fósiles no faltan, pero no sabemos interpretarlos. Mientras más elevada se va haciendo la temperatura del universo primigenio, la situación se va complicando para los científicos. En la barrera fatídica de los 1033° K –la temperatura de Planck–, nada funciona. Nuestros actuales conocimientos de la física dejan de ser útiles. El comportamiento de la materia en estas condiciones tan extremas deja de estar a nuestro alcance de juicio. Peor aún, hasta nuestras nociones tradicionales pierden su valor. Es una barrera infranqueable para el saber de la física contemporánea. Por eso, lo que se suele decir cómo era el universo inicial en esos tempranos períodos, no deja de tener visos de especulación.

fuerzas

Aunque no se deja de buscar la manera de unificarlas en una sola teoría, la díscola Gravedad se resiste, y, campa sóla por el Cosmos sin querer juntarse con las otras fuerzas. De todas las maneras, la creencia general es que, al principio, el Universo estaba regido por una única fuerza: La Gravedad, y, de ella, cuando comenzó a enfriarse, se desgajaron las otras tres fuerzas que, se volverían a juntar en un ambiente de energía y temperaturas extrellas.

Los progresos que se han obtenido en física teórica se manifiestan a menudo en términos de síntesis de campos diferentes. Varios  son los ejemplos que de ello encontramos en diversos estudios especializados, que hablan de la unificación de las fuerzas fundamentales de la naturaleza.

En física se cuentan con dos grandes teorías de éxito: la cuántica y la teoría de la relatividad general.

Resultado de imagen de Unificación de las fuerzas fundamentales de la naturaleza

Cada una de ellas ha demostrado ser muy eficiente en aplicaciones dentro de los límites de su ámbito propio. La teoría cuántica ha otorgado resultados más que satisfactorios en el estudio de las radiaciones, de los átomos y de sus interacciones. La ciencia contemporánea se presenta como un conjunto de teorías de campos, aplicables a tres de las grandes interacciones: electromagnética, nuclear fuerte, nuclear débil. Su poder predictivo es bastante elocuente, pero no universal. Esta teoría es, por ahora, incapaz de describir el comportamiento de partículas inmersas en un campo de gravedad intensa. Ahora, no sabemos si esos fallos se deben a un problema conceptual de fondo o falta de capacidad matemática para encontrar las ecuaciones precisas que permitan la estimación del comportamiento de las partículas en esos ambientes.

La teoría de la relatividad general, a la inversa, describe con gran precisión el efecto de los campos de gravedad sobre el comportamiento de la materia, pero no sabe explicar el ámbito de la mecánica cuántica. Ignora todo acerca de los campos y de la dualidad onda-partícula, y en ella el «vacío» es verdaderamente vacío, mientras que para la física cuántica hasta la «nada» es «algo»…

                  Nada está vacío, ya que, de donde surge es porque había

Claro está, que esas limitaciones representativas de ambas teorías no suelen tener mucha importancia práctica. Sin embargo, en algunos casos, esas limitantes se hacen sentir con agresividad frustrando a los físicos. Los primeros instantes del universo son el ejemplo más elocuente.

El científico investigador, al requerir estudiar la temperatura de Planck, se encuentra con un cuadro de densidades y gravedades extraordinariamente elevadas. ¿Cómo se comporta la materia en esas condiciones? Ambas teorías, no dicen mucho al respecto, y entran en serias contradicciones e incompatibilidades. De ahí la resistencia de estas dos teorías a unirse en una sólo teoría de Gravedad-Cuántica, ya que, cada una de ellas reina en un universo diferente, el de lo muy grande y el de lo muy pequeño.

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Todo se desenvuelve alrededor de la noción de localización. La teoría cuántica limita nuestra aptitud para asignar a los objetos una posición exacta. A cada partícula le impone un volumen mínimo de localización. La localización de un electrón, por ejemplo, sólo puede definirse alrededor de trescientos fermis (más o menos un centésimo de radio del átomo de hidrógeno). Ahora, si el objeto en cuestión es de una mayor contextura másica, más débiles son la dimensión de este volumen mínimo. Se puede localizar un protón en una esfera de un décimo de fermi, pero no mejor que eso. Para una pelota de ping-pong, la longitud correspondiente sería de unos 10-15 cm, o sea, bastante insignificante.La física cuántica, a toda partícula de masa m le asigna una longitud de onda Compton: lc = h / 2p mc

Por su parte, la relatividad general igualmente se focaliza en la problemática del lugar que ocupan los objetos. La gravedad que ejerce un cuerpo sobre sí mismo tiende a confinarlo en un espacio restringido. El caso límite es aquel del agujero negro, que posee un campo de gravedad tan intenso que, salvo la radiación térmica, nada, ni siquiera la luz, puede escapársele. La masa que lo constituye está, según esta teoría, irremediablemente confinada en su interior.

En lo que hemos inmediatamente descrito, es donde se visualizan las diferencias entre esos dos campos del conocimiento. Uno alocaliza, el otro localiza. En general, esta diferencia no presenta problemas: la física cuántica se interesa sobre todo en los microobjetos y la relatividad en los macroobjetos. Cada cual en su terreno.

Resultado de imagen de Los átomos y las galaxias

Lo curioso del caso es que, todo lo que vemos está hecho de átomos, por muy grande que pueda ser, como los inmensos cúmulos de galaxias y las más diversas estructuras, todos son átomos unificados en moléculas y cuerpos.

Sin embargo, ambas teorías tienen una frontera común para entrar en dificultades. Se encuentran objetos teóricos de masa intermedia entre aquella de los microobjetos como los átomos y aquella de los macroobjetos como los astros: las partículas de Planck. Su masa es más o menos la de un grano de sal: 20 microgramos. Equivale a una energía de 1028 eV o, más aún, a una temperatura de 1033° K. Es la «temperatura de Planck».

Ahora bien, si queremos estimar cuál debería ser el radio en que se debe confinar la masita de sal para que se vuelva un agujero negro, con la relatividad general la respuesta que se logra encontrar es de que sería de 10-33 cm, o sea ¡una cien mil millonésima de mil millonésima de la dimensión del protón! Esta dimensión lleva el nombre de «radio de Planck». La densidad sería de ¡1094 g/cm3! De un objeto así, comprimido en un radio tan, pero tan diminuto, la relatividad general sólo nos señala que tampoco nada puede escapar de ahí. No es mucha la información.

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                        El “universo” de lo muy pequeño que hace posible lo muy grande

Si recurrimos a la física cuántica para estimar cuál sería el radio mínimo de localización para un objeto semejante al granito de sal, la respuesta que encontramos es de un radio de 10-33 cm. Según esta teoría, en una hipotética experiencia se lo encontrará frecuentemente fuera de ese volumen. ¡Ambos discursos no son coincidentes! Se trata de discrepancias que necesitan ser conciliadas para poder progresar en el conocimiento del universo. ¿Se trata de entrar en procesos de revisión de ambas teoría, o será necesaria una absolutamente nueva? Interrogantes que solamente el devenir de la evolución de la física teórica las podrá responder en el futuro.

De todas las maneras, en lo que se refiere a una Teoría cuántica de la Gravedad, tendremos que esperar a que se confirmen las teorías de supergravedad, supersimetría, cuerdas, la cuerda heterótica, supercuerdas y, la compendiada por Witten Teoría M. Aquí, en estas teorías (que dicen ser del futuro), sí que están apasiblemente unidas las dos irreconcialbles teorías: la cuántica y la relativista, no sólo no se rechazan ni emiten infinitos, sino que, se necesitan y complementan para formar un todo armónico y unificador.

¡Si pudiéramos verificarla!

Pero, contar con la energía de Planck (1019 GeV), no parece que, al menos de momento, sea de este mundo. Ni todos los aceleradores de partículas del mundo unidos, podrían llegar a conformar una energía semejante.

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                       Aunque de extraña y atípica figura, también, esta galaxia, está hecha de materia

Tiene y encierra tantos misterios la materia que estamos aún a 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 desde 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? Aristóteles la llamaba Ylem, la sustancia o materia cósmica antes de la materia, a partir del Ylem llegaría la materia bariónica, la ue conocemos y de la que todo está hecho.

Resultado de imagen de En nuestras mentes surgen preguntas y dudas

Deambulamos por un desierto inmenso de ignorancia y, las preguntas que planteamos… ¡Nadie las sabe contestar!

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 como, 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!

Resultado de imagen de la Luz una maravilla de la Naturaleza

Son muchas las cosas que desconocemos y, nuestra curiosidad nos empuja continuamente a buscar esas respuestas. ¿Qué secretos esconde la Luz? Algo que alumbra los mundos y está conformada por miríadas de fotones.

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 lo tanto, han sido denominados leptones (de la voz griega lepto que significa “delgado”).

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 menos 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 esta es la que se muestra en el electrón.

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                  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 ahora.

(“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 ahora 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 cuenta 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.

Haga clic para mostrar el resultado de "Louis de Broglie" número 12

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.)

Imagen ilustrativa de la dualidad onda-partícula, en el cual se puede ver cómo un mismo fenómeno puede tener dos percepciones distintas. Esta manifestación en forma 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 forma 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: Ve, Vu y VT.

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 nombre 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 descubrir) debe poseer, correspondientemente, menos energía que el fotón y, por tanto, ha de ser inimaginablemente difícil de detectar.

De todos modos, el físico norteamericano Joseph Weber emprendió en 1.957 la formidable tarea de detectar el gravitón.  Llegó a emplear un par de cilindros de aluminio de 153 cm. De longitud y 66 de anchura, suspendidos de un cable en una cámara de vacío.  Los gravitones (que serían detectados en forma de ondas), desplazarían levemente esos cilindros, y se empleó un sistema para detectar el desplazamiento que llegare a captar la cienmillonésima parte de un centímetro.

                  Joseph Weber

El interferómetro funciona enviando un haz de luz que se separa en dos haces; éstos se envían en direcciones diferentes a unos espejos donde se reflejan de regreso, entonces los haces al combinarse presentarán interferencia.

Las débiles ondas de los gravitones, que producen del espacio profundo, deberían chocar contra todo el planeta, y los cilindros separados por grandes distancias se verán afectados de forma simultánea.  En 1.969, Weber anunció haber detectado los efectos de las ondas gravitatorias.  Aquello produjo una enorme excitación, puesto que apoyaba una teoría particularmente importante (la teoría de Einstein de la relatividad general).  Desgraciadamente, nunca se pudo comprobar mediante las pruebas realizadas por otros equipos de científicos que duplicaran el hallazgo de Weber.

De todas formas, no creo que, a estas alturas, nadie pueda dudar de la existencia de los gravitones, el bosón mediador de la fuerza gravitatoria.  La masa del gravitón es cero, su carga es cero, y su espín de 2.  Como el fotón, no tiene antipartícula, ellos mismos hacen las dos versiones.

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.

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En primer lugar, la primera imagen muestra al cuásar 3C 186, que aparece como un objeto brillante justo a la derecha del núcleo. Las líneas verdes muestran los límites. La segunda 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 entre estrellas de neutrones y de otras fuentes análogas que, según se cree, nos hablará de “otro universo”, es decir, nos dará información desconocida hasta ahora y sabremos “ver” un universo distinto al reflejado por las ondas elecromagnéticas que es el que ahora conocemos.

          ¿Espuma cuántica? Si profundizamos mucho en la materia…

Hay aspectos de la física que me dejan totalmente sin habla, me obligan a pensar y me transporta de este mundo material nuestro a otro fascinante donde residen las maravillas del Universo.  Hay magnitudes asociadas con las leyes de la gravedad cuántica. La longitud de Planck-Wheeler, limite_planck es la escala de longitud por debajo de la cual el espacio tal como lo conocemos deja de existir y se convierte en espuma cuántica.  El tiempo de Planck-Wheeler (1/c veces la longitud de Planck-Wheeler o aproximadamente 10-43 segundos), es el intervalo de tiempo más corto que puede existir; si dos sucesos están separados por menos que esto, no se puede decir cuál sucede antes y cuál después. El área de Planck-Wheeler (el cuadrado de la longitud de Planck-Wheeler, es decir, 2,61×10-66cm2) juega un papel clave en la entropía de un agujero negro.

“Una investigación ha llevado a pensar que, la materia se construye sobre fundamentos frágiles. Los físicos acaban de confirmar que la materia, aparentemente sustancial, es en realidad nada más que fluctuaciones en el vació cuántico. Los investigadores simularon la frenética actividad que sucede en el interior de los protones y neutrones, que como sabéis son las partículas que aportan casi la totalidad de la masa a la materia común. Estas dos partículas, protones y neutrones, se comportan como si en su interior, los quarks de los que están hechas ambas partículas, lucharan por escapar del confinamiento a que se ven sometidos por la fuerza nuclear fuerte por medio de los Gluones que forman un océano en el que se ven confinados sin remedio. De hecho, nunca nadie ha podido ver a un quark libre.

Resultado de imagen de El vacío cuántico

Así que, si estudiamos el vacío cuántico, parece que eso permitirá a los físicos someter a prueba a la Cromo Dinámica Cuántica y buscar sus efectos más allá de la física conocida. Por ahora, los cálculos demuestran que la QCD describe partículas basadas en quarks de forma precisa, y que la mayor parte de nuestra masa viene de quarks virtuales y gluones que burbujean en el vacío cuántico.

Se cree que el campo de Higgs hace también su pequeña contribución, dando masa a los quarksindividuales, así como a los electrones y a otras varias partículas. El campo de Higgs también crea masa a partir del vacío cuántico, en forma de bosones virtuales de Higgs. De modo que si el LHC confirma la existencia del bosón de Higgs, eso significará que toda la realidad es virtual, es menos virtual de lo que se pensaba. No creo que hasta el momento, y, a pesar de las declaraciones salidas desde el CERN, se tenga la seguridad de haber detectado el Bosón de Higgs.

De todo lo anterior, no podemos obtener una respuesta cierta y científicamente probada de que todo eso sea así, más bien, los resultados indican que todo eso “podría ser así”, lo que ocurre es que, los científicos, a veces se dejan llevar por las emociones. Al fin y al cabo, ellos como el común de los mortales, también son humanos.

    Ya nos gustaría saber cómo es, ese vacío cuántico y qué pasa allí

Me llama poderosamente la atención lo que conocemos como las fluctuaciones de vacío, esas oscilaciones aleatorias, impredecibles e ineliminables de un campo (electromagnético o gravitatorio), que son debidas a un tira y afloja en el que pequeñas regiones del espacio toman prestada momentáneamente energía de regiones adyacentes y luego la devuelven. Hace un par de días que hablamos de ello.

Ordinariamente, definimos el vacío como el espacio en el que hay una baja presión de un gas, es decir, relativamente pocos átomos o moléculas.  En ese sentido, un vacío perfecto no contendría ningún átomo o molécula, pero no se puede obtener, ya que todos los materiales que rodean ese espacio tienen una presión de vapor finita.  En un bajo vacío, la presión se reduce hasta 10-2 pascales, mientras que un alto vacío tiene una presión de 10-2-10-7 pascales.  Por debajo de 10-7 pascales se conoce como un vacío ultraalto.

No puedo dejar de referirme al vaciotheta (vació θ) que, es el estado de vacío de un campo gauge no abeliano (en ausencia de campos fermiónicos y campos de Higgs). En el vacío theta hay un número infinito de estados degenerados con efecto túnel entre estos estados.  Esto significa que el vacío theta es análogo a una funciónn de Bloch en un cristal.

Se puede derivar tanto como un resultado general o bien usando técnicas de instantón.  Cuando hay un fermión sin masa, el efecto túnel entre estados queda completamente suprimido. Cuando hay campos fermiónicos con masa pequeña, el efecto túnel es mucho menor que para campos gauge puros, pero no está completamente suprimido.

                                              ¡Es tánto lo que hay pero que no podemos ver!

Si buscamos por ahí podremos leer explicaciones como esta: “En la Teoría cuántica de campos,  el vacío cuántico (también llamado el vacío) es el estado cuántico con la menor energía posible. Generalmente no contiene partículas físicas. El término “Energía de punto cero” es usado ocasionalmente como sinónimo para el vacío cuántico de un determinado campo cuántico.

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De acuerdo a lo que se entiende actualmente por vacío cuántico o “estado de vacío”, este “no es desde ningún punto de vista un simple espacio vacío” , y otra vez: “es un error pensar en cualquier vacío físico como un absoluto espacio vacío.” De acuerdo con la mecánica cuántica, el vacío cuántico no está verdaderamente vacío sino que contiene ondas electromagnéticas fluctuantes y partículas que saltan adentro y fuera de la existencia.

Según las modernas teorías de las partículas elementales, el vacío es un objeto físico, se puede cargar de energía y se puede convertir en varios estados distintos. Dentro de su terminología, los físicos hablan de vacíos diferentes. El tipo de partículas elementales, su masa y sus interacciones están determinados por el vacío subyacente. La relación entre las partículas y el vacío es similar a la relación entre las ondas del sonido y la materia por la que se propagan. Los tipos de ondas y la velocidad a la que viajan varía dependiendo del material.”

Como nos dicen en este anuncio del Kybalion, nada es estático en el Universo y, todo está en continuo movimiento o vibración. Habreis oido hablar de la energía de punto cero que permanerce en una sustancia en el cero absoluto (cero K). Está de acuerdo con la teoría cuántica, según la cual, una partícula oscilando con un movimiento armónico simple no tiene estado estacionario de energía cinética nula. Es más, el Principio de Incertidumbre no permite que esta partícula esté en reposo en el punto central exacto de sus oscilaciones. Del vacío surgen sin cesar partículas virtuales que desaparecen en fracciones de segundo, y, ya conoceis, por ejemplo, el Efecto Casimir en el que dos placas pueden producir energía negativa surgidas del vacío.

De todas las maneras, en este momento sabemos tanto de la espuma cuántica como de nuestra presencia en el Universo, es decir, nada. Todo son conjeturas, suposiciones e hipótesis que nos hacen imaginar lo que pueda existir a la distancia de Planck. Claro que  en una longitud de 10-35 metros, sí que es fácil imaginar que lo que podamos ver allí sería simplemete una especie de espuma cuántica asociada a lo que estimamos que sería la gravedad cuántica.

emilio silvera