miércoles, 11 de diciembre del 2019 Fecha
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¿Qué será la materia?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo: Todo Energía    ~    Comentarios Comments (0)

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Cuando miro esa imagen de arriba y otras de Nebulosas grandiosas que llenan inmensas regiones del espacio y que son auténticos semilleros de nuevas estrellas y mundos nuevos, no puedo dejar de pensar en que algo falla ahí. Las nebulosas están formadas por estrellas masivas que al final de sus vidas, explotan como Supernovas o Hipernovas, si tienen mucha masa, y dejan el espacio interestelar sembrado de ese material que vemos en ellas y que ya es complejo y contiene elementos creados en sus hornos nucleares y en la misma explosión. De ese material surgen estrellas de segunda generación y, en algunos casos, son ya de tercera y contienen materiales muy pesados y complejos.

En el corazón de la nebulosa de la Tarántula

 

 

Fijémonos, por ejemplo, en la Nebulosa más grande y más brillante de la Gran Nube de Magallanes, también conocida como 30 Doradus o NGC 2070. Tiene un diámetro de 800 años-luz, con extensiones más débiles hasta los 6.000 años-luz, y contiene medio millón de masas solares de gas ionizado por la potente radiación ultravioleta emitida por las jóvenes estrellas masivas nuevas como se puede ver en la imagen de arriba y que, está producido por la radiación de varios cúmulos de estrellas O y B, incluyendo el cúmulo compacto muy potente R 136 cerca del centro en esa región que vemos azulada. El nombre de la Nebulosa (de la Tarántula) proviene de su forma, que se asemeja a la de una araña.

Las energías que ahí están presentes son enormes y también las fuerzas de marea y los vientos solares que ioniza el gas circundante, infla burbujas y crea filamentos y, sobre todo, ahí surgen nuevas estrellas y quién sabe cuántos nuevos mundos podrán en el futuro albergar alguna clase de vida que deberá su presencia en ellos, a estas grandiosas conglomeraciones de materia. Estas regiones del espacio interestelar nos pueden hacer pensar en lo mucho que de ella puede surgir y lo mucho que ahí, en presencia de materia primigenia y fuerzas energéticas creadoras puede pasar pero…

 

 

File:Gravitationell-lins-4.jpg

 

 

Nuestra ignorancia es grande y, todavíoa, podemos leer, debajo de imágenes como esta: “Efecto de las lentes gravitacionales fuertes observado por el Telescopio espacial Hubble en Abell 1689 que indica la presencia de materia oscura. Agrandar la imagen para ver las curvaturas producidas por las lentes gravitacionales. Créditos: NASA/ESA

¿Qué materia oscura es esa? ¿De qué está hecha? ¿De dónde surgió? Por más que agudizo mis pensamientos, las cuentas no me salen y cuando miro un “cuadro” como el que arriba contemplamos, en el que una inmensa pléyade de galaxias emiten su luz para que nuestros telescopios la puedan captar y traernos las imágenes de objetos sitiuados a miles de millones de años-luz de nosotros, no puedo dejar de pensar que todo eso, no se pudo formar a partir del material de las simples nebulosas de la que vemos surgir nuevas estrellas y mundos nuevos.

 

Tiene que haber algo más que no hemos llegado a descubrir y que, lo estamos presintiendo sin acabar de determinar de qué se trata y qué puede ser lo que hace posible que, cuando una estrella masiva muere y se produce la explosión energética más portente que se conoce, se puedan crear esas inmensas regiones de gas y polvo, de materia que servirá, como decíamos antes, para que surjan estrellas mundos nuevos.

Claro que, una estrella masiva convertida en Supernova no eyecta toda su masa al espacio interestelar, sino que, son sólo las capas exteriores de la estrella la que se convierte en Nebulosa. La mayor parte de la masa de la estrella, se contrae sobre sí misma bajo el peso de su propia masa que genera una intensa gravedad que la convierte en una estrella de neutrones o, en el caso extremo de estrellas muy masivas, en un agujero negro.

Así las cosas, tendremos que concluir que algo falla y que, la masa expulsada de la estrella para formar la Nebulosa no era tan grande como para que de ella, mucho más tarde, puedan surgir muchas estrellas que llenan el catálogo de variedades que conforman la familia estelar, unas más y otras menos masivas y con propiedades diferentes.

 

 

Pero si eso es así (que lo es), ¿de dónde ha surgido todo ingente cantidad de materia para que, a partir de una sola estrella puedan nacer tántas? ¿Qué misterio envuelve ésta maravilla? ¿Qué es lo que puede existir en el espacio, que no vemos pero que está ahí y se transforma, cuando las energías de una supernova surgen y lo pueden convertir a ese Ylem que no podemos ver -así llamaban los antiguos griegos a la sustancia cósmica-, en materia ordinaria y corriente, en la materia que vemos, la que emite radiación y conforma todos los objetos que en el Universo vemos desde un mundo hasta una galaxia y también, los seres vivos?

Creo que todo el Universo está permeado de una “sustancia invisible” de una especie de “protomateria”, de algo que aún no es materia y que necesita de una gran energía para poder efectuar la transición de sustancia cósmica transparente e invisible a materia normal y corriente de la que, más tarde, surgirán las estrellas nuevas, los mundos nuevos y,en algunos casos, los seres vivos nuevos también.

 

 

Amigos míos, la observación y el experimento, el método científico, nos ha traído hasta aquí, para poder saber de átomos y galaxias, de la Naturaleza y del Universo y las cosas que lo forman pero, existen algunas de esas “cosas” que no han sido aún detectadas por nosotros, que no conocemos y, de esa manera, surgen las dudas a cuestiones que no podemos explicar y preguntas que no podemos contestar. La ciencia sólo tiene un camino: la certeza de las cosas mil veces comprobadas y, aún así, hay que seguir comprobando para cerciorarse de que las comprobaciones eran correctas.

Las conjeturas y las hipótesis están bien, son admisibles en el juego del querer buscar la verdad de las cosas y de las cuestiones que se debaten. Sin embargo, hay que ser conscientes de que, son sólo eso,  conjeturas e hipótesis. Las teorías son el camino hacia la verdad pero no son la verdad, y, precisamente por eso me choca, cuando escucho a científicos “sobresalientes” hablar de “materia oscura”.

Aquí hablamos, comentamos y debatimos y cada cual expone sus ideas y su parecer sobre los asuntos que solemos tratar que,  de manera estelar -nunca mejor dicho- está ocupado por el Universo y por todo lo que lo conforma: Materia, espaciotiempo, fuerzas de la Naturaleza y, a partir de ahí, con esas piezas, se forman todos los demás elementos que aquí barajamos, tales como estrellas y galaxias, nebulosas, agujeros negros, “materia oscura”, los púlsares y los cuásars, y, todo ello conformado por átomos de materia que son pequeños objetos formados ma su vez, por otros aún más pequeños. Así, hemos unido lo pequeño a lo grande y a lo muy grande pero… ¡Nos falta tánto por saber!

Aquí, aunque de vez en cuando fantaseamos con el futuro, y hasta con los viajes en el tiempo, lo cierto es que, no hay lugar para esoterismos ni ideas peregrinas sino que, muy ajustado a lo científico, imponemos unos límites muy bien marcados a los que tenemos que ceñirnos todos y, de ves en cuando, dejamos volar nuestra imaginación pero así lo decimos, que es sólo eso, imaginación y de ninguna manera pretendemos que lo imaginado, por muy sugestivo que nos pueda parecer, lo podamos presentar como un hecho real, ya que…, no lo es.

Se ha comentado alguna vez aquí que muchos acuden a este lugar como posible fuente del saber. Incluso algunos, aquí han podido encontrar los argumentos necesarios para sus trabajos. Y, si eso es así (que parece que lo es), no estaría bien que se jugara a confundir las cosas y, desde luego, nos tenemos que ajustar a lo que es ciencia, es decir, a los hechos comprobados. Ello no impide que, como antes digo, podamos lanzar teorías e hipótesis sobre algunos de los temas tratados, sobre todo, en aquellos casos en los que aún no conocemos la realidad de los hechos, como podría ser el caso de la vida extraterrestre o de la materia oscura.

Tanto en el caso de la posible vida extraterretre como en el de la materia oscura, por ejemplo,  podremos exponer lo que a cada cual le parezca que podría ser, sin embargo, no podemos lanzar ideas estrambóticas sobre como se forman las estrellas, como evolucionan y como finalmente mueren y en qué se convierten, ya que, por sabido y sobradamente comprobado y estudiado, el margen de elucubrar sobre esto es muy limitado al haberse llegado a un nivel aceptable de lo que todo eso puede ser. Las cosas son como son y no como a algunos les gustaría que fuesen.

El horno termonuclear de una estrella posee unos mecanismos de control gracias a los cuales mantiene entre estrechos límites sus constantes vitales, siendo por una parte la temperatura y por otra la Gravedad, los dos elementos que finalmente mantienen el equilibrio de la estrella. Bueno, más que la temperatura la fusión nuclear que se produce y que hace expandirse a la estrella que, se ve frenada por la inmensa fuerza gravitatoria que su propia masa genera. Es el mecanismo cósmico que hace posible la estabilidad y el equilibrio de las estrellas.

Así, brillando, en el “vacío” estelar, las estrellas dan luz y calor a los planetas de sus sistemas solares. Precisamente, esa luz y ese calor es la pérdida de masa de las estrellas que fusionan hidrógeno en helio y una pequeña parte se va de la estrella para calentar y alumbrar los mundos que generalmente las rodean. La potencia energética desprendida por una estrella en equilibrio es enorme en relación con nuestros estándares, y si esa potencia depende de la velocidad a la que unos núcleos se transforman en otros, los de hidrógeno en helio, los de helio en litio, etc y parece razonable suponer que la composición del gas del horno termonuclear varíe con el tiempo, disminuyendo la cantidad de hidrógeno mientras que aumentan otros elementos. La energía desprendida se obtiene, precisamente, a partir de esa masa gastada utilizando la ya conocida ley de equivalencia de Einstein E=mc2

Es allí, en las estrellas, en sus hornos nucleares y en las explosiones de supernovas, donde a miles de millones de grados de temperatura, se crean los elementos más complejos que el hidrógeno y el helio. Aparece el litio, el carbono, el silicio,  el silicio o el nitrógeno y el hierro. De estos materiales estamos nosotros hechos, y, lógicamente, se fabricaron en las estrellas. Como he dicho otras veces aquí, en una supernova, en orden decreciente tenemos la secuencia de núcleos H, He, O, C, N, Fe, que coincide bastante bien con un ordenación en la tabla periódica que es:

H He (Li Be B) C N O…… Fe

¿No es maravilloso que podamos haber podido profundizar en los secretos de la Naturaleza para poder saber de todo esto? Las estrellas brillan en el cielo para hacer posible que nosotros estemos aquí descubriendo los enigmas del Universo y…. de la vida inteligente.

Cuando en un lugar como el que vemos arriba, puedo contemplar una estrella azulada que deslumbra con sus destellos, no puedo dejar de pensar que, en ella, están escritos los códigos de la vida y que, cuando llegue su momento final, dejará esos códigos en forma de materia “inerte” en cualquier planeta que, situado en el lugsar adecuado, la hará germinar para que florezcan seres que, en ocasiones, hasta pueden generar pensamientos.

Pero está claro que, todo el proceso estelar evolutivo inorgánico nos condujo desde el simple gas y polvo cósmico a la formación de estrellas y nebulosas solares hasta los planetas, la Tierra en particular, en cuyo medio ígneo describimos la formación de las estructuras de los silicatos, desplegándose con ello una enorme diversidad de composiciones, formas y colores, asistiéndose, por primera vez en la historia de la materia, a unas manifestaciones que contrastan con las que hemos mencionado en relación al proceso de las estrellas.

Al mismo tiempo nos ha parecido reconocer que esos objetos, es decir, sus redes cristalinas “reales”, almacenan información (memoria) que se nos muestra muy diversa y que puede cobrar interés en ciertos casos, como el de los microcristales de arcilla, en los que, según Cairos-Swith, puede incluso llegar a transmitirse. ¿Qué sabemos en realidad de lo que llamamos materia inerte? Lo único que sabemos de ella son los datos referidos a sus condiciones físicas de dureza, composición, etc., en otros aspectos, ni sabemos si pueden existir otras propiedades distintas a las meramente-físicas.

¡El Universo! Nunca dejarán de asombrarnos las cosas que en él podemos encontrar y, sobre todo, es para parse a pensar en cómo ha sabido conseguir que la materia se eleve tánto como para haber podido llegar a ese estadio que llamamos vida y, sobre mtodo, ¿cómo hizo para que, en alguna clase de esas formas de vida, estuviera presente un ingrediente llamado ¡curiosidad!?

emilio silvera

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http://www.iac.es/img/prensa/prensa668_826_hi.jpg

La misión Kepler busca planetas extrasolares y estudia el interior de las estrellas a través de sus vibraciones. En esta composición se observa una de estas estrellas con un planeta orbitando entorno a ella. La estrella oscila debido a ondas acústicas resonantes.

Las trazas en rojo representan las oscilaciones que recorren el interior de la estrella. En la representación se ven los caminos recorridos por las ondas entre la superficie y un punto de su interior y que hay ondas que llegan hasta el núcleo del Sol y otras que quedan atrapadas más cerca de su superficie.  (Fuente: Gabriel Pérez Díaz, Instituto de Astrofísica de Canarias).

Mientras  en el núcleo del Sol quede suficiente hidrógeno para mantener las reacciones termonucleares, la estrella que nos alumbra inundará la Tierra con radiación solar, que suministra la energía necesaria para mantener la mayoría de los procesos físicos y químicos que se producen en nuestro planeta.

Esta radiación calienta la atmósfera y el océano, genera vientos y lluvias y sostiene el inexorable proceso de la denudación. De todas las conversiones generadas de las energías globales que se producen en la Tierra, las geotectónicas (la lenta modificación del fondo oceánico y de los continentes, acompañada de terremotos y las espectaculares liberaciones energéticas de los volcanes), son las únicas que no proceden de la radiación solar, sino de la gravedad y de la liberación gradual del calor terrestre.

La luz solar también suministra la energía necesaria para la fotosíntesis, la más importante transformación bioquímica, creando nueva biomasa en bacterias, fitoplancton, plantas superiores y, sobre todo, en bosques y praderas. Esta síntesis es el fundamento de la cadena alimenticia necesaria para el metabolismo heterótrofo de animales y personas, a los cuales la nutrición les permite desarrollar actividades que van desde una simple carrera a trabajos más elaborados, como la ocupación laboral y el ocio.

Así de importante es la luz. Las sociedades humanas, desde los pequeños grupos de cazadores o pastores hasta las sociedades más complejas que dependen de los enormes flujos de combustibles fósiles y electricidad, han estado ineludiblemente ligadas al continuo flujo de energía solar y a los almacenamientos energéticos procedentes de la misma.

El proceso de formación de carbón a partir de restos vegetales acumulados en zonas acuáticas y sumergidos, de tal manera que estaban aislados de la atmósfera, sufrieron una transformación por efecto de las bacterias anaeróbicas, que aumentan la concentración de carbono de los azúcares y desprenden gases, como metano y anhídrido carbónico. Así se forma una masa gelatinosa de turba. Posteriormente, ésta se hunde y sobre ella se van depositando nuevas capas. Las más inferiores pueden sufrir transformaciones metamórficas debido a la elevada presión y temperatura que soportan, convirtiéndose en grafito. Las condiciones biológicas, climáticas y estructurales más favorables para que tenga lugar esta serie de transformaciones se dieron durante el periodo carbonífero, que en Eurasia y Norteamérica se encontraban situadas en posición tropical y cubiertas de grandes bosques próximos al mar, que se inundaron debido a los movimientos verticales causados por la orogenia hercínica. Los yacimientos de carbón de mayor antigüedad proceden del devónico y los más modernos del cuaternario inferior.

La materia orgánica se transforma, el moho aparece y las condiciones del ambiente lo transforman todo. De la misma manera, ocurre con los combustibles fósiles que, a partir de plantas y materia en estado anaeróbico, se producen esas transformaciones a lo largo de millones de años.

[Bacterias+metanogenas.jpg]

Bacterias metanógenas como estas bacterias terrestres de la imagen podrían ser las responsables de la liberación de gas metano en Marte

La primera etapa del proceso de degradación de la materia orgánica es la formación de metano por la acción de las bacterias. Posteriormente, durante el enterramiento de la misma, se produce la transformación a un producto intermedio denominado kerógeno, que puede ser de distintos tipos dependiendo de la materia orgánica original presente en los sedimentos. Así, los denominados kerógenos de tipo I e II darán lugar a la generación de petróleo. Junto con la presión actúa la temperatura, que alcanza las condiciones más favorables para la producción entre los 70 y los 100 ºC. Estas temperaturas pueden alcanzarse, dependiendo del gradiente geotérmico, entre los 2 y los 3,5 km de profundidad. Con el aumento de la temperatura disminuye la producción de petróleo y aumenta la de gas “húmedo” (se llama así, ya que junto con el metano entran en la composición etano, propano y butano, que pueden condensarse, con facilidad a la fase líquida). A partir de los 150 ºC se genera gas seco (compuesto principalmente de metano), y si el enterramiento es más profundo, los residuos pueden llegar a convertirse en grafito.

El carbono es un elemento químico de número atómico 6 y símbolo C. Es sólido a temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación, puede encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas, carbono amorfo y cristalino en forma de grafito o diamante. Es el pilar básico de la química orgánica.

Pero el proceso de formación del petróleo se origina a partir de acumulaciones de plancton marino que sufre transformaciones, semejantes a la carbonización, por bacterias anaeróbicas, y que dan lugar a una materia denominada sapropel y posteriormente a la mezcla de hidrocarburos típica del petróleo. Esta transformación de hidrocarburos suele tener lugar al mismo tiempo que el proceso de sedimentación de arenas y arcillas que se transformarán en areniscas y margas, y quedarán impregnadas por el petróleo, dando lugar a las rocas madre de éste. Cuando éstas sufren presiones orogénicas o simplemente quedan sometidas a una mayor presión al hundirse los sedimentos, el petróleo migra hasta encontrarse con rocas impermeables que impiden su avance y se acumula en el subsuelo, generando los verdaderos yacimientos petrolíferos.

Los hidrocarburos gaseosos están acumulados en la parte superior de estos yacimientos de petróleo (aceites de roca: del latín petram, “piedra” y oleum, “aceite”), que es un aceite mineral hidrocarbonato, oleaginoso, inflamable, de olor acre, densidad inferior a la del agua y cuyo color varía desde el negro al incoloro. Consta principalmente de hidrocarburos líquidos, en los que se encuentran disueltos hidrocarburos sólidos (asfaltos y betunes) y gaseosos (metano, butano y acetileno); también contiene pequeñas porciones de nitrógeno, azufre, oxígeno, colesterina, porfirinas, vanadio, níquel, cobalto y molibdeno. De todo esto, mediante procesos industriales de refinado, se obtienen los productos de todos conocidos como la gasolina, nafta, queroseno, gasóleo, etc.

Su combustión es una de las fuentes más importantes de contaminación por los elevados porcentajes de azufre y otras materias que contiene. Sin embargo, por obtener esta fuente de contaminación y “riqueza” se crean conflictos que desembocan en las guerras que azotan nuestro mundo.

Ahora, después de esta breve explicación, sabemos un poco más sobre esta materia prima que ha servido, y continuará aún algún tiempo sirviendo de base a muchas generaciones pasadas y alguna menos futura: civilizaciones del combustible sólido, con su profesión de servicios energéticos, transporte generalizado y exceso de información (no siempre deseable, ya que si elimináramos el 80% de las programaciones televisivas, el mundo sería algo más culto y estaría menos embrutecido).

File:Blackeyegalaxy.jpg

Un observador extraterrestre no podría encontrar nada extraordinario que le permitiera distinguir el Sol entre los millones de estrellas similares que existen en la nuestra y en otras galaxias, y que a su vez representan una fracción de cientos de miles de millones de cuerpos radiantes que las forman. Como se ha dicho otras veces, nuestro Sol pertenece a una clase común de estrella localizada aproximadamente en el centro de la secuencia principal del esquema de clasificación conocido como de Herzsprung-Russell, denominada enana G2, que posee un característico color amarillo y una magnitud estelar poco importante (+4’83). Así que, después de 4.500 millones de años, el Sol está a la mitad de su vida y va camino de transformarse de enana en gigante roja. Cuando esto ocurra, su luminosidad será mil veces mayor que la actual, y su diámetro, enormemente expandido, alcanzará (probablemente) la Tierra. Durante algún tiempo el planeta girará dentro de una órbita en el interior de la ligera cubierta de la estrella, pero final e inevitablemente caerá describiendo una espiral hasta ser engullida por el núcleo de la gigante roja.

Mucho antes de que el Sol se transforme en una gigante roja la vida en la Tierra desaparecerá. Según se contraiga el núcleo solar, las reacciones termonucleares calentarán su capa externa; el diámetro de la estrella se expandirá unas diez mil veces y la radiación de la subgigante roja evaporará los océanos y mares de la Tierra generando fortísimos vientos calientes en la convulsa atmósfera del planeta.

Sin embargo, mientras haya hidrógeno en el núcleo de la estrella, los inexorables cambios de su luminosidad serán graduales y el Sol continuará suministrando la energía necesaria, tanto para la vida en la Tierra como para la mayoría de las transformaciones físicas que ocurren en ella.

Las primeras explicaciones científicas de la radiación solar, cálculo basado en la gravitación de Hermann Helmholtz, conducen a una estimación de la vida de la estrella de unos treinta millones de años. La famosa ecuación de Einstein relacionando la materia y la energía abrió el camino hacia un modelo más preciso que, por sí sólo, tampoco nos ofrece una solución completamente satisfactoria. Por otra parte, no parece probable que la transformación total de materia solar, convirtiendo los núcleos atómicos y los electrones en radiación (según teorizaba Sir Arthur Eddington), pueda producirse ni siquiera a temperaturas superiores a los diez mil millones de grados Kelvin (K). La idea hoy aceptada de que la producción de la energía en el núcleo del Sol obedece a reacciones nucleares fue propuesta a finales de los años treinta por Hans Bethe, Charles Critchfield y Carl Friedrich von Weizsäcker.

Sol

La fusión de hidrógeno en helio, en el ciclo protón-protón, se inicia cuando la temperatura alcanza los trece millones de grados Kelvin. Justo por encima de los 16 millones Kelvin empieza a dominar el ciclo carbono-nitrógeno que genera C12. No podemos estar seguros, pero de acuerdo con los mejores modelos, el ciclo C-N genera solamente un 1’5% de la energía total del Sol.

Las reacciones en el núcleo solar consumen entre 4’3 y 4’6 millones de toneladas de materia cada segundo, de manera que de 4.654.000 t de hidrógeno, 4.650.000 se transforman en helio, y las 4.000 toneladas que faltan son lanzadas al espacio en forma de radiación termonuclear (luz y calor) de la que una pequeña parte nos llega a la Tierra para hacer posible la vida.

De acuerdo a la relación masa-energía de Einstein, liberan 3’89×1026 J de energía nuclear. Este inmenso flujo de energía es rápidamente transformado en energía térmica, que es transportado, isotrópicamente, hacia el exterior, primero por irradiación aleatoria y luego más rápidamente por convección direccional.

Sol

Suponiendo (como antes apuntaba) que la radiación es isótropa, la potencia de la luz visible que atraviesa cada metro cuadrado de la capa emisora de la fotosfera es aproximadamente de 64 MW. Como en el espacio no hay prácticamente atenuación de la radiación solar, cuando ésta alcanza la órbita de la Tierra tiene una densidad de potencia igual al cociente entre la luminosidad total del Sol (3’89×1026 W) y el área de una esfera de radio orbital (que, como promedio, es de unos 150 millones de kilómetros).

Este flujo, tradicionalmente conocido como la constante solar, es la tasa máxima de energía que llega a la parte superior de la atmósfera terrestre. A principios de los años setenta, la NASA utilizó para el diseño de las naves espaciales un valor de la constante solar igual a 1.353 W/m2. El flujo ha sido medido directamente en el espacio desde 1979, cuando el satélite Nimbus 7 obtuvo un valor de 1.371 W/m2. En el más reciente satélite de la Solar Maximum Mission lanzado en 1980 se obtuvo una media ponderada de 1.368’3 W/m2.

Las observaciones continuadas desde el espacio han revelado la existencia de una compleja regularidad de pequeñas fluctuaciones de corta duración que, debido a la interferencia de la atmósfera, no habían podido ser observadas anteriormente. Estas fluctuaciones de poca duración (del orden de días a semanas) y de hasta un 0’2 por ciento son debidas al paso de manchas oscuras y fáculas brillantes que arrastra el Sol en su rotación; el ciclo medido es de 11 años, en el que la radiación solar disminuye en un 0’1 por ciento entre el valor máxima y el mínimo.

 electromagnetic spectrum

 

 

Una onda electromagnética está formada por paquetes muy pequeños de energía llamados fotones. La energía de cada paquete o fotón es directamente proporcional a la frecuencia de la onda: Cuanta más alta es la frecuencia, mayor es la cantidad de energía contenida en cada fotón.

El efecto de las ondas electromagnéticas en los sistemas biológicos está determinado en parte por la intensidad del campo y en parte por la cantidad de energía contenida en cada fotón.

La longitud de onda de la energía electromagnética emitida por el Sol y que llega a la Tierra varía en más de diez órdenes de magnitud. Va desde la longitud de onda más corta, que corresponde a los rayos gamma y rayos X de menos de 10-10 m, hasta la longitud de ondas de radio que superan el metro.

El aspecto del espectro de la radiación solar es similar al de un cuerpo negro a 6.000º K. Ambos espectros son especialmente parecidos en el rango de la longitud de onda mayor que la del amarillo, pero para longitudes de onda menores, el espectro solar cae notablemente por debajo de la línea de los 6.000º K. De acuerdo con la ley de desplazamiento de Wien, la emisión máxima a esta temperatura es de 483 nm, cerca del final de la zona azul del espectro visible y próximo al verde.

El flujo de energía se reparte desigualmente entre las tres grandes categorías espectrales: radiación ultravioleta (UV), cuya longitud de onda va desde las más cortas hasta los 400 nm y contribuye con menos del 9 por ciento de la radiación total; la luz visible, que va desde los 400 nm del violeta más lejano hasta los 700 nm del rojo más oscuro y representa un 39 por ciento; y la radiación infrarroja (IR), que representa cerca del 52 por ciento.

Distribución de la radiación solar que llega a la superficie terrestre, expresada en kcal/(cm2/año)

Distribución de la radiación solar que llega a la superficie terrestre, expresada en kcal/(cm2/año)

No todos los puntos de la superficie terrestre reciben la misma cantidad de radiación solar. La posición relativa de la Tierra respecto al Sol, y el movimiento de la misma alrededor del astro condicionan, por ejemplo, que en el ecuador se reciba más energía que en los polos y que en verano llegue más que en invierno.

Los valores más altos de radiación a nivel del suelo se registran en algunos desiertos, donde se han llegado a medir 220 kcal/(cm2/año). Los mínimos se dan en los polos, donde hay estimaciones inferiores a 80 kcal/(cm2/año). En España, los valores aumentan de norte a sur y oscilan entre 110 y 150 kcal/(cm2/año)

La radiación que llega a la superficie de la Tierra es muy diferente de la radiación extraterrestre, tanto cualitativa como cuantitativamente. Las razones físicas de esta diferencia son varias: que la órbita de la Tierra es elíptica, la propia forma del planeta, la inclinación del eje de rotación, la composición de la atmósfera y la reflectividad (albedo) de las nubes y superficies terrestres. Consecuentemente, la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra presenta una compleja pauta espacial y temporal. La media anual global es ligeramente inferior a 170 W/m2 en los océanos y de unos 180 W/m2 en los continentes. La diferencia más importante del valor esperado, según la latitud de la zona, se encuentra en la disminución que se presenta en los trópicos y durante los monzones subtropicales, debido a la alta nubosidad. Grandes regiones de Brasil, Nigeria y el sur de China reciben menos insolación que Nueva Inglaterra o las regiones de Europa occidental. Es aún más sorprendente que no haya diferencia entre el flujo máximo que se recibe al mediodía durante el verano en Yakarta, situada en el ecuador, y el que se recibe en ciudades subárticas como Edmonton en Canadá o Yakutsk en Liberia. Quizás el mejor ejemplo sea el de Oahu, donde la casi siempre nublada cordillera Koolau, que intercepta las nubes y las lluvias arrastran los alisios, tiene una media anual de radiación de 150 W/m2, mientras que en Pearl Harbor, a 15 Km de distancia en la dirección del viento, la media es de 250 W/m2.

Viendo el mapa me explico que los del norte de Europa se vengan a nuestras playas

La radiación solar media de 170 W/m2 representa anualmente una energía de 2’7×1024 J, que equivale a 87 PW. Esta cantidad es casi 8.000 veces mayor que el consumo mundial de combustibles sólidos y electricidad durante los primeros años noventa. Sólo una pequeña fracción de este inmenso flujo es absorbida por los pigmentos de las plantas para realizar la fotosíntesis, y una parte algo mayor, pero también pequeña, se utiliza para calentar las plantas, los cuerpos de los animales y las personas, así como sus refugios.

La radiación también sustenta la vida porque al calentar los océanos, las rocas y los suelos, impulsa funciones fundamentales en la biosfera, tales como el ciclo del agua, la formación de los vientos, el mantenimiento de la temperatura adecuada para que funcionen los procesos metabólicos y la descomposición orgánica. Además, es la causante de la erosión que transporta los nutrientes minerales para la producción primaria de materia orgánica.

seccion_transversal_sol

                                                  Sección transversal del Sol

A la larga, para mantener el equilibrio térmico del planeta, la radiación solar absorbida debe emitirse al espacio, pero la longitud de onda está drásticamente desplazada hacia el infrarrojo. A diferencia de la radiación de longitud de onda corta emitida por el Sol, que está determinada por la temperatura de la fotosfera (5.800º K), la radiación terrestre corresponde muy aproximadamente a las emisiones electromagnéticas de un cuerpo negro a 300º K (27ª C). El máximo de emisión de esa esfera caliente está en la zona del IR a 966 μm. Como el 99% de la radiación solar llega en longitudes de onda menores de 4 μm y el espectro terrestre apenas alcanza los 3 μm, el solapamiento de frecuencias entre estos dos grandes flujos de energías es mínimo.

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          Reacción protón-protón para formar helio 4 liberando energía.

emilio silvera

¡La Vida de Silicio! ¿Será posible?

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http://www.yalosabes.com/images//vida-silicio.jpg

 

Anoche acabé de repasar el pequeño librito de Asimov “Cien preguntas básicas sobre Ciencia” y, de entre todas ellas, os he sacado la que aquí os transcribo por ser un tema que muchas veces hemos comentado en esta página. Asimov, como sabéis, era químico y le gustaba la Ciencia en General, él se metía de cabeza en todos los campos y, para dejar volar su imaginación, se refugiaba en la Ciencia ficción, parcela en la que, no salió mal parado al conseguir grandes éxitos.

“Todos los seres vivientes, desde la célula más simple hasta la sequoia más grande, contienen agua, y además, como la molécula más abundante, con mucho. Inmersas en el agua hay moléculas muy complejas, llamadas proteínas y ácidos nucleicos, que al parecer son características de todo lo que conocemos por el nombre de vida. Estas moléculas complejas tienen una estructura básica compuesta en cadenas y anillos de átomos de carbono. A casi todos los carbonos van unidos uno o más átomos de hidrógeno. A una minoría, en cambio, van ligadas combinaciones de átomos como los de oxígeno, nitrógeno, azufre y fósforo.

Los átomos de silicio reemplazan a los de carbono dentro del grafeno.

Los átomos de silicio reemplazan a los de carbono dentro del grafeno.¿Lo hará también para la vida?

Expresándolo con la máxima sencillez podemos decir que la vida, tal como la conocemos, está compuesta de derivados de hidrocarburos en agua.

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