El Cúmulo Copo de Nieve en la Nebulosa del Cono, es como tantas otras Nebulosas, el resultado de la explosión de una estrella al final de sus días. Las estrellas (parece) que nunca quieren “morir” del todo y, cuando lo hacen al finalizar sus ciclos de fusión, se convierten en otros objetos distintos y, sus materiales sobrantes son dejados esparcidos por grandes regiones del espacio interestelar, en forma de bellas nebulosas de las que surgen nuevas estrellas, nuevos mundos y… -seguramente- nuevas formas de vida.

Ahora sabemos que el Universo está constituido de innumerables galaxias que forman cúmulos que, a su vez, se juntan en super-cúmulos. Estas galaxias están abarrotadas de estrellas y las estrellas, no pocas veces, están acompañadas de planetas que forman sistemas planetarios. Nosotros, los humanos, hemos realizado profundas observaciones que, con nuestros modernos ingenios, nos han podido llevar hasta el espacio profundo, allí donde habitan galaxias que nacieron hace ahora doce mil millones de años.

Arriba podemos contemplar una especie de incubadora estelar que todos conocemos como la Gran Nebulosa de Orión, una familiar imagen que está cerca de “nuestro barrio” dentro de la Galaxia Vía Láctea y también conocida como M42 con sus resplandecientes nubes y sus jóvenes y masivas estrellas nuevas que radian en el ultravioleta ionizando la región que toma ese familiar tono azulado.

“El Complejo molecular de la nube de Orión o simplemente el Complejo de Orión es un gran grupo de nebulosas brillantes, nubes oscuras y estrellas jóvenes en la constelación de Orión. La nube es de entre 1500 y 1600 años luz de distancia, y cientos de años luz de diámetro.”

Situada en el borde de un complejo de nubes moleculares gigantes, esta cautivadora nebulosa -laboratorio espacial- es solo una pequeña fracción de la inmensa cantidad de material interestelar en nuestra vecindad galáctica.El campo de la imagen se extiende cerca de 75 años-luz a la distancia estimada a la Nebulosa de Orión de 1.500 años-luz. Es una de las Nebulosas más estudiada por los Astrónomos y astrofísicos debido a su enorme capacidad de crear nuevas estrellas y estar en ella presentes procesos de transmutación de elementos y una vertiginosa actividad que es la mejor muestra del comportamiento de la materia en estos lugares.

Sin salir de nuestra región, nos vamos al barrio vecino que conocemos como Cinturón de Orón donde destacan las estrellas azuladas Alnitak, Alnilam y Mintaka, estrellas supermasivas y muy calientes que forman el Cinturón del Cazador. En la imagen de la derecha vemos la famosa Nebulosa oscura Cabeza de Caballo.

Nuestro sistema planetario está en el interior del Brazo de Orión a 30.000 a.l. del centro de la Galaxia

Del Brazo de Orión, la región que nos acoge y en la que se encuentra situado nuestro Sistema solar, al no poderlo tomar desde fuera y tenerlo tan cerca (de hecho estamos en él inmersos), no podemos tener una imagen como las que hemos captado de otros lugares y regiones más alejadas. También conocido como “brazo local” que es alternativo al Brazo de Orión de nuestra Galaxia, así se define algunas veces al Brazo espiral que contiene a nuestro Sol.

Cuando hablamos de brazo espiral nos estamos refiriendo a una estructura curvada en el disco de las galaxias espirales (y de algunas irregulares) donde se concentran las estrellas jóvenes, las nebulosas (regiones H II) y el polvo. Algunas galaxias tienen un patrón bien definido de dos brazos espirales, mientras que otras pueden tener tres o cuatro brazos, estando en ocasiones fragmentados. Los brazos son visibles por la reciente formación de estrellas brillantes, masivas y de corta vida en ellos. Esta actividad de formación de estrellas es periódica, correspondiendo al movimiento a través del disco de una onda de densidad gravitatoria y de fuertes vientos estelares.

Nuestra curiosidad nos ha llevado, mediante la observación y estudio del cielo, desde tiempos inmemoriales, a saber de las estrellas, de cómo se forman, viven y mueren y, de las formas que adoptan al final de sus vidas, en qué se convierten cuando llega ese momento final y a dónde va a parar la masa de las capas exteriores que eyectan con violencia al espacio interestelar para formar nuevas nebulosas. De la estrella original, según sus masas, nos quedará una enana blanca, una estrella de neutrones y, un agujero negro. También, en encuentros atípicos o sucesos inesperados, pueden crearse estrellas por fusión que las transforman en otras diferentes de lo que en su origen fueron.

Uno de los acontecimientos más increíbles que podríamos contemplar en el Universo sería, cómo se forma un Agujero negro que, lo mismo es el resultado de la muerte de una estrella masiva que implosiona y se contrae más y más hasta que desaparece de nuestra vista, o, también, se podría formar en otros sucesos como, por ejemplo, la fusión de dos estrellas de neutrones.

La formación de un agujero negro es una de las manifestaciones  más grandes de las que tenenmos constancia con la Gravedad. La estrella, en este caso gigante y muy masiva, llega a su final por haber agotado todo su combustible nuclear de fusión y, queda a merced de la fuerza de gravedad que genera su propia masa que, entonces, comienza a contraerse sobre sí misma más y más hasta llegar a convertirse en una singularidad, es decir, un punto matemático en el que ciertas cantidades físicas pueden alcanzar valores infinitos de temperatura y densidad. Por ejemplo, de acuerdo con la relatividad general, la curvatura del espacio-tiempo se hace infinita en un agujero negro en el que, el espacio y el tiempo…¡dejan de existir!

Es tan fuerte la Gravedad generada que nada la puede frenar. Muchas veces hemos hablado aquí de la estabilidad de una estrella que se debe a la igualdad de dos fuerzas antagómicas: por un lado, la fuerza de fusión y de radiación de una estrella que la impulsa a expandirse y que, sólo puede ser frenada por aquella otra fuerza que emite la misma masa estelar, la Gravedad. Las dos se ven compensadas y, de esa manera, la estrella vive miles de millones de años.

Las estrellas implosionan y se contraen sobre sí mismas cuando la fusión finaliza en sus núcleos por falta de combustible nuclear, tales como el hidrógeno, helio, berilio, Carbono, Oxígeno… Entonces, el proceso de contracción no es igual en todas ellas, sino que, está reglado en función de la masa que cada estrella pueda tener. En una estrella como nuestro Sol, cuando comienza a contraerse está obligando a la masa a  que ocupe un espacio cada vez menor.

La masa, la materia, como sabemos está formada por partículas subatómicas que, cada una de ellas tienen sus propias singularidades, y, por ejemplo, el electrón, es una partícula que, siendo de la familia de los leptones es, además, un fermión que obedece a la estadística de Fermi-Dirac y está sometido al Principio de exclusión de Pauli que es un principio de la mecánica cuántica aplicable sólo a los fermiones y no a los bosones, y, en virtud del cual dos partículas idénticas en un sistema, como por ejemplo electrones en un átomo o quarks en un hadrón, no pueden poseer un conjunto  idénticos de números cuánticos.  (esto es, en el mismo estado cuántico de partícula individual) en el mismo sistema cuántico ligado (El origen de este Principio se encuentra en el teorema de espín-estadística de la teoría relativista).

Toda la explicación anterior está encaminada a que, podáis comprender el por qué, se forman las estrellas enanas blancas y de neutrones debido al Principio de exclusión de Pauli. Sabemos que la materia, en su mayor parte son espacios vacíos pero, si la fuerza de Gravedad va comprimiendo la masa de una estrella más y más, lo que está haciendo es que va juntando, cada vez más, a las partículas que conforman esa materia. Así, los electrones se ven más juntos cada vez y, llega un momento, en el que sienten una especie de “claustrofobia”, su condición de fermiones, no les permite estar tan juntos y, entonces, se degeneran y comienzan a moverse a velocidades relativista. Tal suceso, es de tal magnitud que, la Gravedad que estaba comprimiendo la nasa de la estrella, se ve frenada y se alcanza una estabilidad que finaliza dejando una estrella enana blanca estable.

En estrellas masivas el final es el de Agujero Negro

Pero, ¿qué pasaría si la estrella en vez de tener la masa de nuestro Sol, tiene varias veces su masa? Entonces, ni la degeneración de los electrones puede frenar la fuerza gravitatoria que sigue comprimiendo la masa de la estrella y fusiona electrones con protones para formar neutrones. Los neutrones, que también son fermiones, se ven comprimidos hasta tal punto que, también se degeneran y, ellos, sí son capaces de frenar la fuerza gravitatoria quedando esa masa estabilizada como estrella de Neutrones.

Como el niño que no deja de hacer preguntas, nosotros, llegados a este punto también, podríamos preguntar: ¿Qué ocurriría si la estrella es muy masiva? Entonces amigos míos, el Principio de Excliusión de Pauli haría mutis por el foro, impotente ante la descomunal fuerza gravitatoria desatada y, ni la degeneración de electrones y neutrones podría frenarla. La masa se vería comprimida más y más hasta convertirse en un agujero negro de donde, ni la luz puede escapar.

Pero los mecanismos del Universo son muchos y los sucesos que podemos contemplar son asombrosos. Por ejmplo, si una inocente estrella está situada cerca de una enana blanca de gran densidad, se vería atraída por ella y “vería” como, poco a poco, le robaría su masa hasta que, finalmente, la engulliría en su totalidad.

Si eso ocurre tal y como vemos en la imagen, ¿qué pasaría entonces? Sencillamente que, la estrella enana blanca pasaría a transformarse en una estrella de neutrones, ya que, la masa que a pasado a engrosar su entidad, es demasiado para poder quedar estable como enana blanca y, de nuevo la gravedad hace que electrones y protones se fundan para formar neutrones que, degenerados, estabilizan la nueva estrella.

Sí, hemos llegado a ser conscientes de nuestro entorno y hemos podido crear ingenios que nos hablan y muestran las lejanas regiones del Universo. Ahora podemos hablar de las tremendas energías presentes en el espacio cosmológico y sabemos por qué se generan y cuáles son sus consecuencias. Conocemos de la importancia del Sol para la vida en la Tierra, hemos observado el Sistema solar al que pertenecemos dentro una inmensa galaxia de estrellas y, sobre todo, hemos llegado a comprender que, la Vida en nuestro planeta, puede no ser un privilegio, sino cosa cotidiana repartida por todo el universo infinito.

El Telescopio Espacial Fermi,  de Rayos Gamma de la NASA ha descubierto y nos enseña una estructura nunca antes vista en el centro de nuestra galaxía la Vía Láctea. La estructura se extiende a 50.000 años luz y puede ser el remanente de una erupción de un agujero negro de enorme tamaño en el centro de nuestra Galaxia.

El desarrollo de la ciencia  tiene su frontera superior en el desarrollo de tecnologías que hacen posible el conocimiento de nuestro universo. Satélites, telescopios, radio telescopios, sondas espaciales, naves, cohetes y transbordadores  son el fruto de la investigación de muchos profesionales de diversas áreas del conocimiento que están llevando a toda la Humanidad hacia el futuro.

Con el radiotelescopio ALMA, ubicado en el desierto de Atacama (Chile), a 5.000 metros de altura, los científicos lograron captar moléculas de glicolaldehído en el gas que rodea la estrella binaria joven IRAS 16293-2422, con una masa similar a la del Sol y ubicada a 400 años luz de la Tierra.

El glicol aldehído ya se había divisado en el espacio interestelar anteriormente, pero esta es la primera vez que se localiza tan cerca de una estrella de este tipo, a distancias equivalentes a las que separan Urano del Sol en nuestro propio sistema solar.

“En el disco de gas y polvo que rodea a esta estrella de formación reciente encontramos glicolaldehído, un azúcar simple que no es muy distinto al que ponemos en el café”, señaló Jes Jørgensen, del Instituto Niels Bohr de Dinamarca y autor principal del estudio.

 “Voyager 1 es una sonda espacial robótica de 722 kilogramos, lanzada el 5 de septiembre de 1977, desde Cabo Cañaveral, Florida. Sigue operativa en la actualidad, prosiguiendo su misión extendida que es localizar y estudiar los límites del sistema solar, incluyendo el cinturón …”

“La sonda espacial Voyager 2 fue lanzada el 20 de agosto de 1977 desde Cabo Cañaveral, en un cohete Titán-Centauro. Es idéntica a su sonda hermana, la Voyager 1. Ambas sondas habían sido concebidas inicialmente como parte del programa Mariner con los nombres de Mariner 11 y Mariner 12, respectivamente.”

El observatorio espacial Kepler encontró en el sistema planetario Kepler-22, a 600 años luz, el primer planeta situado en la llamada “zona habitable”, un área en la que, por su distancia a su sol, puede haber agua líquida, según anunció este lunes la NASA en una rueda de prensa. Los científicos del Centro de Investigación Ames de la NASA anunciaron además que Kepler ha identificado 1.000 nuevos “candidatos” a planeta, diez de los cuales tienen un tamaño similar al de la Tierra y orbitan en la zona habitable de la estrella de su sistema solar, esto es, ni demasiado cerca ni demasiado lejos de una estrella.

El planeta, Kepler-22b, es el más pequeño hallado por la sonda espacial orbitando en la “zona habitable” -aquella donde las temperaturas permiten la vida- de una estrella similar a la de la Tierra. 55 planetas son aún más grandes que Júpiter, el más grande de nuestro sistema solar Es más grande que la Tierra y todavía no se ha determinado si es rocoso, gaseoso o líquido, pero, según dijo la subdirectora del equipo científico del Centro Ames, Natalie Batalha, “estamos cada vez más cerca de encontrar un planeta parecido a la Tierra”.

Esta escena es del día en que, en 1997,  fue lanzada la Misión Cassini-Huygens hacia el vecino Saturno. ¿Qué podemos comentar de esa misión que nos llevó al más grande de los asombros, al podernos mostrar imñágenesa nunca antes vistas?

                                                Imágenes tomadas por Cassini a su paso por Júpiter

La misión Cassini a Saturno y Huygens a Titán, es una de las misiones más ambiciosas hasta el momento jamás llevado a cabo. Todos sabemos ahora de su alta rentabilidad y de los muchos logros conseguidos. Gracias a esta misión sabemos de mucho más sobre el planeta hermano y de su gran satélite Titán del que hemos podido comprobar que es una “pequeña Tierra” con sus océanos de metano y su densa atmósfera inusual en cuerpos tan pequeños.

¡El ingenio humano!

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.

¿Os dais cuenta de la asombrosa imaginación y los conocimientos que son necesarios para llevar a cabo todo este conglomerado de datos?

Fase de Crucero:

Cassini llevó a cabo un plan de vuelo de baja actividad durante el cuakl sólo se realizaron las actividades de navegación e ingenieria 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. Estas incluían sólo un chequeo de todo su instrumento cuando la sonda estaba 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.

Todos hemos podido admirar las imágenes y sabido de los datos científicos que la Cassini ha podido enviar a la Tierra para que, todos podamos saber mucho más del planeta Saturno y de su entorno. Imágenes inolvidables y de increíble belleza forman parte ya de la historia de la misión.

La misión de la sonda Huygens

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 fue eyectada por Cassini. Esto ocurrió el 24 de diciembre de 2004. Tras cortar su cable umbilical y abrir sus anclajes, Huygens se separó de su nave madre y voló 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 puedo seguir a la Huygens cuando penetró en la atmósfera de Titán. Esta maniobra servió 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 tuvo lugar el 15 de enero de 2005. La sonda entró 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 frenaron más la sonda, de tal modo que ésta puedo llevar a cabo un amplio programa de observaciones científicas al tiempo que desciende hacia la superficie de Titán. Cuando la velocidad de la sonda descendido hasta los 1400 Km/h, se desprendió su cubierta mediante un paracaídas piloto. Acto seguido se desplegó otro paracaídas de 8.3 metros de diámetro que frenó 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 medió 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.

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

La misión principal de la sonda Cassini tenía previsto que  finalizaría 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 tuvo lugar el 28 de mayo de 2008. Este sobrevuelo estaba 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. Lo cierto es que, Cassini sigue ahí y, como otros ingenios espaciales enviados al espacio, continúan más allá de la misión en principio previstas enviando datos e imagénes que nos acercan al saber del mundo que nos rodea y nos dice cómo y por qué funciona así la Naturaleza.

Me he extendido más de lo previsto en este trabajo y, no puedo seguir nombranbdo otras misiones que, como las enviadas a Marte, tan buenos réditos de conocimiento nos han suministrado. Ya habrá lugar más adelante para continuar profiundizando en todo lo que hicimos y, también, ¿cómo no? en lo mucho nos queda por hacer.

No podemos negar que, escenas como la que arriba contemplamos, no sea algo cotidiano en el devenir de la Humanidad. El futuro que nos aguarda puede ser algo maravilloso y de asombrosos descubrimientos que nos llevaran lejos, hacia otros mundos, otras estrellas… ¡otras amistades!

Pero todo eso amigo míos, sólo podrá ser posible gracias al conocimiento y al hecho de ser conscientes de nuestras limitaciones. No debemos nunca querer superar a la Naturaleza, simplemente debemos aprender de ella.

emilio silvera

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