Sí, la Naturaleza nos muestra constantemente su poder. Fenómenos que no podemos evitar y que nos hablan de unos mecanismos que no siempre comprendemos. Nuestro planeta por ejemplo, se comporta como si de un ser vivo se tratara, la llaman Gaia y realiza procesos de reciclaje y renovación por medio de terremotos y erupciones volcánicas, Tsunamis y tornados devastadores que cambian el paisaje y nosotros, lo único podemos hacer es acatar el destino que ignoramos de lo que está por venir.

El mundo nos parece un lugar complicado. Sin embargo, existen algunas verdades sencillas que nos parecen eternas, no varían con el paso del tiempo (los objetos caen hacia el suelo y no hacia el cielo, el Sol se levanta por el Este, nunca por el Oeste, nuestras vidas, a pesar de las modernas tecnologías, están todavía con demasiada frecuencia a merced de complicados procesos que producen cambios drásticos y repentinos. La predicción del tiempo atmosférico es más un arte que una ciencia, los terremotos y las erupciones volcánicas se producen de manera impredecible y aparentemente aleatoria, los cambios en las Sociedades cambian a merced de sucesos que sus componentes no pueden soportar y exigen el cambio.

 La inmensa complejidad que está presente en el cerebro humano y de cómo se genera lo que llamamos “la mente”, a partir de una maraña de conexiones entre más de cien mil millones de neuronas, más que estrellas existen en nuestra Galaxia, la Vía Láctea. Es algo grande que, en realidad, no hemos alcanzado a comprender.

La mente humana es de tal complejidad que no hemos podido llegar a comprender su funcionamiento. ¿Por qué unas personas tienen una gran facilidad para tocar el piano, otros para comprender las matemáticas complejas y algunos para ver lo que nadie ha sido capaz de detectar en el ámbito de la Naturaleza, pongamos por ejemplo un paisaje, o, llegar a comprender fenómenos físicos que configuran el mundo, el Universo y la vida?

                                                    Sumeria y la Grecia Clásica

                                    La Sociedad Romana y la de la Edad Media

Es precisamente a escala humana, donde se dan las características (posiblemente) más complejas del Universo, las que se resisten más a rendirse ante métodos y reglamentos fijos que las pretenda mantener estáticas e inamovibles por el interés de unos pocos. Las Sociedades son dinámicas en el tiempo y en el espacio y, su natural destino es el de evolucionar siempre, el de buscar las respuestas a cuestiones para ellas desconocidas y que al estar inmersas en el corazón de la Naturaleza, se sirven de la Ciencia para poder llegar al lugar más secreto y arrancar esas respuestas que tanto, parecen necesitar para continuar hacia el futuro.

Claro que, ese futuro, no depende de esas Sociedades Humanas que de alguna manera, están a merced de sucesos como aquel de Yucatán, cuando al parecer, hace ahora 65 millones de años, perecieron los Dinosaurios que reinaron en el Planeta durante 150 millones de años hasta que llegó aquél fatídico (para ellos) pedrusco que, en realidad, posibilitó nuestra llegada.

Aquellos terribles animales que poblaban la Tierra hubiera hecho imposible nuestra presencia en el planeta. Formas de vida incompatibles con nuestra especie que desaparecieron -según parece- por causas naturales venidas del espacio exterior para que más tarde, pudiéramos nosotros hacer acto de presencia en el planeta que nos acoge.

Aquello se considera una extinción masiva ocurrida en la Tierra, algo tan claramente reflejado en el registro fósil que se utiliza para marcar el final de un período de tiempo geológico, el Cretáseo, y el comienzo de otro, el Terciario. Puesto que la “C” ya se ha utilizado como inicial  en un contexto similar en relación con el período Cámbrico, este marcador se suele denominar frontera K-T, con una “K” de Kreide, que es el nombre del Cretáceo en alemán. No fueron solos los dinosaurios los que resultaron afectados, aunque son los que aparecen con mayor protagonismo en los relatos populares cuando se habla de este desastre.

Esqueletos de dinosaurios expuestos en el Museo Real de Ontario, Canadá.

Alrededor del 70 por ciento de todas las especies que vivían en la Tierra al finales del cretáceo habían desaparecidos a principios del Terciario, lo cual indica que se trató realmente de una “extinción en masa” y explica por qué los geólogos y los paleontólogos utilizan la frontera K-T como un marcador importante en el registro fósil. Dadas las dificultades que plantean unas pruebas de tiempos tan remotos, y la lentitud con la que se acumulan los estratos geológicos, todo lo que podemos decir realmente sobre la velocidad a la que se produjo aquella extinción es que sucedió en menos de unas pocas decenas de miles de años, pero en ningún caso durante muchos millones de años; sin embargo, esto se considera un cambio brusco en relación con la escala de tiempo utilizada en geología.

Gráfica de las extinciones los últimos 250 Millones de años

Las preguntas obvias que esto plantea son las mismas que surgen tras un gran terremoto -por qué sucedió, y si podría suceder de nuevo y, en su caso, cuándo- En el caso del suceso K-T hay un candidato muy adecuado para ser el desencadenante que hizo que la extinción se produjera, por ejemplo, hace 60 0 55 millones de años. Los restos del enorme cráter que data justo de entonces ha sido descubierto bajo lo que es ahora la península de Yucatán, en Méjico,  y por todo el mundo se han hallado estratos de hace 65 millones de años que contienen restos de iridio, un metal pesado que es raro en la corteza terrestre, pero del que sabemos que es un componente de algunos tipos de meteoritos. La capa de iridio es tan delgada que tuvo que depositarse en menos de 10.000 años (quizá mucho menos), lo cual es coherente con la teoría de que el suceso K-T fue desencadenado en su totalidad, de manera más o menos instantánea, por un gran golpe que llegó del espacio interestelar.

         El volcán Kilauea amenaza a las poblaciones de Hawaii es terrible. La catástrofe está servida

No sería difícil explicar por que pudo suceder todo esto. La energía cinética contenida en un impacto de este calibre sería equivalente a la explosión de unos mil millones de megatoneladas de TNT y arrojaría al espacio unos detritos en forma de grandes bloques que se desplazarían siguiendo trayectorias balísticas (como las de los misiles balísticos intercontinentales) y volverían a entrar en la atmósfera por todo el globo terráqueo, difundiendo calor y aumentando la temperatura en todas las regiones. Se produciría un efecto de calentamiento de 10 kw por cada metro cuadrado de la superficie terrestre durante varias horas, un fenómeno que ha sido descrito gráficamente por Jay Melosh. A continuación, unas diminutas partículas de polvo lanzadas al interior de la parte superior de la atmósfera se extendería alrededor del todo el planeta y, combinada con el humo de todos los incendios desencadenados por el “asado a la parrilla”, bloquearían el paso de la luz del Sol, causando la muerte de todas las plantas que dependían de la fotosíntesis y congelando temporalmente el planeta.

Si el planeta se congela, ¿Dónde nos meteremos? ¿Cuántas criaturas tendrán la oportunidad de sobrevivir? Y, si por el contrario los grandes glaciares se descongelan y suben los niveles de mares y océanos… ¿Cuántas inundaciones y ciudades quedaran bajo las aguas?

Hay pruebas de que, en épocas pasadas, la Tierra sufrió visitas inesperadas desde el espacio que trajo muerte y desolación.  Hace unos 35 millones de años, la Tierra soportó unos impactos parecidos sin que se produjera una extinción del calibre del suceso K-T. Aunque los factores desencadenantes tengan la misma magnitud. Por otra parte, existen pruebas de que los Dinosaurios y otras especies estaban ya en decadencia en los dos últimos millones de años del Cretáceo. Parece que los grandes lagartos habían experimentado altibajos durante los 150 millones de años que se pasaron vagando por la Tierra. Hay opiniones para todos y algunos dicen que su desaparición se debió, en realidad, al aumento del Oxígeno en nuestra atmósfera.

                                            Extinciones masivas

El suceso K-T es en realidad sólo una entre cinco catástrofes similares (en la medida en que afectó en aquella época a la vida en la Tierra) a las que los geólogos denominan en conjunto las “cinco grandes” -y no es en absoluto la mayor-. Cada una de ellas se utiliza como marcador entre períodos geológicos y todas han sucedido durante los últimos 600 millones de años.

La razón por la que nos centramos en este pasado geológico relativamente reciente es que fue en esa época cuando los seres vivos desarrollaron por primera vez algunas características, tales como las conchas, que podían fosilizarse fácilmente, dejando rastros que pueden reconocerse en los estratos que se estudian en la actualidad.

Nuevas especies de fósiles de invertebrados marinos, que vivieron hace 465 millones de años, se han hallado en diversos yacimientos de la provincia de Ciudad Real en España, y, por todas partes del mundo, si se profundiza en la Tierra, se encuentran fósiles y conchas de tiempos pasados. En la imagen recreada arriba se recoge el descubrimiento especies nuevas,  de animales marinos con concha que han posibilitado su hallazgo después de tantos millones de años.

Pero centrémonos en las “cinco grandes extinciones” que, tomándolas cronológicamente se produjeron hace unos 440 millones de años (que marcaron la frontera entre los períodos Ordovícico y Silúrico), hace 360 millones de años (entre el Devónico y el Carbonífero), 250 millones de años (entre el Pérmico y el Triásico), 215 millones de años (en la frontera entre el Triásico y el Jurásico) y 65 millones de años (en la frontera K-T).

                                   Millones de años

Intensidad de la extinción marina a través del tiempo. El gráfico azul muestra el porcentaje aparente (no el número absoluto) de los géneros de animales marinos extintos durante un determinado intervalo de tiempo. Se muestran las ultimas cinco grandes extinciones masivas. 

Hay otras muchas extinciones en el registro fósil pero, las más importantes son las mencionadas. La más espectacular de todas ellas es el suceso que tuvo lugar hace unos 250 millones de años, al final del Pérmico. Se extinguieron al menos el 80 por ciento, y posiblemente hasta el 95 por ciento, de todas las especies que vivían en nuestro planeta en aquellos tiempos, tanto en la tierra como en los océanos, y lo hizo durante un intervalo de menos de 100.000 años. Sin embargo, dado que también se calcula que el 99 por ciento de todas las especies que han vivido en la Tierra se han extinguido, esto significa que son el doble las que han desaparecido en sucesos de -aparente- menor importancia.

La cuestión que nos intriga es si las extinciones en masa son realmente acontecimientos especiales, de carácter diferente al de las extinciones de menor importancia, o si son el mismo tipo de suceso, pero a gran escala -¿son las extinciones de vida en la Tierra unos hechos cuya naturaleza es independiente de su magnitud, como los terremotos y todos los demás fenómenos que la Naturaleza nos envía periódicamente que dan lugar a catástrofes y pérdidas de muchas vidas? La respuesta sincera es “no lo sabemos”, pero hay bastantes evidencias como para intuir que ésta es una posibilidad muy real.

El logotipo del Movimiento por la Extinción Humana Voluntaria es un globo terráqueo sobre el que aparece la letra V y sobre ella otra pequeña tierra y el acrónimo VHEMT de Voluntary Human Extinction Movement.

Gracias a un meticuloso trabajo de investigación de Jack Sepkoski, de la Universidad de Chicago que, pudo trazar un gráfico en el que mostraba como ha fluctuado durante los últimos 600 millones de años el nivel de extinciones que se produjo en cada intervalo de cuatro millones de años.

     Extinciones segun Sepkoski

El gráfico nos muestra que la muerte de los dinosaurios fue también la muerte de los invertebrados marinos. La pregunta que se puede plantear es que clase de aleatoriedad es ésta, si realmente son sucesos aleatorios. Resulta que es una ley potencial -nuestro viejo amigo, el ruido 1/f-. El origen de esta señal aleatoria, de enorme interés por su ubicuidad y propiedades matemáticas, sigue siendo un misterio, a pesar de la atención que se le ha dedicado.

Ahora bien, no parece probable que todas las extinciones de vida que han sucedido en la Tierra hayan tenido como causa impactos procedentes del espacio. Lo que parece estar diciéndonos el registro fósil es que las extinciones se producen en todas las escalas, todos los tiempos, y que (como en el caso de los terremotos) puede producirse una extinción de cualquier magnitud en cualquier época. Algunas extinciones podrían ser desencadenadas por impactos de meteoritos; otras, por períodos glaciares. Una cosa sí que nos queda clara: es necesario un gran desencadenante para que ocurra un gran suceso, y, no podemos olvidar que estamos inmersos en un Sistema Complejo -la vida en la Tierra- que es autoorganizador, se alimenta a partir de un flujo de energía, y existe al borde del Caos. Si comprendemos eso, estaremos preparados para entender lo que todo esto significa para la vida en sí misma, siempre expuesta a las fuerzas del Universo.

Por otra parte, a lo largo de nuestra Historia hemos conocido situaciones de muertes masivas como por ejemplo: La Peste de la Guerra del Peloponeso (430 a.C.), La Plaga Antonina (165 y 180), La Plaga de Justiniano (541 y 542), La Peste Negra (1348 y 1350), o, La Gripe Española (1918) y, todas ellas son en realidad de origen desconocido.  Esto me lleva a pensar que la Tierra, nuestro planeta, viaja por el espacio como una gran nave espacial y recorre regiones interestelares en las que no sabemos qué puede haber, y, ¿Quién puede negar que al atravesar esas regiones, no estén presenten en ellas esporas fuertemente acorazadas contra la radiación que, atravesando la atmósfera terrestre se instalen tan ricamente en nuestro mundo para florecer y sembrar la muerte entre nosotros? Lo cierto es que son muchas las cosas que no sabemos.

De todas las maneras, no podemos negar que grandes cambios nos acechan y, como la medida del “tiempo” es distinta para la escala humana que para la del Universo, en cualquier momento podrá tener lugar un acontecimiento de índole diversa (la caída de un meteorito, una pandemia devastadora, cataclismos tectónicos de gran magnitud, explosiones supernovas  de inmensa intensidad que barra nuestra atmósfera y siembre de radiación el planeta…) que vendrá a transformar todo lo que nosotros consideramos importante y que, para la Naturaleza, no es nada.

     Yersinia pestis, la bacteria que causa la peste- WIKIPEDIA

De todas las maneras, en una cosa sí tenemos que estar de acuerdo: ¡La vida! Esa cosa tan frágil pero tan fuerte, se ha resistido a desaparecer a lo largo de los millones de años que lleva en el planeta y, eso nos lleva a sospechar que, lo mismo habrá sucedido en otros lugares y la Vida, debe estar por todas partes… ¡A pesar de todo!

Emilio Silvera V.

La fuente de la mayor parte del contenido de este trabajo,  hay que buscarla en los pensamientos del maestro J. Gribbin, un Astrofísico de nuestro tiempo.

 « Rememorar el pasado

BIOLOGÍA Y ESTRELLAS

¿Es viejo el universo? Todos los cálculos nos llevan a una edad de 13.700 millones de años que, comparado con el tiempo en el que nosotros hicimos acto de presencia en él, es menos que un simple parpadeo de ojos. Sin embargo, a veces nos sentimos los amos del mundo y del Universo mismo, lo que en realidad, es un simple espejismo, una ilusión que se forja en nuestras mentes que, jóvenes e inmaduras… Aún no comprenden, como son las cosas.

 

 

Cuando tenemos que operar con la edad y el tamaño del universo lo hacemos generalmente utilizando medidas de tiempo y espacio. Son tan inmensas las distancias y tan descomunal el tiempo que está presente en el ámbito del Universo que, hemos inventado unidades especiales para poder hablar de ellas sin tener que escribir cantidades tan grandes con los números y, el año-luz, la Unidad Astronómica, el Parsec, Kiloparsec o Gigaparsec son palabras que expresan medidas antropomórficas y extraordinarias que se pierden en el espacio-tiempo.

¿Por qué medir la edad del universo con un “reloj” que hace “tic” cada vez que nuestro planeta completa una órbita alrededor del astro rey, el Sol? ¿Por qué medir su densidad en términos de átomos por metro cúbico? Las respuestas a estas preguntas son por supuesto la misma: porque queremos saber en qué lugar estamos, porque es conveniente y porque desde siempre hemos tratado de saber, lo que el universo es. Por otra parte, también en el ámbito de lo muy pequeño hemos tenido que inventar unidades que, esta vez, han querido significar lo que dice la Naturaleza y no el hombre.

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

El joven Planck

Mientras que Stoney había visto en la elección de unidades prácticas una manera de cortar el nudo gordiano de la subjetividad, Planck utilizaba sus unidades especiales para sustentar una base no antropomórfica para la física y que, por consiguiente, podría describirse como “unidades naturales”.

De acuerdo con su perspectiva universal, en 1.899 Planck propuso que se construyeran unidades naturales de masa, longitud y tiempo a partir de las constantes más fundamentales de la naturaleza: la constante de gravitación G, la velocidad de la luz c y la constante de acción h, que ahora lleva el nombre de Planck. La constante de Planck determina la mínima unidad de cambio posible en que pueda alterarse la energía, y que llamó “cuanto”. Las unidades de Planck son las únicas combinaciones de dichas constantes que pueden formarse en dimensiones de masa, longitud, tiempo y temperatura. Sus valores no difieren mucho de los de Stoney que figuran en el trabajo siguiente de hoy:

Estas formulaciones con la masa, la longitud, el tiempo y la temperatura de Planck incorporan la G (constante de gravitación), la h (la constante de Planck) y la c, la velocidad de la luz. La de la temperatura incorpora además, la K de los grados Kelvin.

La constante de Planck racionalizada (la más utilizada por los físicos), se representa por ћ que es igual a h/2π que vale del orden de 1’054589×10^-34 Julios segundo.

En las unidades de Planck, una vez más, vemos un contraste entre la pequeña, pero no escandalosamente reducida unidad natural de la masa y las unidades naturales fantásticamente extremas del tiempo, longitud y temperatura. Estas cantidades tenían una significación sobrehumana para Planck. Entraban en La Base de la realidad física:

“Estas cantidades conservarán su significado natural mientras la Ley de Gravitación y la de Propagación de la luz en el vacío y los dos principios de la termodinámica sigan siendo válidos; por lo tanto, siempre deben encontrarse iguales cuando sean medidas por las inteligencias más diversas con los métodos más diversos.”

 

                  ¿Quién sabe cómo serán?

En sus palabras finales alude a la idea de observadores en otro lugar del universo que definen y entienden estas cantidades de la misma manera que nosotros. Lo cierto es que estas unidades, al tener su origen en la Naturaleza y no ser invenciones de los seres humanos, de la misma manera que nosotros y, posiblemente por distintos caminos, seres de otros mundos también las hallarán y serán idénticas a las nuestras. De entrada había algo muy sorprendente en las unidades de Planck, como lo había también en las de Stoney. Entrelazaban la gravedad con las constantes que gobiernan la electricidad y el magnetismo. Planck nos decía:

“La creciente distancia entre la imagen del mundo físico y el mundo de los sentidos no significa otra cosa que una aproximación progresiva al mundo real.”

 

Sí, Planck tenía razón, el mundo de los sentidos cada vez están más cerca de ese mundo real que perseguimos. Sabemos que nuestra realidad no es la realidad del mundo y, poco a poco, con descubrimientos como estos de las Unidades de Stoney-Planck, nos vamos acercando a la comprensión de esa Naturaleza creadora que permitió aquí nuestra presencia y que ahora, nosotros tratamos de saber.

Podemos ver que Max Planck apelaba a la existencia de constantes universales de la naturaleza como prueba de una realidad física al margen y completamente diferentes de las mentes humanas. Al respecto decía:

“Estos…números, las denominadas “constantes universales” son en cierto sentido los ladrillos inmutables del edificio de la física teórica. Deberíamos preguntar:

    ¿Cuál es el significado real de estas constantes?”

Claro que, nosotros, simplemente somos un misterio más de los muchos que en el Universo son. Sin embargo y a diferencias de los otros, tenemos la ventaja de ser conscientes con la facultad de pensar y, además, tenemos una insaciable curiosidad. Un fallo que a menudo tenemos ha sido caer en la tentación de mirarnos el ombligo y no hacerlo al entorno que nos rodea. Muchas más cosas habríamos evitado y habríamos descubierto si por una sola vez hubiésemos dejado el ego a un lado y, en lugar de estar pendientes de nosotros mismos, lo hubiéramos hecho con respecto a la naturaleza que, en definitiva, es la que nos enseña el camino a seguir.

Hemos llegado a poder discernir la relación directa que vincula el tamaño, la energía de unión y la edad de las estructuras fundamentales de la Naturaleza. Una molécula es mayor y más fácil de desmembrar que un átomo; lo mismo podemos decir de un átomo respecto al núcleo atómico, y de un núcleo con respecto a los quarks que contiene. Y, creemos saber que…

La edad actual del universo visible ≈ 10⁶⁰ tiempos de Planck

Tamaño actual del Universo visible ≈ 10⁶⁰ longitudes de Planck

La masa actual del Universo visible ≈ 10⁶⁰ masas de Planck

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

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

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

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

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

Con respecto a sus propios patrones, el universo es viejo. El tiempo de vida natural de un mundo gobernado por la gravedad, la relatividad y la mecánica cuántica es el fugaz breve tiempo de Planck. Parece que es mucho más viejo de lo que debería ser. Pero, pese a la enorme edad del universo en “tics” de Tiempos de Planck,  hemos aprendido que casi todo este tiempo es necesario para producir estrellas y los elementos químicos que traen la vida.

¿Por qué nuestro universo no es mucho más viejo de lo que parece ser? Es fácil entender por qué el universo no es mucho más joven. Las estrellas tardan mucho tiempo en formarse y producir elementos más pesados que son las que requiere la complejidad biológica. Pero los universos viejos también tienen sus problemas. Conforme para el tiempo en el universo el proceso de formación de estrellas se frena.

Todo el gas y el polvo cósmico que constituyen las materias primas de las estrellas habrían sido procesados por las estrellas y lanzados al espacio intergaláctico donde no pueden enfriarse y fundirse en nuevas estrellas. Pocas estrellas hacen que, a su vez, también sean pocos los sistemas solares y los planetas. Los planetas que se forman son menos activos que los que se formaron antes, la entropía va debilitando la energía del sistema para realizar trabajo.

La producción de elementos radiactivos en las estrellas disminuirá, y los que se formen tendrán semividas más largas. Los nuevos planetas serán menos activos y el vulcanismo parará su actividad al ser frenado el planeta geológicamente y carecerán de muchos de los movimientos internos que impulsan la deriva continental y la elevación de las montañas en el planeta. Si esto también hace menos probable la presencia de un campo magnético en un planeta, entonces será muy poco probable que la vida evolucione hasta formas complejas.

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

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

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

La caída en el planeta de uno de estos enormes pedruscos podría producir extinciones globales y retrasar en millones de años la evolución. Cuando comento este tema no puedo evitar el recuerdo del meteorito caído en la Tierra que impactó en la península de Yucatán hace 65 millones de años, al final de la Era Mesozoica, cuando según todos los indicios, los dinosaurios se extinguieron. Sin embargo, aquel suceso catastrófico para los grandes lagartos, en realidad supuso que la Tierra fue rescatada de un callejón sin salida evolutivo. Parece que los dinosaurios evolucionaron por una vía que desarrollaba el tamaño físico antes que el tamaño cerebral.

La desaparición de los dinosaurios junto con otras formas de vida sobre la Tierra en aquella época, hizo un hueco para la aparición de los mamíferos. Se desarrolló la diversidad una vez desaparecidos los grandes depredadores. Así que, al menos en este caso concreto, el impacto nos hizo un gran favor, ya que hizo posible que 65 millones de años más tarde pudiéramos llegar nosotros. Los dinosaurios dominaron el planeta durante 150 millones de años; nosotros en comparación, llevamos aquí tres días y, desde luego, ¡la que hemos formado!

Y no podemos tener la menor duda, mientras que estemos aquí, seguiremos pretendiendo y queriendo saber sobre los secretos de la Naturaleza que, al fin y al cabo, puede ser nuestra salvación. Ya saben ustedes: ¡Saber es poder!

Emilio Silvera Vázquez

James Clerk Maxwell, el hombre sintiéndose poeta de la Naturaleza, inspirado escribió:

“En tiempos y lugares totalmente inciertos,

Los átomos dejaron su camino celeste,

Y mediante abrazos fortuitos,

Engendraron todo lo que existe.”

Y, al menos en lo que conocemos y que esté hecho de materia bariónica (la que emite radiación), así resulta ser. En la materia, de una u otra manera, están presentes las fuerzas fundamentales que rigen en el Universo, como por ejemplo, la radiactividad, la fuerza nuclear débil, la Gravedad y, en los átomos la fuerza nuclear fuerte.

En los albores del siglo XX se hacía cada vez más evidente que alguna clase de energía “atómica” tenía que ser responsable de la potencia del Sol y las otras estrellas del cielo. Ya por 1898, sólo dos años después del descubrimiento de la radiactividad por Becquerel, el geólogo norteamericano Thomas Chrowder Chamberlin especulaba que los átomos eran “complejas organizaciones y centros de enormes energías”, y que “las extraordinarias condiciones que hay en el centro del Sol pueden… liberar una parte de su energía”. Pero nadie sabía cuál era ese mecanismo, ni cómo podía operar, hasta que no se llegó a saber mucho más sobre los átomos y las estrellas.

El intento de lograr tal comprensión exigió una colaboración cada vez mayor entre los astrónomos y los físicos nucleares. Su trabajo llevaría, no sólo a resolver la cuestión de la energía estelar, sino también al descubrimiento de una trenza dorada en la que la evolución cósmica se entrelazaba con la historia atómica y la estelar.

La clave para comprender la energía estelar fue, como previó Chamberlin, conocer la estructura del átomo. Que el átomo tenía una estructura interna podía inferirse de varias líneas de investigación, entre ellas, el estudio de la radiactividad: para que los átomos emitiesen partículas, como se había hallado que lo hacían en los laboratorios de Becquerel y los Curie, y para que esas emisiones los transformasen de unos elementos en otros, como habían demostrado Rutherford y el químico inglés Frederick Soddy, los átomos debían de ser algo más que simples unidades indivisibles, como implicaba su nombre (de la voz griega que significa “imposible de cortar”). Pero la física atómica aún debía recorrer un largo camino para llegar a comprender su estructura.

De los tres principales constituyentes del átomo -el protón, el neutrón y el electrón-, sólo el electrón había sido identificado (por J.J. Thomson, en los últimos años del siglo XIX). Nadie hablaba de energía “nuclear”, pues ni siquiera se había demostrado la existencia del núcleo atómico, y mucho menos de sus partículas constituyentes, el protón y el neutrón, que serían identificados respectivamente, por Thomson en 1913 y James Chadwick en 1932.

                               Rutherford con su experimento descubrió el núcleo atómico

Rutherford, Hans Geiger y Ernest Marsden se contaban entre los más expertos entendidos sobre la cartografía atómica. En Manchester, de 1909 a 1911, sondearon el átomo lanzando corrientes de “partículas alfa” subatómicas -núcleos de helio- contra delgadas laminillas de oro, plata, estaño y otros metales. La mayoría de las partículas alfa se escapaban a través de las laminillas, pero, para asombro de los experimentadores, algunas rebotaban hacia atrás, Rutherford pensó durante largo tiempo e intensamente en este extraño resultado; era tan sorprendente, señalaba, como si una bala rebotase contra un pañuelo de papel. Finalmente, en una cena en casa en 1911, anunció a unos pocos amigos que había dado con una expliación: que la mayoría de la masa de un átomo reside un un diminuto núcleo masivo. Midiendo las tasas de dispersión hacia atrás obtenida de laminillas compuestas de varios elementos, Rutherford pudo calcular la carga y el diámetro máximo del núcleo atómico del blanco. Esa era, pues, una explicación atómica de los pesos de los elementos. Los elementos pesados son más pesados que los elementos ligeros porque los núcleos de sus átomos tienen mayor masa.

El ámbito de los electrones fue explorado luego por el físico danés Niels Bohr, quien demostró que los electrones ocupan órbitas, o capas, discretas que rodean el núcleo. (Durante un tiempo Bohr concibió el átomo como un sistema solar en miniatura, pero este análisis pronto demostró ser inadecuado; el átomo no está regido por la mecánica newtoniana sino por la mecánica cuántica.) Entre sus muchos otros éxitos, el modelo de Bohr revelaba la base física de la espectroscopia. El número de electrones de un átomo está determinado por la carga eléctrica del núcleo, la que a su vez se debe al número de protones del núcleo, que es la clave de la identidad química del átomo.

Cuando un electrón cae de una órbita externa a una órbita interior emite un fotón. La longitud de onda de ese fotón está determinada por las órbitas partículas entre las que el electrón efectúa la transición. Y esta es la razón de que un espectro, que registra las longitudes de onda de los fotones, revele los elementos químicos que forman la estrella u otro objeto que estudie el espectros-copista. En palabras de Max Planck, el fundador de la mecánica cuántica, el modelo de Bohr del átomo proporciona “la llave largamente buscada de la puerta de entrada al maravilloso mundo de la espectroscopia, que desde el descubrimiento del análisis espectral había desafiado obstinadamente todos los itentos de conocerlo”.

Las estrellas son enormes aglomeraciones de gas, principalmente Hidrogeno, cuya temperatura es tan alta debido a la fusión de este elemento, que irradian luz a lo largo de todo el espectro electromagnético. Poseen diferentes temperaturas que varían desde los 2000 grados Celsius hasta los 50000.

De la misma forma que al calentar una pieza de metal cambia de color, al principio rojo, luego amarillo hasta llegar al blanco, el color de una estrella varia según su temperatura superficial. Las estrellas más frías son las rojas, y las mas calientes las azules. Estos colores suelen percibirse a simple vista, como por ejemplo Antares (la estrella principal de Scorpius) que es de color rojo, o Rigel (en Orion) de color azul. En astronomía se utiliza la escala Kelvin para indicar temperaturas, donde el cero absoluto es -273 grados Celsius.

Para definir el color de una estrella, Johnson y Morgan (1950), crearon el sistema UBV (del inglés Ultravioleta, Azul, Visible). Las mediciones se realizaban mediante un fotómetro fotoeléctrico para medir la intensidad de la radiación el longitudes de onda específicas:

• Ultravioleta: 3000 Å a 4000 Å
• Azul: 3600 Å a 5500 Å
• Visual: 4800 Å a 6800 Å

Con estos datos se pudo crear una serie de escalas: (B-V), (U-B) y (B-V). Cuanto mayor el número, más roja es la estrella. Para ver ejemplos de índices de color de diferentes estrellas, visite la sección de estrellas variables.

La tabla a continuación muestra el espectro electromagnético, con sus longitudes de onda.

Denominación	Longitud de Onda
Rayos Gamma	0.00000007 a 0.001 Å
Rayos X	0.001 a 100 Å
Luz Ultravioleta	100 a 3900 Å
Luz Visible	3900 a 7500 Å
Luz Infrarroja (fotográfica)	7500 a 15000 Å
Infrarrojo Cercano	15000 a 200000 Å
Infrarrojo Lejano	0.002 a 0.1 cm.
Microondas (ondas de radar)	0.1 a 250 cm.
Frecuencias elevadas (televisión)	2.5 a 15 m.
Onda corta de radio	15 a 180 m.
Banda de control aeronáutico	750 a 1500 m.
Onda larga de radio	1500 m en adelante

Las escalas son las siguientes:

1 Å (Ångstron) = 1×10^-8 cm (centímetros) = 1×10^-10 m (metros)

El ojo humano solo es capaz de percibir la pequeña porción que corresponde a la luz visible, situada entre los 3900 Å y 7500 Å, donde la menor se encuentra cerca del violeta y la mayor del rojo. El Sol emite en todas las longitudes de onda, pero solo llegan a la superficie una pequeña porción de estas, las demás son frenadas por la atmósfera: el ozono absorbe las mas altas longitudes de onda hasta el ultravioleta, y el vapor de agua absorbe gran parte de las infrarrojas.

En el Observatorio de la Universidad de Harvard, uno de los principales centros de la monótona pero prometedora tarea de la taxonomía estelar, las placas fotográficas que mostraban los colores y espectros de decenas de miles de estrellas se apilaban elante de “calculadoras”, mujeres solteras, la mayoría, empleadas como miembros del personal de una facultad que les impedía asistir a clases u obtener un título.

                                           Ella descubrió las primeras Cefeidas

Una de esas mujeres, Henrietta Leavitt (arriba), fue la investigadora pionera de las estrellas variables cefeidas que tan útiles serían a Shapley y Hubble, ella fue una de esas “calculadoras” de Harvard que, se encargaban de examinar las placas y registrar los datos en una pulcra escritura victoriana para su compilación en volúmenes como el Henry Draper Catalog, así llamado en honor al primer astro-fotógrafo y físico que tomó las primeras fotografías del espectro de una estrella. Como presos que marcan el paso de los días en los muros de su celda, señalaban su progreso en totales de estrellas catalogadas. Antonia Maury, sobrina de Draper, contaba que había clasificado los espectros de más de quinientas mil estrellas. Su labor era auténticamente baconiana, del tipo que Newton y Darwin instaban a hacer pero raramente hicieron ellos, y las mujeres se enorgullecían de ella. Como afirmaba la “calculadora” de Harvard Annie Jump Cannon: “Cada dato es un facto valioso en la imponente totalidad”.

Precisamente fue Cannon quien,  en 1915, empezó a discernir la forma de esa totalidad, cuando descubrió que la mayoría de las estrellas pertenecían a una de media docena de clases espectrales distintas. Su sistema de clasificación (ahora generalizado en la astronomía estelar), ordena los espectros por color, desde las estrellas O blanco-azuladas, pasando por las estrellas G amarillas como el Sol, hasta las estrellas rojas M. Era un rasgo de simplicidad debajo de la asombrosa variedad de las estrellas.

Pronto se descubrió un orden más profundo, en 1911, cuando el ingeniero y astrónomo autodidacto danés Ejnar Hertzsprung analizó los datos de Cannon y Maury de las estrellas de dos cúmulos, Las Híades y las Pléyades. Los cúmulos como estos son genuinos conjuntos de estrellas y no meras alineaciones al azar; hasta un observador inexperimentado salta entusiasmado cuando recorre con el telescopio las Pléyades, con sus estrellas color azul verdoso enredadas en telarañas de polvo de diamante, o las Híades, cuyas estrellas varían en color desde el blanco mate hasta el amarillo apagado.

Lo cierto es que las estrellas de un mismo cúmulo pueden estar separadas por grandes distancias

Puesto que puede suponerse que todas las estrellas de un cúmulo están a la misma distancia de la Tierra, toda diferencia observada en sus magnitudes aparentes pueden atribuirse, no a una diferencia en las distancias, sino en las magnitudes absolutas. Hertzsprung aprovechó este hecho para utilizar los cúmulos como muestras de laboratorio con las que podía buscar una relación entre los colores y los brillos intrínsecos de las estrellas. Halló tal relación: la mayoría de las estrellas de ambos cúmulos caían en dos líneas suavemente curvadas. Esto, en forma de gráfico, fue el primer esbozo de un árbol de estrellas que desde entonces ha sido llamado diagrama Hertzsprung-Russell. Claro, como cabía esperar, la aplicabilidad del método pronto se amplió también a estrellas no pertenecientes a cúmulos.

Henry Norris Russell

(1877/10/25 – 1957/02/18)

Astrofísico estadounidense

 Henry Norris Russell, un astrofísico de Princeton con un enciclopédico dominio de su campo, pronto se puso a trabajar justamente en eso. Sin conocer siquiera el trabajo de Hertzsprung, Russell diagramó las magnitudes absolutas en función de los colores, y halló que la mayoría están a lo largo de una estrecha zona inclinada: el trondo del árbol de estrellas. El árbol ha estado creciendo desde entonces y hoy, está firmemente grabado en la conciencia de todos los astrónomos estelares del mundo. Su tronco es la “serie principal”, una suave curva en forma de S a lo largo de la cual se sitúan entre el 80 y el 90 por 100 de todas las estrellas visibles. El Sol, una típica estrella amarilla, está en la serie principal a poco menos de la mitad del tronco hacia arriba. Una rama más fina sale del tronco y se esxtiende hacia arriba y a la derecha, donde florece en un ramillete de estrellas más brillantes y más rojas: las gigantes rojas. Debajo y a la izquierda hay una cantidad de mantillo de pálidas estrellas entre azules y blancas: las enanas.

                                       El Diagrama de  Hertzsprung-Russell resumido

Este diagrama proporcionó a los astrónomos un registro congelado de la evolución, el equivalente astrofísico del registro fósil que los geólogos estudian en los estratos rocosos. Presumiblemente, las estrellas evolucionan de algún modo, pasan la mayor parte de su tiempo en la serie principal (la mayoría de las estrellas en la actualidad, en el brevísimo tiempo que tenemos para observar, se encuentran allí), pero empiezan y terminan su vida en alguna otra parte, entre las ramas o en el mantillo. Por supuesto, no podemos esperar para ver que esto sucede, pues el tiempo de vida, aun de estrellas de vida corta, se mide en millones de años. Hallar las respuestas exigirá conocer toda la física del funcionamiento estelar.

El progreso de la Física, mientras tanto, estaba bloqueado por una barrera aparentemente insuperable. Esto era literal: el agente responsable era conocido como la barrera de Coulomb, y por un tiempo frustó los esfuerzos de los físicos teóricos para comprender cómo la fusión nuclear podía producir energía en las estrellas…Pero eso, amigos, es otra historia que os contaré en otro momento.

Emilio Silvera V.