miércoles, 21 de agosto del 2019 Fecha
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Velocidades inimaginables

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Cuántica    ~    Comentarios Comments (3)

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En el centro del átomo se encuentra un pequeño grano compacto aproximadamente 100.000 veces más pequeño que el propio átomo: el núcleo atómico. Su masa, e incluso más aún su carga eléctrica, determinan las propiedades del átomo del cual forma parte. Debido a la solidez del núcleo parece que los átomos, que dan forma a nuestro mundo cotidiano, son intercambiables entre sí, e incluso cuando interaccionan entre ellos para formar sustancias químicas (los elementos). Pero el núcleo, a pesar de ser tan sólido, puede partirse. Si dos átomos chocan uno contra el otro con gran velocidad podría suceder que los núcleos llegaran a chocar entre sí y entonces, o bien se rompen en trozos, o se funden liberando en el proceso partículas subnucleares. La nueva física de la primera mitad del siglo XX estuvo dominada por los nuevos acertijos que estas partículas planteaban.

Pero tenemos la mecánica cuántica; ¿es que no es aplicable siempre?, ¿cuál es la dificultad? Desde luego, la mecánica cuántica es válida para las partículas subatómicas, pero hay más que eso. Las fuerzas con que estas partículas interaccionan y que mantienen el núcleo atómico unido son tan fuertes que las velocidades a las que tienen que moverse dentro y fuera del núcleo están cerca de la velocidad de la luz, c, que es de 299.792’458 Km/s. Cuando tratamos con velocidades tan altas se necesita una segunda modificación a las leyes de la física del siglo XIX; tenemos que contar con la teoría de la relatividadespecial de Einstein.

Resultado de imagen de cuanto tarda la luz del sol en llegar a la luna

Esta teoría también fue el resultado de una publicación de Einstein de 1905. en esta teoría quedaron sentadas las bases de que el movimiento y el reposo son conceptos relativos, no son absolutos, como tampoco habrá un sistema de referencia absoluto con respecto al cual uno pueda medir la velocidad de la luz.

Pero había más cosas que tenían que ser relativas. En este teoría, la masa y la energía también dependen de la velocidad, como lo hacen la intensidad del campo eléctrico y del magnético. Einstein descubrió que la masa de una partícula es siempre proporcional a la energía que contienen, supuesto que se haya tenido en cuenta una gran cantidad de energía en reposo de una partícula cualquiera, como se denota a continuación:

E = mc2

Como la velocidad de la luz es muy grande, esta ecuación sugiere que cada partícula debe almacenar una cantidad enorme de energía, y en parte esta predicción fue la que hizo que la teoría de la relatividadtuviese tanta importancia para la física (¡y para todo el mundo!). Para que la teoría de la relatividadtambién sea autoconsistente tiene que ser holista, esto es, que todas las cosas y todo el mundo obedezcan a las leyes de la relatividad. No son sólo los relojes los que se atrasan a grandes velocidades, sino que todos los procesos animados se comportan de la forma tan inusual que describe esta teoría cuando nos acercamos a la velocidad de la luz. El corazón humano es simplemente un reloj biológico y latirá a una velocidad menor cuando viaje en un vehículo espacial a velocidades cercanas a la de la luz. Este extraño fenómeno conduce a lo que se conoce como la “paradoja de los gemelos”, sugerida por Einstein, en la que dos gemelos idénticos tienen diferente edad cuando se reencuentran después de que uno haya permanecido en la Tierra mientras que el otro ha viajado a velocidades relativistas.

Einstein comprendió rápidamente que las leyes de la gravedad también tendrían que ser modificadas para que cumplieran el principio relativista.

La formulación de newton es bien conocida, en la segunda imagen que se representan en este esquema dos partículas que se acercan entre sí siguiendo un movimiento acelerado. La interpretación newtoniana supone que el espacio-tiempo es llano y que lo que provoca la curvatura de las líneas de universo es la fuerza de interacción gravitatoria entre ambas partículas. Por el contrario, la interpretación einsteiniana supone que las líneas de universo de estas partículas son geodésicas (“rectas”), y que es la propia curvatura del espacio tiempo lo que provoca su aproximación progresiva.

Para poder aplicar el principio de la relatividad a la fuerza gravitatoria, el principio tuvo que ser extendido de la siguiente manera: no sólo debe ser imposible determinar la velocidad absoluta del laboratorio, sino que también es imposible distinguir los cambios de velocidad de los efectos de una fuerza gravitatoria.

Einstein comprendió que la consecuencia de esto era que la gravedad hace al espacio-tiempo lo que la humedad a una hoja de papel: deformar la superficie con desigualdades que no se pueden eliminar. Hoy en día se conocen muy bien las matemáticas de los espacios curvos, pero en el época de Einstein el uso de estas nociones matemáticas tan abstractas para formular leyes físicas era algo completamente nuevo, y le llevó varios años encontrar la herramienta matemática adecuada para formular su teoría general de la relatividad que describe cómo se curva el espacio en presencia de grandes masas como planetas y estrellas.

Einstein tenía la idea en su mente desde 1907 (la relatividad especial la formuló en 1905), y se pasó 8 años buscando las matemáticas adecuadas para su formulación.

Leyendo el material enviado por un amigo al que pidió ayuda, Einstein quedó paralizado. Ante él, en la primera página de una conferencia dada ante el Sindicato de Carpinteros, 60 años antes por un tal Riemann, tenía la solución a sus desvelos: el tensor métrico de Riemann, que le permitiría utilizar una geometría espacial de los espacios curvos que explicaba su relatividad general.

Desde que se puso en órbita el telescopio espacial de rayos gamma Fermi, el 11 de junio de 2008, ha detectado poblaciones enteras de objetos nunca antes vistos. El último hallazgo de Fermi afecta al púlsar J1823-3021A, avistado en 1994 con el radiotelescopio Lovell, en Inglaterra. Un equipo internacional de expertos se ha dado cuenta de que esta estrella pulsante emite rayos gamma y gracias a Fermi ha podido caracterizar sus inusuales propiedades. Los resultados de su investigación se publican en el último número de Science. Lo cierto es que han descubierto el púlsar de milisegundos más joven y con la fuerza magnética más potente

Resultado de imagen de No está mal que en este punto recordemos la fuerza magnética y gravitatoria que nos puede ayudar a comprender mejor el comportamiento de las partículas subatómicas.

No está mal que en este punto recordemos la fuerza magnética y gravitatoria que nos puede ayudar a comprender mejor el comportamiento de las partículas subatómicas.

El electromagnetismo, decíamos al principio, es la fuerza con la cual dos partículas cargadas eléctricamente se repelen (si sus cargas son iguales) o se atraen (si tienen cargas de signo opuesto).

La interacción magnética es la fuerza que experimenta una partícula eléctricamente cargada que se mueve a través de un campo magnético. Las partículas cargadas en movimiento generan un campo magnético como, por ejemplo, los electrones que fluyen a través de las espiras de una bobina.

Las fuerzas magnéticas y eléctricas están entrelazadas. En 1873, James Clerk Maxwell consiguió formular las ecuaciones completas que rigen las fuerzas eléctricas y magnéticas, descubiertas experimentalmente por Michael Faraday. Se consiguió la teoría unificada del electromagnetismo que nos vino a decir que la electricidad y el magnetismo eran dos aspectos de una misma cosa.

Resultado de imagen de Constante de estructura fina

La interacción es universal, de muy largo alcance (se extiende entre las estrellas), es bastante débil. Su intensidad depende del cociente entre el cuadrado de la carga del electrón y 2hc (dos veces la constante de Planck por la velocidad de la luz). Esta fracción es aproximadamente igual a 1/137’036…, o lo que llamamos α y se conoce como constante de estructura fina.

En general, el alcance de una interacción electromagnética es inversamente proporcional a la masa de la partícula mediadora, en este caso, el fotón, sin masa.

También antes hemos comentado sobre la interacción gravitatoria de la que Einstein descubrió su compleja estructura y la expuso al mundo en 1915 con el nombre de teoría general de la relatividad, y la relacionó con la curvatura del espacio y el tiempo. Sin embargo, aún no sabemos cómo se podrían reconciliar las leyes de la gravedad y las leyes de la mecánica cuántica (excepto cuando la acción gravitatoria es suficientemente débil).

La teoría de Einstein nos habla de los planetas y las estrellas del cosmos. La teoría de Planck, Heisemberg, Schrödinger, Dirac, Feynman y tantos otros, nos habla del comportamiento del átomo, del núcleo, de las partículas elementales en relación a estas interacciones fundamentales. La primera se ocupa de los cuerpos muy grandes y de los efectos que causan en el espacio y en el tiempo; la segunda de los cuerpos muy pequeños y de su importancia en el universo atómico. Cuando hemos tratado de unir ambos mundos se produce una gran explosión de rechazo. Ambas teorías son (al menos de momento) irreconciliables.

  • La interacción gravitatoria actúa exclusivamente sobre la masa de una partícula.
  • La gravedad es de largo alcance y llega a los más lejanos confines del universo conocido.
  • Es tan débil que, probablemente, nunca podremos detectar esta fuerza de atracción gravitatoria entre dos partículas elementales. La única razón por la que podemos medirla es debido a que es colectiva: todas las partículas (de la Tierra) atraen a todas las partículas (de nuestro cuerpo) en la misma dirección.

Los gravitones son el bosón hipotético de la fuerza fundamental gravedad. Con esta partícula se podria unificar la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad especial. Un dato interesante es que se según la teoría de cuerdas los gravitones están...

La partícula mediadora es el hipotético gravitón. Aunque aún no se ha descubierto experimentalmente, sabemos lo que predice la mecánica cuántica: que tiene masa nula y espín 2.

La ley general para las interacciones es que, si la partícula mediadora tiene el espín par, la fuerza entre cargas iguales es atractiva y entre cargas opuestas repulsiva. Si el espín es impar (como en el electromagnetismo) se cumple a la inversa.

Pero antes de seguir profundizando en estas cuestiones hablemos de las propias partículas subatómicas, para lo cual la teoría de la relatividad especial, que es la teoría de la relatividad sin fuerza gravitatoria, es suficiente.

Si viajamos hacia lo muy pequeño tendremos que ir más allá de los átomos, que son objetos voluminosos y frágiles comparados con lo que nos ocupará a continuación: el núcleo atómico y lo que allí se encuentra. Los electrones, que ahora vemos “a gran distancia” dando vueltas alrededor del núcleo, son muy pequeños y extremadamente robustos. El núcleo está constituido por dos especies de bloques: protones y neutrones. El protón (del griego πρώτος, primero) debe su nombre al hecho de que el núcleo atómico más sencillo, que es el hidrógeno, está formado por un solo protón. Tiene una unidad de carga positiva. El neutrón recuerda al protón como si fuera su hermano gemelo: su masa es prácticamente la misma, su espín es el mismo, pero en el neutrón, como su propio nombre da a entender, no hay carga eléctrica; es neutro.

La masa de estas partículas se expresa en una unidad llamada mega-electrón-voltio o MeV, para abreviar. Un MeV, que equivale a 106 electrón-voltios, es la cantidad de energía de movimiento que adquiere una partícula con una unidad de carga (tal como un electrón o un protón) cuando atraviesa una diferencia de potencial de 106 (1.000.000) voltios. Como esta energía se transforma en masa, el MeV es una unidad útil de masa para las partículas elementales.

La mayoría de los núcleos atómicos contienen más neutrones que protones. Los protones se encuentran tan juntos en el interior de un núcleo tan pequeño que se deberían repeles entre sí fuertemente, debido a que tienen cargas eléctricas del mismo signo. Sin embargo, hay una fuerza que los mantiene unidos estrechamente y que es mucho más potente e intensa que la fuerza electromagnética: la fuerza o interacción nuclear fuerte, unas 102 veces mayor que la electromagnética, y aparece sólo entre hadronespara mantener a los nucleones confinados dentro del núcleo. Actúa a una distancia tan corta como 10-15 metros, o lo que es lo mismo, 0’000000000000001 metros.

La interacción fuerte está mediada por el intercambio de mesones virtuales, 8 gluones que, como su mismo nombre indica (glue en inglés es pegamento), mantiene a los protones y neutrones bien sujetos en el núcleo, y cuanto más se tratan de separar, más aumenta la fuerza que los retiene, que crece con la distancia, al contrario que ocurre con las otras fuerzas.

La luz es una manifestación del fenómeno electromagnético y está cuantizada en “fotones”, que se comportan generalmente como los mensajeros de todas las interacciones electromagnéticas. Así mismo, como hemos dejado reseñado en el párrafo anterior, la interacción fuerte también tiene sus cuantos (los gluones). El físico japonés Hideki Yukawa (1907 – 1981) predijo la propiedad de las partículas cuánticas asociadas a la interacción fuerte, que más tarde se llamarían piones. Hay una diferencia muy importante entre los piones y los fotones: un pión es un trozo de materia con una cierta cantidad de “masa”. Si esta partícula está en reposo, su masa es siempre la misma, aproximadamente 140 MeV, y si se mueve muy rápidamente, su masa parece aumentar en función E = mc2. Por el contrario, se dice que la masa del fotón en reposo es nula. Con esto no decimos que el fotón tenga masa nula, sino que el fotón no puede estar en reposo. Como todas las partículas de masa nula, el fotón se mueve exclusivamente con la velocidad de la luz, 299.792’458 Km/s, una velocidad que el pión nunca puede alcanzar porque requeriría una cantidad infinita de energía cinética. Para el fotón, toda su masa se debe a su energía cinética.

Resultado de imagen de Losa rayos cósmicos

Los físicos experimentales buscaban partículas elementales en las trazas de los rayos cósmicos que pasaban por aparatos llamados cámaras de niebla. Así encontraron una partícula coincidente con la masa que debería tener la partícula de Yukawa, el pión, y la llamaron mesón (del griego medio), porque su masa estaba comprendida entre la del electrón y la del protón. Pero detectaron una discrepancia que consistía en que esta partícula no era afectada por la interacción fuerte, y por tanto, no podía ser un pión. Actualmente nos referimos a esta partícula con la abreviatura μ y el nombre de muón, ya que en realidad era un leptón, hermano gemelo del electrón, pero con 200 veces su masa.

Antes de seguir veamos las partículas elementales de vida superior a 10-20 segundos que eran conocidas en el año 1970.

Nombre Símbolo Masa (MeV) Carga Espín Vida media (s)
Fotón γ 0 0 1
Leptones (L = 1, B = 0)
Electrón e- 0’5109990 ½
Muón μ- 105’6584 ½ 2’1970 × 10-6
Tau τ
Neutrino electrónico νe ~ 0 0 ½ ~ ∞
Neutrino muónico νμ ~ 0 0 ½ ~ ∞
Neutrino tauónico ντ ~ 0 0 ½ ~ ∞
Mesones (L = 0, B = 0)
Pión + π+ 139’570 2’603 × 10-8
Pión – π- 139’570 2’603 × 10-8
Pión 0 π0 134’976 0’84 × 10-16
Kaón + k+ 493’68 1’237 × 10-8
Kaón – k- 493’68 1’237 × 10-8
Kaón largo kL 497’7 5’17 × 10-8
Kaón corto kS 497’7 0’893 × 10-10
Eta η 547’5 0 0 5’5 × 10-19
Bariones (L = 0, B = 1)
Protón p 938’2723 + ½
Neutrón n 939’5656 0 ½ 887
Lambda Λ 1.115’68 0 ½ 2’63 × 10-10
Sigma + Σ+ 1.189’4 + ½ 0’80 × 10-10
Sigma – Σ- 1.1974 ½ 7’4× 10-20
Sigma 0 Σ0 0 ½ 1’48 × 10-10
Ksi 0 Ξ0 1.314’9 0 ½ 2’9 × 10-10
Ksi – Ξ- 1.321’3 ½ 1’64 × 10-10
Omega – Ω- 1.672’4 0’82 × 10-10

Para cada leptón y cada barión existe la correspondiente antipartícula, con exactamente las mismas propiedades a excepción de la carga que es la contraria. Por ejemplo, el antiprotón se simboliza con  y el electrón con e+. Los mesones neutros son su propia antipartícula, y el π+ es la antipartícula del π-, al igual que ocurre con k+ y k-. El símbolo de la partícula es el mismo que el de su antipartícula con una barra encima. Las masas y las vidas medias aquí reflejadas pueden estar corregidas en este momento, pero de todas formas son muy aproximadas.

Los símbolos que se pueden ver algunas veces, como s (extrañeza) e i (isoespín) están referidos a datos cuánticos que afectan a las partículas elementales en sus comportamientos.

Debo admitir que todo esto tiene que sonar algo misterioso. Es difícil explicar estos temas por medio de la simple palabra escrita sin emplear la claridad que transmiten las matemáticas, lo que, por otra parte, es un mundo secreto para el común de los mortales, y ese lenguaje es sólo conocido por algunos privilegiados que, mediante un sistema de ecuaciones pueden ver y entender de forma clara, sencilla y limpia, todas estas complejas cuestiones.

Si hablamos del espín (o, con más precisión, el momento angular, que es aproximadamente la masa por el radio por la velocidad de rotación) se puede medir como un múltiplo de la constante de Planckh, dividido por . Medido en esta unidad y de acuerdo con la mecánica cuántica, el espín de cualquier objeto tiene que ser o un entero o un entero más un medio. El espín total de cada tipo de partícula – aunque no la dirección del mismo – es fijo.

El electrón, por ejemplo, tiene espín ½. Esto lo descubrieron dos estudiantes holandeses, Samuel Gondsmit (1902 – 1978) y George Uhlenbeck (1900 – 1988), que escribieron sus tesis conjuntamente sobre este problema en 1972. Fue una idea audaz que partículas tan pequeñas como los electronespudieran tener espín, y de hecho, bastante grande. Al principio, la idea fue recibida con escepticismo porque la “superficie del electrón” se tendría que mover con una velocidad 137 veces mayor que la de la luz, lo cual va en contra de la teoría de la relatividad general en la que está sentado que nada en el universo va más rápido que la luz, y por otra parte, contradice E=mc2, y el electrón pasada la velocidad de la luz tendría una masa infinita.

Hoy día, sencillamente, tal observación es ignorada, toda vez que el electrón carece de superficie.

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En la segunda imagen podemos ver los signos del fotón, las W+, W- y Zº, así como el Gluon y por último, el reciente Bosón de Higgs. Cada una de estas partículas representan intermediación en las cuatro fuerzas fundamentales de la Naturaleza: El fotón las radiaciones electromagnéticas (la luz entre ellas), la W y Zº la fuerza nuclear electrodébil, los gluones la nuclear fuerte, el Bosón de Higgs que dicen proporciona la masa de las partíuclas, y, ausente está el gravitón, intermediario de la Gravedad que no ha podido ser hallado.

Las partículas con espín entero se llaman bosones, y las que tienen espín entero más un medio se llaman fermiones. Consultado los valores del espín en la tabla anterior podemos ver que los leptones y los bariones son fermiones, y que los mesones y los fotones son bosones. En muchos aspectos, los fermionesse comportan de manera diferente de los bosones. Los fermiones tienen la propiedad de que cada uno de ellos requiere su propio espacio: dos fermiones del mismo tipo no pueden ocupar o estar en el mismo punto, y su movimiento está regido por ecuaciones tales que se evitan unos a otros. Curiosamente, no se necesita ninguna fuerza para conseguir esto. De hecho, las fuerzas entre los fermiones pueden ser atractivas o repulsivas, según las cargas. El fenómeno por el cual cada fermión tiene que estar en un estado diferente se conoce como el principio de exclusión de Pauli. Cada átomo está rodeado de una nube de electrones, que son fermiones (espín ½). Si dos átomos se aproximan entre sí, los electrones se mueven de tal manera que las dos nubes se evitan una a otra, dando como resultado una fuerza repulsiva. Cuando aplaudimos, nuestras manos no se atraviesan pasando la uno a través de la otra. Esto es debido al principio de exclusión de Pauli para los electrones de nuestras manos que, de hecho, los de la izquierda rechazan a los de la derecha.

Resultado de imagen de Fermiones de espín semi-entero

En contraste con el característico individualismo de los fermiones, los bosones se comportan colectivamente y les gusta colocarse todos en el mismo lugar. Un láser, por ejemplo, produce un haz de luz en el cual muchísimos fotones llevan la misma longitud de onda y dirección de movimiento. Esto es posible porque los fotones son bosones.

Cuando hemos hablado de las fuerzas fundamentales que, de una u otra forma, interaccionan con la materia, también hemos explicado que la interacción débil es la responsable de que muchas partículas y también muchos núcleos atómicos exóticos sean inestables. La interacción débil puede provocar que una partícula se transforme en otra relacionada, por emisión de un electrón y un neutrino. Enrico Fermi, en 1934, estableció una fórmula general de la interacción débil, que fue mejorada posteriormente por George Sudarshan, Robert Marschak, Murray Gell-Mann, Richard Feynman y otros. La fórmula mejorada funciona muy bien, pero se hizo evidente que no era adecuada en todas las circunstancias.

Uno de los protones se transmuta en un neutrón por medio de la interacción débil, transformando un quark “up”, en “down”. Este proceso consume energía (el neutrón tiene ligeramente más masa que..

En 1970, de las siguientes características de la interacción débil sólo se conocían las tres primeras:

  • La interacción actúa de forma universal sobre muchos tipos diferentes de partículas y su intensidad es aproximadamente igual para todas (aunque sus efectos pueden ser muy diferentes en cada caso). A los neutrinos les afecta exclusivamente la interacción débil.
  • Comparada con las demás interacciones, ésta tiene un alcance muy corto.
  • La interacción es muy débil. Consecuentemente, los choques de partículas en los cuales hay neutrinos involucrados son tan poco frecuentes que se necesitan chorros muy intensos de neutrinos para poder estudiar tales sucesos.
  • Los mediadores de la interacción débil, llamados W+, W- y Z0, no se detectaron hasta la década de 1980. al igual que el fotón, tienen espín 1, pero están eléctricamente cargados y son muy pesados (esta es la causa por la que el alcance de la interacción es tan corto). El tercer mediador, Z0, que es responsable de un tercer tipo de interacción débil que no tiene nada que ver con la desintegración de las partículas llamada “corriente neutra”, permite que los neutrinos puedan colisionar con otras partículas sin cambiar su identidad.

A partir de 1970, quedó clara la relación de la interacción débil y la electromagnética (electrodébil de Weinberg-Salam).

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La interacción fuerte (como hemos dicho antes) sólo actúa entre las partículas que clasificamos en la familia llamada de los hadrones, a los que proporciona una estructura interna complicada. Hasta 1972 sólo se conocían las reglas de simetría de la interacción fuerte y no fuimos capaces de formular las leyes de la interacción con precisión.

Resultado de imagen de La interacción fuerte

Como apuntamos, el alcance de esta interacción no va más allá del radio de un núcleo atómico ligero (10-13 cm aproximadamente).

La interacción es fuerte. En realidad, la más fuerte de todas.

Lo dejaré aquí, en verdad, eso que el Modelo Estándar de la Física, es feo, complejo e incompleto y, aunque hasta el momento ha sido una buena herramienta con la que trabajar, la verdad es que, se necesita un nuevo modelo más avanzado y que incluya la Gravedad.

Existen esperanzas de que el LHC empleando energías más elevadas, nos pueda dar alguna sorpresa y encuentre objetos largamente perseguidos.

emilio silvera

La Denudación y otros fenómenos naturales

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en La Naturaleza...El Universo    ~    Comentarios Comments (0)

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Otros mundos que podrían ser y que están en nuestros pensamientos, ninguno de los que podamos imaginar podrían ser negados, ya que, hasta el más extraño que podamos concebir estará en alguna parte, perdido en los confines de una galaxia lejana a millones de años luz, o, podría estar cerca de nuestra vecindad.

 

Hablemos de la Denudación y de otros fenómenos naturales:

Las poderosas fuerzas geomorfológicas pueden actuar suavemente. La acción de la gravedad puede mover, en cuestión de segundos, enormes volúmenes de tierra y piedras en devastadores deslizamientos y desprendimientos. Con lluvias intensas, la erosión en barrancos y cauces puede transformar los campos y las riberas, e inundar las llanuras durante horas o incluso días. Los vientos huracanados pueden, igualmente, modificar la fisonomía de las costas, y algunas superficies pueden ser remodeladas casi instantáneamente por erupciones volcánicas y terremotos. Pero la denudación de los continentes – el proceso debido a la acción de las inclemencias del tiempo, erosión meteórica y el posterior arrastre de los materiales erosionados – es un cambio gradual con tasas habitualmente bajas, que las alteraciones no se perciben durante el transcurso de una vida.

El Bubnoff (B) – la denudación de 1 mm en mil años (o 1 μm/año) – es una unidad conveniente para medir este cambio. Las precipitaciones, por disolución, reducen las duras rocas ígneas o metamórficas con una tasa comprendida entre 0’5 y 5 B, y las calizas hasta 100 B. La denudación en terrenos generalmente secos se produce a ritmos no mayores de 10 – 15 B, y en los trópicos húmedos llega a los 20 – 30 B. Los cambios en terrenos montañosos pueden ser mucho más importantes, llegando hasta 800 B en zonas de glaciares rápidos (sudeste de Alaska) y hasta los casi 10 KB en las zonas más recientes en continua elevación (la región de Nanga Parbat en el Himalaya). Pero incluso estas altas tasas de denudación son resultado de fuerzas modestas.

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Un ejemplo de importancia medioambiental y económica ilustra este lento proceso geomorfológico de baja potencia. Si no hubiera erosión, la profundidad del suelo en los campos de cultivo sería mayor, pero su capa superior se empobrecería en nutrientes, ya que la erosión meteórica, si no es demasiado intensa, es la que repone los minerales en esta capa en la que crecen las raíces, ayudando a mantener la fertilidad del terreno.

La máxima pérdida de suelo compatible con el cultivo sostenido de cosechas es aproximadamente de 11 toneladas por hectárea en la mayor parte del terreno agrícola norteamericano. Cerca de dos quintas partes de los campos de ese país se están erosionando a tasas superiores, y la tasa media nacional de erosión, solamente por agua, es de casi diez toneladas por hectárea, equivalente a 550 B (suponiendo que la densidad del suelo es de 1’8 tn/m3).

El papel dominante de las lluvias en el proceso de la denudación se hace evidente cuando se compara la energía cinética de las gotas de lluvia con la energía de la escorrentía superficial. Las mayores gotas de lluvia, con diámetro comprendido entre 5 y 6 mm, alcanzan velocidades finales de 9 m/s, lo que implica que su energía cinética durante el impacto equivale aproximadamente a 40 veces su masa. Aunque la mitad de la precipitación corriera por la superficie a un velocidad media de un metro por segundo, la energía cinética sería una cuarta parte de la masa en movimiento. Consecuentemente, la erosión resultante de la caída de la lluvia sería dos órdenes de magnitud más potente que la corriente superficial.

La energía total de la denudación global del planeta se puede calcular suponiendo que afecta al menos a 50 B de material, con una densidad media de 2’5 g/cm3 (125 tn/m3) y que la altura media continental es de 850 m. Así, la energía de los campos de la Tierra se reduciría anualmente en 135 PJ. Este flujo, 4’3 GW, es muy pequeño comparado con otros flujos energéticos del planeta, representando el 0’05 por ciento de la energía potencial perdida por las corrientes superficiales de agua, el 0’01 por ciento del calor terrestre e igual a menos de 2×10-7 veces la radiación solar absorbida  por las superficies continentales. Claramente, en la denudación de los continentes se invierte una parte insignificante de la radiación solar tanto directamente, a través de la luz solar, como indirectamente, con las corrientes de agua y el viento.

Resultado de imagen de La cordillera Alpina

Además, hay fuerzas opuestas que anulan este lento cambio. Si no fuera por el continuo levantamiento tectónico, la cordillera alpina, con sus 4.000 metros de altura, sometida a una denudación de 1 – 5 B se nivelaría en menos de cinco millones de años, y sin embargo, la edad de la cordillera es actualmente un orden de magnitud superior.

Tasas de levantamiento comprendidas entre 5 – 10 B son bastantes frecuentes, y muchas regiones están elevándose con tasas superiores a 20 KB, es decir, una tasa hasta 10 veces superior a la tasa de denudación. No obstante, parece ser que en las zonas montañosas cuyas cumbres sobrepasan la cota de nieve, con grandes precipitaciones y gran actividad glacial, la altura está más limitada por una denudación rápida que por la elevación tectónica del terreno. El noroeste del Himalaya, incluyendo la zona del famoso Nanga Parbat, es un claro ejemplo, donde muchos de sus picos sobrepasan los 7.000 m y solamente el 1 por ciento del terreno los 6.000 m.

Encuentros espaciales

            Siendo temibles localmente, son sucesos de relativa poca importancia globalmente habland0

La más destructiva intensificación temporal de los normalmente suaves flujos de energía geotectónica – erupciones volcánicas o terremotos extraordinariamente potentes – o de energía atmosférica – vientos o lluvias anormalmente intensas -, parecen irrelevantes cuando se comparan con las repetidas colisiones del planeta con cuerpos extraterrestres relativamente grandes.

Reconstrucción del meteorito que arrasó la Tierra. | Nature

                  La caída sobre la Tierra de un Gran asteroide sí que es temible

La Tierra está siendo bombardeada continuamente por invisibles partículas microscópicas de polvo muy abundantes en todo el Sistema Solar, y cada treinta segundos se produce un choque con partículas de 1 mm de diámetro, que dejan un rastro luminoso al autodestruirse en la atmósfera. También son relativamente frecuentes los choques con meteoritos de 1 metro de diámetro, que se producen con una frecuencia de, al menos, uno al año.

Pero los impactos, incluso con meteoritos mayores, producen solamente efectos locales. Esto es debido a que los meteoritos que deambulan por la región de asteroides localizada entre Marte y Júpiter están girando alrededor del Sol en el mismo sentido que la Tierra, de manera que la velocidad de impacto es inferior a 15 Km/s.

El cráter de Arizona, casi perfectamente simétrico, se formó hace 25.000 años por el impacto de un meteorito que iba a una velocidad de 11 Km/s, lo que representa una potencia cercana a 700 PW. Estas gigantescas liberaciones de energías palidecen cuando se comparan con un choque frontal con un cometa típico. Su masa (al menos de 500 millones de toneladas) y su velocidad relativa (hasta 70 Km/s) elevan su energía cinética hasta 1022 J. Aunque se perdiera un diez por ciento de esta energía en la atmósfera, el impacto sería equivalente a una explosión de unas 2.500 bombas de hidrógeno de 100 megatones. Está claro que un fenómeno de estas características produciría impresionantes alteraciones climatológicas. Sin embargo, no es seguro y sí discutible que un impacto parecido fuese la causa de la extinción masiva del cretácico, siendo lo más probable, si tenemos en cuenta el periodo relativamente largo en que se produjo, que se podría explicar por la intensa actividad volcánica de aquel tiempo.

La frecuencia de impactos sobre la Tierra disminuye exponencialmente con el tamaño del objeto.

Aproximadamente, cada cincuenta o sesenta millones de años se produce una colisión con un cometa, lo que significaría que la biosfera, que ha evolucionado durante cuatro mil millones de años, ha debido superar unos cuarenta impactos de este tipo. Está claro que ha salido airosa de estas colisiones, ya que aunque haya sido modificada, no ha sido aniquilada.

Igualmente, la evolución de la biosfera ha sobrevivido a las explosiones altamente energéticas de las supernovas más “cercanas”. Dado que en nuestra galaxia se produce por término medio la explosión de una supernova cada 50 años, el Sistema Solar se encuentra a una distancia de 100 parsecs de la explosión cada dos millones de años y a una distancia menor de 10 parsecs cada dos mil millones de años. En este último caso, la parte alta de la atmósfera se vería inundada por un flujo de rayos X y UV de muy corta longitud de onda, diez mil veces mayor que el flujo habitual de radiación solar, lo que implica que la Tierra recibiría, en unas pocas horas, una dosis de radiación ionizante igual a la que recibe anualmente. Exposiciones de 500 roentgens son setales para la mayoría de los vertebrados y, sin embargo, los diez episodios de esta magnitud que se han podido producir en los últimos 500 millones de años no han dejado ninguna consecuencia observable en la evolución de la biosfera.

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La radiación cósmica o radiación espacial es el nombre que reciben todas aquellas partículas atómicas muy energéticas existentes en el Espacio. La radiación cósmica es incompatible con la vida, y, a los habitantes de la Tierra, los preserva el cinturón magnético que las rechaza para mantenernos a salvo

Si suponemos que una civilización avanzada podría preparar refugios para la población durante el año que transcurre ente la llegada de la luz y la llegada de la radiación cósmica, se encontraría con la inevitable dosis de 500 roentgens cada mil millones de años, tiempo suficiente para permitir el desarrollo de una sociedad cuyo conocimiento le sirviera para defenderse de un flujo tan extraordinario y de consecuencias letales. En realidad, somo frágiles dotados de una fortaleza descomunal.

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 debastadores que cambian el paisaje y nosotros, lo único podemos hacer es acatar el destino, ya que, ignoramos lo que está por venir.

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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 fluctuan 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. Me hace gracia cuando alguna vez escucho decir a alguien: “Sólo utilizamos un diez por ciento de nuestro cerebro”. Lo cierto es que lo utilizamos al cien por ciento y, lo que en realidad quieren decir es que, se supone que el cerebro humano tiene un potencial tan grande que, de momento, sólo ha evolucionado hasta el diez por ciento de su capacidad futura. ¿Hasta dónde llegaremos?

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En el Centro Galáctico

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Artículo de Prensa    ~    Comentarios Comments (2)

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El centro galáctico

                                                              El centro galáctico – Chandra

El centro de nuestra galaxia, visto como nunca

 

Un vídeo en 360º realizado con datos de poderosos telescopios muestra la Vía Láctea desde el punto de vista de su agujero negro central

 

 

 

La Tierra se encuentra a unos 26.000 años luz del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Todavía resulta imposible viajar hasta allí, pero los científicos han podido estudiar esa región mediante el uso de poderosos telescopios que pueden detectar la luz en una varidad de formas. Ahora, un nuevo vídeo realizado con datos del Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA y otros instrumentos permite a cualquier persona interesada echar un vistazo en 360º de ese fascinante entorno de máxima gravedad alrededor del agujero negro supermasivo conocido como Sagitario A*.

La visualización parte de los datos infrarrojos proporcionados por el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral (ESO) de 30 enormes gigantes estelares llamados estrellas Wolf-Rayet, que orbitan a 1,5 años luz del centro de nuestra galaxia. Los poderosos vientos de gas que fluyen de la superficie de estas estrellas llevan algunas de sus capas externas al espacio interestelar.

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            Las estrellas lanzan al espacio ráfagas de energía que chocan con el material circundante

Cuando el gas que fluye entra en colisión con el gas expulsado previamente de otras estrellas, las colisiones producen ondas de choque que impregnan el área. Estas ondas de choque calientan el gas a millones de grados, lo que hace que brille en los rayos X. Amplias observaciones con Chandra de las regiones centrales de la Vía Láctea han proporcionado datos críticos sobre la temperatura y la distribución de este gas de varios millones de grados.

Los astrónomos están interesados en comprender mejor qué papel juegan estas estrellas Wolf-Rayet en el vecindario cósmico en el centro de la Vía Láctea (consulta aquí la investigación). En particular, les gustaría saber cómo interactúan con el vecino más dominante: Sagitario A *, que tiene una masa equivalente a unos cuatro millones de soles.

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                 El centro galáctico es un lugar turbulento en el que no nos gustaría estar

La visualización del centro galáctico es una película de 360 grados que sumerge al espectador en una simulación del centro de nuestra galaxia. El espectador se encuentra en la ubicación de Sagitario A * y puede ver alrededor de 25 estrellas Wolf-Rayet (objetos blancos centelleantes) que giran en órbita a su alrededor a medida que expulsan continuamente vientos estelares (escala de color negro a rojo y amarillo). Estos vientos chocan entre sí, y luego parte de este material (manchas amarillas) gira en espiral hacia el agujero negro. La película muestra dos simulaciones, cada una de las cuales comienza alrededor de 350 años en el pasado y abarca 500 años. La primera simulación muestra a Sagitario A * en un estado tranquilo, mientras que en la segunda se lo ve más violento, expulsando su propio material, lo que desactiva la acumulación de material aglomerado (manchas amarillas) que es tan prominente en la primera parte.

Un estallido hasta hace cien años

 

 

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… oscurece nuestra vista del centro galáctico. De este modo, se inició una carrera para ser el primero en detectar la fuente de rayos-X de Sagitario A*

 

Los científicos han utilizado la visualización para examinar los efectos que Sagitario A * tiene en sus vecinos estelares (el estudio, en Arxiv.org). A medida que la fuerte gravedad del agujero negro atrae grupos de material hacia el interior, las fuerzas de marea estiran los cúmulos. El pozo cósmico también impacta en su entorno a través de estallidos ocasionales que resultan en la expulsión de material lejos de sí mismo, como se muestra en la segunda parte del vídeo. Estos arrebatos pueden tener el efecto de eliminar parte del gas producido por los vientos de Wolf-Rayet.

A partir de estos datos, los investigadores, dirigidos por Christopher Russell, de la Pontificia Universidad Católica de Chile, han determinado que Sagitario A * pudo tener una relativamente poderosa explosión que se inició en los últimos siglos. Ese estallido todavía está afectando a la región a su alrededor, aunque terminó hace unos cien años.

El video en 360 grados del centro galáctico puede verse en teléfonos inteligentes utilizando la aplicación de YouTube. La mayoría de los navegadores de ordenador también permiten su visualización, pero para tener una óptica experiencia los científicos recomiendan utilizar gafas de realidad virtual (VR), como Samsung Gear VR o Google Cardboard.