Lo cierto es que si creemos que nosotros podremos diseñar nuestro futuro, estaríamos dándonos más importancia de la que en realidad tenemos. Podemos hacer que algunas cosas sean de cierta manera durante un tiempo limitado pero, nada dura para siempre y, si interviene la Naturaleza, lo que nosotros querámos poca importancia puede tener. Es cierto que, también somos y formamos parte de esa Naturaleza que no podemos dominar y, siendo así (que lo es), podremos comprender lo incomprensible del comportamiento Humano.

 Conociendo el Universo

Pero demos un salto en el tiempo y viajémos hasta los albores del siglo XX cuando se hacía vez más ervidente que alguna clase de energía atómica era responsable de la potencia del Sol y del resto de las estrellas que más lejos, brillaban en la noche oscura. Ya en 1898, sólo dos años despuès del descubrimiento de la radiactividad por Becquerel, el geólogo americano Thomas Chrowder Chamberlin especulaba que los átomos eran “complejas organizaciones y centros de eneromes energías”, y que “las extraordinarias que hay en el centro del Sol pueden…liberar una parte de su energía”. Claro que, por aquel entonces, nadie sabía cual era el mecanismo y cómo podía operar, hasta que no llegamos a saber mucho más, sobre los átomos y las estrellas.

¿Quién puede decir lo que habrá en otros mundos, en otros ecosistemas?

“Debido a su relativa abundancia y utilidad en el sostenimiento de la vida, muchos han conjeturado que todas las formas de vida, donde quiera que se produzcan, se valdrían también de estos materiales básicos. Aun así, otros elementos y solventes pueden proveer una cierta base de vida. Se ha señalado al silicio como una alternativa posible al carbono; basadas en este elemento, se han propuesto formas de vida con una morfología cristalina, teóricamente capaces de existir en condiciones de alta temperatura, como en planetas que orbiten muy cercanos a su estrella.

También se han sugerido formas de vida basadas en el otros solventes, pues existen compuestos químicos capaces de mantener su estado líquido en diferentes rangos de temperatura, ampliando así las zonas habitables consideradas viables. Así por ejemplo, se estudia el amoníaco como solvente alternativo al agua. La vida en un océano de amoníaco podría aparecer en un planeta mucho más lejano a su estrella.”

Algunos postulan que el Universo surgió de la nada, y, desde luego, la Nada, como la Eternidad o el Infinito, ¡no existen! Tengo claro que, si surgió… ¡Es porque había! Hablamos de una singularidad, un punto de densidad y energías infinitas de donde pudo surgir todo lo que existe, le llamamos Big Bang y, al menos por el momento, es el Modelo más aceptado. Sin embargo, seguros seguros de que así sea… ¡No lo podemos estar! Existen muchas incognitas y preguntas sin contestar sobre ese supuesto suceso que… más de diez millones de años más tarde, dicen que nos trajo hasta aquí.

“Yo soy el tiempo, destructor de mundos, y he venido a devorarlos a todos”. Así se expresaba Shiva, el dios de la destrucción de la mitología hindú, según el Bhagavad-gītā. Una figura cuyo papel era el de traer la destrucción para que todo pudiera ser creado nuevamente. Curiosamente, algunos modelos astrofísicos otorgan al planeta Júpiter un papel similar al de esta deidad, ya que aseguran que arrasó con los primeros planetas del Sistema Solar y permitió la formación de nuevos planetas en los que pudo surgir la vida.

Júpiter es grande. Enorme. Es lo primero que se puede decir de este gigante gaseoso, al que los romanos bautizaron como al padre de los dioses y de los hombres. Esta afirmación puede parecer una simpleza, pero no lo es, puesto que su enorme tamaño, más del doble que el resto de planetas juntos, es el que hace que este titán encierre muchos de los secretos sobre el origen de nuestro Sistema Solar.

Después del Sol, Júpiter es el cuerpo astronómico que más influencia tiene en el resto de los planetas y “a lo largo de la historia ha jugado un papel fundamental para llegar a la configuración que actualmente ocupan los planetas”, explica a EL ESPAÑOLl Santiago Pérez, investigador del grupo de Ciencias Planetarias de la Universidad del País Vasco.

“A veces incluso se refieren a Júpiter como una especie de paraguas gravitacional”, explica Pérez ya que “acapara la caída de objetos, como restos de la formación planetaria, cometas o incluso asteroides”. En suma, este enorme planeta ha sido uno de los principales actores en la formación y la evolución de nuestro vecindario cósmico.

Es por esto que se han dedicado tantos esfuerzos para averiguar lo más posible sobre este gran planeta. El último ha sido la misión Juno cuyo fin es escudriñar en su interior, más allá de la densa capa de nubes que nos oculta su interior.

El increíble viaje de Juno

Juno inició su viaje el 5 de agosto de 2011. Con un diámetro aproximado de 3,5 metros y un peso de 3.600 kg, esta nave partió hacia el gigante gaseoso como antes lo habían hecho las misiones Pioneer, Voyager o Ulysses. Pero a diferencia de éstas, Juno se quedará. La nave de la NASA permanecerá en la órbita de Júpiter durante algo más de año y medio, como también lo hizo la sonda Galileo entre 1995 y 2003.

Su travesía por el cosmos terminó poco antes de las 4 de la mañana del pasado 5 de julio. Tras casi cinco años de viaje y cerca de 2.800 millones de kilómetros recorridos, Juno llegó a su destino a la extraordinaria velocidad de más de 250.000 kilómetros por hora (200 veces más rápido que una bala). Una vez en su órbita, la sonda se quedará flotando frente a Júpiter a una distancia que variará entre los 4.000 y los 8 millones de kilómetros.

La sonda va a pelar Júpiter como si fuera una cebolla y nos va a mostrar capas que hasta ahora no habíamos visto

El viaje ha sido largo, pero va a permitir a los científicos ver el interior de este planeta con una precisión que nunca habíamos tenido. “Nos va a pelar Júpiter como si fuera una cebolla y nos va a mostrar capas que hasta ahora no habíamos visto”, afirma Pérez. Pero de entre todas las cosas que puede ver Juno, “la más importante para la ciencia es determinar si tiene o no un núcleo rocoso”, afirma este astrofísico.

¿Tendrá Júpiter un núcleo rocoso?

Durante la etapa de formación del Sistema Solar el germen de este planeta se fue alimentando de los restos de gas y polvo que quedaron cuando se formó el Sol. De esta forma, Júpiter acabo convertido en un gigante compuesto principalmente de helio e hidrógeno y cuyo tamaño, de unos 140.000 kilómetros de diámetro, se acerca al de algunas estrellas menores.

Sin embargo, cómo sucedió esto es algo que no está tan claro. Existen fundamentalmente dos opciones. Por un lado están las hipótesis que plantean que en primer lugar se formó un núcleo rocoso, que posteriormente fue capturando todo el gas a su alrededor. Sin embargo, otra hipótesis plantea que no hizo falta la formación de tal núcleo, sino que parte de la nube de gas del sistema solar primigenio colapsó formando directamente el planeta.

Aunque las diferencias entre estos escenarios parecen nimias, determinar cuál de los dos es el válido nos dirá cómo se forman los planetas gigantes y, lo que es más importante, “nos va a dar información sobre la frecuencia con la que se originan planetas de este estilo”, explica Pérez. Según este investigador, “si no necesitas crear primero un núcleo, podría ser más sencillo tener planetas gigantes, con lo que estos serán más frecuentes”.

El origen de la vida

Otro de los aspectos interesante de este planeta es que al haberse formado en los inicios del Sistema Solar, aún mantiene elementos que pueden proporcionar información sobre los componentes originales. “Es como si tuviéramos una muestra de la nebulosa protoplanetaria que nos dará una información directa sobre la cantidad de agua que teníamos en aquel momento”, explica Pérez.

Precisamente uno de los objetivos de Juno será medir la cantidad de agua y amoníaco en la atmósfera de Júpiter. Como estos compuestos son volátiles se han evaporado en aquellos planetas más cercanos al Sol, sin embargo, “Júpiter está en la frontera y nos podría dar información sobre la cantidad de agua que había en el sistema solar primigenio”, explica este astrofísico. En definitiva, el conocimiento de la abundancia de agua en su atmósfera puede ayudarnos a comprender la formación de estos planetas e incluso nos puede ofrecer pistas sobre el origen del agua en la Tierra.

Aún está por ver si las hipótesis que definen a Júpiter como un destructor de mundos son ciertas. Probablemente Juno no sea capaz de dar respuesta a esta pregunta, pero sin duda, logrará desvelar algunos de los secretos que el gigante gaseoso guarda bajo su manto de nubes.

El átomo de Demócrito era mucho más de lo que él, en un principio intuyó que sería. Hoy sabemos que está conformado por diversas partículas de familias diferentes: unas son bariones que en el seno del átomo llamamos nucleones, otras son leptones que giran alrededor del núcleo para darle estabilidad de cargas, y, otras, de la familia de los Quarks, construyen los bariones del núcleo y, todo ello, está, además, vigilado por otras partículas llamadas bosones intermedios de la fuerza nuclear fuerte, los Gluones que, procuran mantener confinados a los Quarks.

Pero no corramos tanto, la física atómica aún debería recorrer un largo camino para llegar a comprender la estructura que acabamos de reseñar. De los trs principales componentes 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 de un núcleo atómico, y mucho menos de sus partículas constituyentes, el protón y el neutrón, que serían identificados, respectivamente, por Thomson en 1913 y James Chawick en 1932.

De importancia capital resultó conocer la existencia del núcleo y que éste, era 1/100.000 del total del átomo, es decir, casi todo el átomo estaba compuesto de espacios “vacíos” y, la materia así considerada, era una fracción infintesimal del total atómico.

Rutherford, Hans Geiger y Ernest Marsden se encontraban entre los Estrabones y Tolomeos de la cartografía atómica, en Manchester , de 1909 a 1911, sonderaron el átomo lanzando corrientes de “partículas alfa” subatómicas -núcleos de helio- contra delgadas laminillas de oro, plata, estaño y otros metales. La mayoría de partículas Alfa se escapaban a través de las laminillas, pero, para sombro 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 sobre un pañuelo de papel. Finalmente, en una cena en su casa en 1911, anunció a unos pocos amigos que había dado con una explicación: que la mayoría de la masa de un átomo reside en un diminuto núcleo masivo. Ruthertford pudo calcular la carga y el diámetro máximo del nucleo atómico. Así se supo que los elementos pesados eran más pesados que los elementos ligeros porque los núcleos de sus átomos tienen mayor masa.

Todos sabemos ahora, la función que desarrollan los electrones en el atomo. Pero el ámbito de los electrones para poder llegar a la comprensión completa, tuvo que ser explorado, entre otros, por el físico danés Niels Bohr, quien demostró que ocupaban órbitas, o capas, discretas que rodean al núcleo. (Durante un tiempo Bohr consideró el átomo como un diminuto sistema solar, pero ese análisis, pronto demostró ser inadecuado; el átomo no está rígido por la mecánica newtoniana sino por la mecánica cuántica.)

            Modelo de Bohr

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 este fotón está determinada por las órbitas particulares entre las que el electrón efectúa la transición. E esta es la razón de que un espectro que registra las longitudes de onda de los fotones, revele los elementos químicos que forman las estrellas u otros objetos que sean estudiados por el espectroscopista. En palabras de Max Planck, el fundador de la física cuántica, el modelo de Bohr del átomo nos proporciona “la llave largamente buscada de la puerta de entrada al maravilloso mundo de la espectroscopia, que desde el descubrimiento del análisis espectral (por Fraunhoufer) había desafiado obtinadamente todos los intentos de conocerlo”.

Es curioso que, mirando en la oscura noche como brillan las estrellas del cielo, nos atrae su titilar engañoso (es la atmósfera terrestre la que hace que lo parezca) y su brillo, Sin embargo, pocos llegan a pensar en lo que verdaderamente está allí ocurriendo. Las transformaciones de fase por fusión no cesan. Esta transformación de materia en energía es consecuencia de la equivalencia materia-energía, enunciada por Albert Einstein en su famosa fórmula E=mc²; donde E es la energía resultante, m es la masa transformada en energía, y c es la velocidad de la luz (300 000 kilómetros por segundo). La cantidad de energía que se libera en los procesos de fusión termonuclear es fabulosa. Un gramo de materia transformado íntegramente en energía bastaría para satisfacer los requerimientos energéticos de una familia mediana durante miles de años.

Es un gran triunfo del ingenio humano el saber de qué, están conformadas las estrellas, de qué materiales están hechas. Recuerdo aquí a aquel Presidente de la Real Society de Londres que, en una reunión multitudinaria, llegó a decir: “Una cosa está clara, nunca podremos saber de qué están hechas las estrellas”. El hombre se vistió de gloria con la, desde entonces, famosa frase. Creo que nada, con tiempo por delante, será imposible para nosotros.

Pero, por maravilloso que nos pueda parecer el haber llegado a la comprensión de que los espectros revelan saltos y tumbos de los electrones en sus órbitas de Bohr, aún nadie podía hallar en los espectros de las estrellas las claves significativas sobre lo que las hace brillar. En ausencia de una teoría convincente, se abandonó este campo a los taxonomistas, a los que seguían obstinadamente registrando y catalogando espectros de estrellas, aunque no sabían hacia donde los conduciría esto.

En el Laboratorio 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 delante de “calculadoras”, mujeres solteras en su mayoría y, de entre ellas, Henrietta Leavitt, la investigadora pionera de las estrellas variables Cefeidas que tan útiles serían a Shapley y Hubble.

Imagen de Sirio A, la estrella más brillante del cielo tomada por el Telescopio Hubble  (Créd. NASA). Sirio es la quinta estrella más cercana y tiene una edad de 300, millones de años. Es una estrella blanca de la secuencia principal de tipo espectral A1V con temperatura superficial de 10 000 K y situada a 8,6 años luz de la Tierra. Es una estrella binaria y, de ella, podríamos contar muchas historias. La estrella fue importante en las vidas de Civilizaciones pasadas como, por ejemplo, la egipcia.

Fue Cannon quien, en 1915, empezó a discernir la forma en una totalidad de estrellas en las que estaba presente la diversidad, cuando descubrió que en una mayoría, 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 el color, desde las estrellas O blanco-azuladas, pasando por las estrellas G amarillas como el Sol, hasta estrellas rojas M. Era un rasgo de simplicidad denajo de la asombrosa variedad de las estrellas.

Pronto se descubrió un orden más profundo, en 1911, cuando el ingeniero y astrónomo autodidacta 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 poco experimentado 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 un amarillo apagado.

                                                                            Las Híades desde más cerca

Hertzsprung utilizó 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.

El progreso en física, mientras tanto, estaba bloqueado por una barrera aparentemente insuperable. Esto era literal: el agente responsable era conocido como barrera de Coulomb, y por un tiempo frustó los esfuerzos de las físicos teóricos para comprender como la fusión nuclear podía producir energía en las estrellas.

La línea de razonamiento que conducía a esa barrera era impecable. Las estrellas están formadas en su mayor parte por hidrógeno. (Esto se hace evidente en el estudio de sus espectros.) El núcleo del átomo de Hidrógeno consiste en un solo protón, y el protón contiene casi toda la masa del átomo. (Sabemos esto por los experimentos de Rutherford). Por tanto, el protón también debe contener casi toda la energía latente del átomo de hidrógeno. (Recordemos que la masa es igual a la energía: E = mc².) En el calor de una estrella, los protones son esparcidos a altas velocidades -el calor intenso significa que las partículas involucradas se mueven a enormes velocidades- y, como hay muchos protones que se apiñan en el núcleo denso de una estrella, deben tener muchísimos choques. En resumen, la energía del Sol y las estrellas, puede suponerse razonablemente, implica las interacciones de los protones. Esta era la base de la conjetura de Eddintong de que la fuente de la energía estelar “difícilmente puede ser otra que la energía subatómica, la cual, como se sabe, existe en abundancia en toda materia”.

                                               Plasma en ebullición en la superficie del Sol

Hasta el momento todo lo que hemos repasado está bien pero, ¿que pasa con la Barrera de Coulomb? Los protones están cargados positivamente; las partículasd de igual carga se repelen entre sí; y este obstáculo parecía demasiado grande para ser superado, aun a la elevada velocidad a la que los protones se agitaban en el intenso calor del interior de las estrellas. De acuerdo con la física clásica, muy raras veces podían dos protones de una estrella ir con la rapidez suficiente para romper las murallas de sus campos de fuerza electromagnéticos y fundirse en un solo núcleo. Los cálculos decían que la tasa de colisión de protones no podía bastar para mantener las reacciones de fusión. Sin embargo, allí estaba el Sol, con el rostro radiante, riéndose de las ecuaciones que afirmaban que no podía brillar.

Figura que muestra de manera artística el cambio de color cuando en una cavidad subnanométrica se produce el efecto túnel cuántico.

Afortunadamente, en el ámbito nuclear, las reglas de la Naturaleza no se rigen por las de la mecánica de la física clásica, que tienen validez para grandes objetos, como guijarros y planetas, pero pierden esa validez en el reino de lo muy pequeño. En la escala nuclear, rigen las reglas de la indeterminación cuántica.  La mecánica cuántica demuestra que el futuro del protón sólo puede predecirse en términos de probabilidades: la mayoría de las veces el protón rebotará en la Barrera de Coulomb, pero de cuando en cuando, la atravesará. Este es el “efecto túnel cuántico”; que permite brillar a las estrellas.

George Gamow, ansioso de explotar las conexiones entre la astronomía y la nueva física exótica a la que era adepto, aplicó las probabilidades cuánticas a la cuestión de la fusión nuclear en las estrellas y descubrió que los protones pueden superar la Barrera de Coulomb.

Con este mecanismo la Naturaleza encuentra el camino para sintetizar Carbono a partir del Helio

Esta historia es mucho más extensa y nos llevaría hasta los trabajos de Hans Bethe, Edward Teller y otros, así como, al famoso Fred Hoyle y su efecto Triple Alfa y otras maravillas que, nos cuentan la historia que existe desde los átomos a las estrellas del cielo.

emilio silvera