Se quedaría la Tierra, entonces, como ahora podemos ver a nuestro planeta hermano, Marte, sin atmósfera y estéril, en ausencia de acéanos

Es bueno para el ser humano que sepa el por qué de las cosas, que se interese por lo que ocurre a su alrededor, por su planeta que le acoge, por el lugar que ocupamos en el universo, por cómo empezó todo, cómo terminará y qué será del futuro de nuestra civilización y de la Humanidad en este universo que, como todo, algún día lejano del futuro el tiempo inexorable, llevará al final de sus días.

El fin del universo es irreversible, de ello hemos dejado amplio testimonio a lo largo de muchos trabajos, su final estará determinado por la Densidad Crítica, la cantidad de materia que contenga nuestro universo que será la que lo clasifique como universo plano, universo abierto, o universo cerrado. En cada uno de estos modelos de universos, el final será distinto…,  claro que para nosotros, la Humanidad, será indiferente el  modelo que pueda resultar; en ninguno de ellos podríamos sobrevivir cuando llegara ese momento límite del fin. La congelación y el frío del cero absoluto o la calcinación del fuego final a miles de millones de grados, acabarán con nosotros, si para entonces, estuviéramos aún por aquú (que no es probable).

Para evitar eso se está trabajando desde hace décadas. Se buscan formas de superar dificultades que nos hacen presas fáciles de los elementos. La naturaleza indomable, sus leyes y sus fuerzas, hoy por hoy son barreras insuperables, para poder hacerlo, necesitamos saber.

                        Estamos irremisiblemente llamamos a evolucionar, ese es, nuestro destino y, creer que estamos solos…Es un enorme error.

El saber nos dará soluciones para conseguir más energías, viajar más rápido y con menos riesgos, vivir mejor y más tiempo, superar barreras hoy impensables como las del límite de Planck, la barrera de la luz (para poder viajar a las estrellas) y el saber también posibilitará, algún día, que nuestras generaciones futuras puedan colonizar otros mundos en sistemas solares de estrellas lejanas, viajar a otras galaxias, viajar a otro tiempo y, finalmente, viajar para escapar del destino final del universo…  a otros universos.

Sí, lo sé, algunos de los que esto puedan leer pensarán que estoy fantaseando, pero la verdad es que no he hablado con más seriedad en mi vida, ya que, si no fuera como estoy diciendo, entonces, ¿para qué tantas calamidades, desvelos y sufrimientos? ¿qué sentido tendría nuestra presencia aquí? Creo que la Humanidad tiene que cumplir su destino, primero en las estrellas lejanas, en otros mundos dentro y fuera de nuestra galaxia, y después…, ¿quién sabe?

Claro que, a todo esto, debemos contar con eso que denominamos TIEMPO.

Nos referimos al tiempo en múltiples ocasiones y para distintas situaciones y motivos, como al referirnos a la duración de las cosas sujetas a cambios, época durante la cual ocurrieron unos hechos, edad de los objetos, estación del año, el período de vida de alguien desde que crece hasta que deja de existir, ocasión o coyuntura de hacer algo, cada uno de los actos sucesivos en que dividimos la ejecución de un trabajo, y otros mil temas que requieren la referencia temporal.

Como se puede ver, el objeto pesado o masivo colocado en el centro de la superficie elástica, se ha hundido a consecuencia del peso y ha provocado una distorsión que cambia completamente la medida original del diámetro de esa circunferencia que, al ser hundida por el peso, se agranda en función de éste. De la misma manera, nuestras mentes se agrandan a medida que van recibiendo más y más información, y, de esa manera, podremos llegar a comprender, lo que el Universo es.

En física, el tiempo es la cuarta coordenada espacial en el continuo espacio-tiempo. En gramática es la categoría que indica el momento relativo en que se realiza o sucede la acción del verbo: pretérito, lo que ha sucedido; presente, lo que sucede en ese momento y futuro, lo que aún no ha sucedido. Nos referimos al tiempo meteorológico para explicar el estado del clima (hace mal tiempo; qué tiempo más bueno hace hoy, etc). En mecánica, el tiempo puede estar referido a las fases de un motor. También están los tiempos referidos a cada una de las partes de igual duración en que se divide el compás musical. En astronomía nos referimos al tiempo de aberración en relación al recorrido de un planeta hasta llegar a un observador terrestre. El tiempo está también en la forma de cálculo horario que empleamos en nuestra vida cotidiana para controlar nuestros actos y evitar el caos (¿qué haríamos sin horario de trenes, de comercio, bancos, oficinas, etc?).

El tiempo es tan importante en nuestras vidas que está presente siempre, de mil formas diferentes, desde que nacemos (cuando comienza “nuestro tiempo”), hasta que morimos (cuando “nuestro tiempo ha terminado”). El tiempo siempre está. Es algo que, simplemente, está ahí.

San Agustín decía saber lo que era el Tiempo pero, explicarlo…n0

Sin embargo, a pesar de lo importante que es el TIEMPO, no he podido leer nunca una explicación satisfactoria sobre el mismo; una explicación que lo defina con sencillez y claridad sin restarle la importancia que tiene para todos y lo que en realidad es dentro del contexto – no ya de nuestras vidas, simples e insignificantes puntos en la inmensidad del universo – de la naturaleza cósmica de la que formamos parte.

Como nos ocurre con tantas otras cosas y conceptos, debemos saber, de una vez por todas qué es, en realidad el Tiempo. Creo que cuando sepamos comprender lo que el Tiempo es, la Humanidad habrá dado un paso tan importante en su caminar por el Mundo que, a partir de ese momento, lo podremos “ver” todo de otra manera, con otra perspectiva más amplia y que nos permitirá “ver” más lejos en la comprensión del Universo Universo mismo.

¡El Tiempo! Qué dolor de cabeza.

emilio silvera

Richard Feynman

“Siempre me ha intrigado que, cuando se trata de aplicar las leyes tal como las entendemos actualmente, una computadora necesite hacer un número infinito de operaciones lógicas para efectuar cálculos relativos a lo que sucede en cualquier zona insignificante del tiempo. ¿Cómo puede suceder todo eso en un espacio diminuto? ¿Por qué se necesita una cantidad infinita de operaciones lógicas para averiguar lo que va a pasar en un fragmento diminuto de espacio-tiempo? A menudo he formulado la hipótesis de que en última instancia la física no necesitará una expresión matemática, ya que al fin se descubrirá la maquinaria y las leyes llegagarán a ser sencillas, como un juego de ajedrez con todas sus aparentes complejidades.

El mundo que nos rodea es más complejo de lo que parece, pero al tener y comprender los significados de los conceptos físicos, nos permite redescubrir, inventar e interpretar el funcionamiento de las cosas. Precisamente por ser nuestro entorno como es, nos obliga a tener que tratar de comprenderlo. Nadie puede subsistir en un lugar que no comprende y, cuando se domina y sabemos cómo adaptarnos al medio, la vida, además de más sencilla, también será más duradera.

Claro que, el mundo que nos rodea parece ser un lugar complicado (siempre nos resultará complicado lo que no sabemos entender). Aunque hay algunas verdades sencillas que parecen eternas: El Sol que se pone y se levanta siempre por los mismos lugares, la noche y el día que nos trae cuando se esconde y cuando aparece, y, nuestras vidas, que a pesar de las modernas tecnologías, siguen estando todavía, con demasiada frecuencia, a merced de los complicados procesos naturales que producen cambios drásticos y repentinos que no podemos ni predecir.

Hemos llegado a conseguir que, a mediados del siglo XX,  los avances de nuestro saber estuvieran situados en un nivel espectacular y le hubieran dado una respuesta consistente a todas las cosas sencillas. Conceptos tales como la teoría general de la relatividad y la mecánica cuántica explicaron el funcionamiento global del universo a escalas muy grandes y muy pequeñas respectivamente, mientras que el descubrimiento de la estructura del ADN y el modo en que este se copia de una generación a otra hizo que la propia vida, así como la evolución parecieran sencillas a nivel molecular. Sin embargo, persistió la complejidad en del mundo a nivel humano -al nivel de la vida-. La cuestión más interesante de todas, la que plantea que la vida puede haber surgido a partir de la materia “inerte” ha seguido sin tener una respuesta.

¿Dónde empieza y termina la realidad?

No debemos extrañarnos que sea precisamente a escala humana donde se den las características más complejas del Universo, las que se resisten más a rendirse ante los métodos tradicionales de la investigación científica. Realmente, es posible que seamos lo más complejo que hay en el Universo (salvo posibles y similares formas de vida que, de cuya existencia no tenemos una certeza y sí una sospecha). La razón es que a escala más reducida, entidades tales como los átomos se comportan individualmente de un modo relativamente sencillo en sus interacciones mutuas, y que las cosas complicadas e interesantes surgen, cuando se unen muchos átomos de maneras complicadas e interesantes, para formar organismos tales como los seres humanos u otros seres vivos.

Nosotros, como ocurre en las Galaxias que se sirven de la explosión supernova para renovarse y producir, a partir del material que riega el espacio circundante a la explosión, nuevas estrellas y mundos, de la misma manera, a través de la explosión del Amor, también podemos reproducirnos e impedir que, la Entropía se salga con la suya.

Un átomo, o incluso una molécula tan simple como la del agua, es algo más sencillo que el ser humano, porque tiene poca estructura interna; una estrella, o el interior de un planeta, es también algo más sencillo que un ser humano porque la gravedad aplasta cualquier estructura hasta aniquilarla cuando se pierde el equilibrio de las fuerzas que intervienen en la estabilidad. Esta es la razón por la que la Ciencia puede decir más sobre el comportamiento de los átomos y el funcionamiento interno de las estrellas y los mundos que, del propio comportamiento de las personas y sobre el modo en el que se comportan.

Al menos de momento, no resulta posible saber el por qué nuestros pensamientos eligen los caminos que nos conducen a maneras de comportamiento que no siempre sabemos explicar. Sí, pocas dudas nos pueden caber ya, somos sistemas complejos (muy, muy complejos diría yo) que, habiendo brotado a la existencia a partir de los mecanismos y ritmos que imponen las fuerzas y constantes del Universo, podemos ser la muestra “perfecta” de una evolución bioquímica que se ha dado en la materia “inerte” bajo una serie de condiciones que, por otra parte, hacen imparable el surgir de la vida y de su evolución.

Se habla (muchas veces lo hemos podido escuchar)  del Orden que surge del Caos. Antes de la revolución cinetífica del siglo XVII, el mundo parecía estar regido por el caos (entendiendo la palabra al margen del mundo científico de hoy). En absoluto se sugería que hubieran leyes sencillas y ordenadas que pudieran sustentar la confusión reinante en el mundo.

Mucho antes de todo aquello, las Civilizaciones hablaban de un dios o de dioses para poder explicar lo que no entendiían. Allí donde se percibía el orden del Universo, este orden se atribuía a una respuesta que daban los objetos físicos a una necesidad de que se preservara la armonía y el orden siempre que fuera posible y, se suponía que las órbitas de los planetas y la del Sol alrededor de la Tierra, estaba en el centro de todo, que era el centro de simetría del universo, y por tanto, el lugar más deseable en el que cualquiera se podría encontrar.

Los planetas describían pequeños círculos (epiciclos) cuyo centro se desplazaba sobre un círculo mayor (deferente) alrededor de la Tierra. Ptolomeo empleó más de ochenta círculos, entre deferentes y epiciclos, para describir el movimiento de los astros alrededor de la Tierra. Esta se suponía inmóvil y situada en el centro del universo (modelo geocéntrico). La razón fundamental para admitir la inmovilidad de la Tierra era la ausencia de movimiento de las estrellas fijas, que suponían habría sido advertido por la modificación del ángulo con que estas se observaban desde la Tierra. No sabían que las estrellas estaban mucho más lejos de lo que ellos creían.

Esta visión geocéntrica del mundo se mantuvo casi dos mil años, hasta que Copérnico la modificó con su modelo heliocéntrico. El heliocentrismo tuvo ya precursores, como Heráclides (388-315 a. C.), discípulo de Platón, que sugirió la rotación de Mercurio y Venus en torno al Sol (para explicar por qué estos planetas siempre se veían cerca del Sol) y Aristarco, que sugirió que las posiciones de los astros se explicarían más fácilmente si algunos planetas giraran alrededor del Sol. Le extrañaba, además, que el Sol, que era mucho mayor que la Tierra, girara alrededor de ella. Copérnico fue más lejos y desarrollo este modelo.

El filósofo Aristarco de Samos (un adelantado a su tiempo), sugirió que era la Tierra la que giraba alrededor del Sol. Nadie le prestó atención a su predicción intuitiva y, muchos años después, llegó Copérnico a llevarse los honores.

Es justo reconocerle a Galileo el mérito de haber sido el primero en apuntar al cielo con un Telescopio y, más aún.el primero en imponer el método científico que aún hoy perdura: El experimento y la investigación. Fue una combinación del descubrimiento de las órbitas elípticas por parte de Kepler, y de las teorías de Galileo sobre la aceleración y el método científico, lo que preparó el camino para el mayor descubrimiento científico del siglo XVII, y quizá de todos los siglos: la ley de la Gravitación Universal de Isaacc Newton.

Independientemente de cuales fueran las técnicas matemáticas que utilizara Newton de manera privada en la década de 1680, en Los Principia demostró, utilizando procedimientos que sus contemporáneos conocían, que para que los planetas describieran órbitas elípticas alrededor del Sol (y, por consiguiente, para que las observaciones concordaran con la teoría), la Gravedad debía cumplir una Ley en la que apareciera la proporcionalidad inversa del cuadrado de la distancia. Concretamente, la fuerza de atracción entre dos masas situadas a una cierta distancia.

Todos los cuerpos en el espacio están unidos por los hilos invisibles de la Gravedad

Todos (seguramente) habreis oido hablar del problema de los tres cuerpos al que no se sabía dar una solución. Y, así continuó, sin tener una solución hasta finales del siglo XVIII, cuando el matemático francés Pierre Laplace (1749-1827) aparentemente puso orden en el Sistema Solar. Calculó mediante laboriosos procedimientos de correcciones sucesivas y paso a paso, las órbitas de Júpiter y Saturno, que son los planetas más grandes del Sistema Solar y ejercen la máxima influencia gravitatoria el uno sobre el otro, y cada uno de ellos sobre los planetas menores, despúes de la que ejerce el Sol.

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planetas-09

La familia de la Tierra: planetas del Sistema Solar

Júpiter y Saturno

Laplace descubrió que la órbita de Júpiter se está expandiendo de forma lenta, mientras que la de Sarturno se está reduciendo -justo el tipo de efecto que intuía Newton y al que no supo dar ninguna explicación, lo dejaba en manos de Dios- Pero Laplace vio que estas modificaciones están ligadas a un cambio rítmico en la influencia gravitatoria que ejercen ambos planetas el uno sobre el otro, y que dicho cambio se produce  porque Saturno describe dos órbitas alrededor del Sol mientras que Júpiter recorre su órbita cinco veces. Esto significa que los dos planetas gigantes se encuentran a distancia mínima uno del otro cada cincuenta y nueve años.

Utilizando las leyes de Newton y la técnica de correcciones reiteradas paso a paso, Laplace calculó que el efecto producido por todo esto era la inversión de cambios globales observados  en klas órbitas de los dos planetas cada 929 años -despúes de 929 durante los cuales la órbita de Júpiter se expande, mientras la de Saturno se contrae, hay otro intervalo de 929 años durante el cual la órbita de Júpiter se contrae, mientras que la de Saturno se expande, y así sucesivamente-. Laplace pensó que así se había restablecido el orden del Sistema Solar.

Otro día seguiremos.

La

Las estrellas, como todo en el Universo, no son inmutables y, con el paso del Tiempo, cambian para convertirse en objetos diferenters de los que, en un principio eran. Por el largo trayecto de sus vidas, transforman los materiales simples en materiales complejos sobre los que se producen procesos biológico-químicos que, en algunos casos, pueden llegar hasta la vida.

Una de las cosas que siempre me han llamado poderosamente la atención, han sido las estrellas y las transformaciones que, dentro de ellas y los procesos que en su interior se procesan, dan lugar a las transiciones de materiales sencillos hacia materiales más complejos y, finalmente, cuando al final de sus vidas expulsan las capas exteriores al espacio interestelar dejando una extensa región del espacio interestelar sembrada de diversas sustancias que, siguiendo los procesos naturales e interacciones con todo lo que en el lugar está presente, da lugar a procesos químicos que transforman esas sustancias primeras en otras más complejas, sustancias orgánicas simples como, hidrocarburos y derivados que, finalmente, llegan a ser los materiales necesarios para que, mediante la química-biológica del espacio, den lugar a moléculas y sustancias que son las propicias para hacer posible el surgir de la vida.

La Química de los Carbohidratos es una parte de la Química Orgánica que ha tenido cierta entidad propia desde los comienzos del siglo XX, probablemente debido a la importancia química, biológica (inicialmente como sustancias de reserva energética) e industrial (industrias alimentaria y del papel) de estas sustancias. Ya muy avanzada la segunda mitad del siglo XX han ocurrido dos hechos que han potenciado a la Química de Carbohidratos como una de las áreas con más desarrollo dentro de la Química Orgánica actual.

Todos los animales, plantas y microbios están compuestos fundamentalmente, por las denominadas sustancias orgánicas. Sin ellas, la vida no tiene explicación (al menos que sepamos). De esta manera, en el primer período del origen de la vida tuvieron que formarse dichas sustancias, o sea, surgimiento de la materia prima que más tarde serviría para la formación de los seres vivos.

La característica principal que diferencia a las sustancias orgánicas de las inorgánicas, es que en el contenido de las primeras se encuentra como elemento fundamental el Carbono.

En las sustancias orgánicas, el carbono se combina con otros elementos: hidrógeno y oxígeno (ambos elementos juntos forman agua), nitrógeno (este se encuentra en grandes cantidades en el aire, azufre, fósforo, etc. Las distintas sustancias orgánicas no son más que las diferentes combinaciones de los elementos mencionados, pero en todas ellas, como elemento básico, siempre está el Carbono.

En el primer nivel (abajo) están los productores, o sea las plantas como maíz, frijol, papaya, cupesí, mora, yuca, árboles, hierbas, lianas, etc., que producen hojas, frutas, raíces, semillas, que comen varios animales y la gente.

En el segundo nivel están los primeros consumidores, que comen hierbas, hojas (herbívoros) y frutas (frugívoros). Estos primeros consumidores incluyen a insectos como hormigas, aves como loros y mamíferos como ratones, urina, chanchos, chivas, vacas.

En el tercer nivel están los segundos consumidores (carnívoros), es decir los que se comen a los animales del segundo nivel: por ejemplo el oso bandera come hormigas, el jausi come insectos y la culebra come ratones.

Nosotros, los humanos, somos omnívoros, es decir comemos de todo: plantas y animales. Algunos de los carnívoros comen, a veces, plantas también, como los perros. Otros, como el chancho, comen muchas plantas y a veces también carne.

Las sustancias orgánicas más sencillas y elementales son los llamados hidrocarburos o composiciones donde se combinan el Oxígeno y el Hidrógeno. El petróleo natural y otros derivados suyos, como la gasolina, el keroseno, etc., son mezcolanzas de varios hidrocarburos. Con todas estas sustancias como base, los químicos obtienen sin problemas, por síntesis, gran cantidad de combinados orgánicos, en ocasiones muy complejos y otras veces iguales a los que tomamos directamente los seres vivos, como azúcares, grasas, aceites esenciales y otros. Debemos preguntarnos como llegaron a formarse en nuestro planeta las sustancias orgánicas.

Está claro que, para los iniciados en estos temas, la cosa puede parecer de una complejidad inalcanzable, nada menos que llegar a comprender ¡el origen primario de las sustancias orgánicas!

Es nuestro planeta y el único habitado. Está en la ecosfera, un espacio que rodea al Sol y que tiene las condiciones necesarias para que exista vida. Claro que, ¡son tantos los mundos! Cómo vamos a ser nosotros nos únicos que poblemos el Universo? ¡Que despercidicio de espacio!

La observación directa de la Naturaleza que nos rodea nos puede facilitar las respuestas que necesitamos. En realidad, si ahora comprobamos todas las sustancias orgánicas propias de nuestro mundo en relación a los seres vivos podemos ver que, todas, son producidas hoy día en la Tierra por efecto de la función activa y vital de los organismos.

Las plantas verdes absorben el carbono inorgánico del aire, en calidad de anhídrido carbónico, y con la energía de la luz crean, a partir de éste, sustancias orgánicas necesarias para ellas. Los animales, los hongos, también las bacterias y el resto de organismos, menos los de color verde, se alimentan de animales o vegetales vivos o descomponiendo estos mismos, una vez muertos, pueden proveerse de las sustancias orgánicas que necesitan. Con esto, podemos ver como todo el mundo actual de los seres vivos depende de los dos hechos análogos de fotosíntesis y quimiosíntesis, aplicados en las líneas anteriores.

Incluso las sustancias orgánicas que se encuentran bajo tierra como la turba, la hulla o el petróleo, han surgido, básicamente, por efecto de la acción de diferentes organismos que en un tiempo remoto se encontraban en el planeta Tierra y que con el transcurrir de los siglos quedaron ocultos bajo la maciza corteza terrestre.

Todo esto fue causa de que muchos científicos de finales del siglo XIX y principios del XX, afirmaran que era imposible que las sustancias orgánicas produjeran en la Tierra, de forma natural, solamente mediante un proceso biogenético, o sea, con la única intervención de los organismos. Esta opinión predominante entre los científicos de hace algunas décadas, constituyó un obstáculo considerable para hallar una respuesta a la cuestión del origen de la vida.

Para tratar esta cuestión era indispensable saber cómo llegaron a constituirse las sustancias orgánicas; pero ocurría que éstas sólo podían ser sintetizadas por organismos vivos. Sin embargo, únicamente podemos llegar a esta síntesis si nuestras observaciones no van más allá de los límites del planeta Tierra. Si traspasamos esa frontera nos encontraremos con que en diferentes cuerpos celestes de nuestra Galaxia se están creando sustancias orgánicas de manera abiogenética, es decir, en un ambiente que excluye  cualquier posibilidad de que existan seres orgánicos en aquel lugar.

Estrella de carbono (estrella gigante roja)

Con un espectroscopio podemos estudiar la fórmula química de las atmósferas estelares, y en ocasiones casi con la misma exactitud que si tuviéramos alguna muestra de éstas en el Laboratorio. El Carbono, por ejemplo, se manifiesta ya en las atmósferas de las estrellas tipo O, que son las que están a mayor temperatura, y su increíble brillo es lo que las diferencia de los demás astros (Ya os hablé aquí de R. Lepori, la estrella carmesí, o, también conocida como la Gota de Sangre, una estrella de Carbono de increíble belleza).

En la superficie de las estrellas de Carbono existe una temperatura que oscila los 20.000 y los 28.000 grados. Es comprensible, entonces, que en esa situación no pueda prevalecer aún alguna combinación química. La materia está aquí en forma relativamente simple, como átomos libres disgregados, sueltos como partículas minúsculas que conforman la atmósfera incandescente de estos cuerpos estelares.

La atmósfera de las estrellas tipo B, característica por su luz brillante blanco-azulada y cuya corteza tiene una temperatura que va de 15.000 a 20.000 grados, también tienen vapores incandescentes de carbono. Pero aquí este elemento tampoco puede formar cuerpos químicos compuestos, únicamente existe en forma atómica, o sea, en forma de pequeñísimas partículas sueltas de materia que se mueven a una velocidad de vértigo.

Sólo la visión espectral de las estrellas Blancas tipo A, en cuya superficie hay una temperatura de unos 12.000º, muestras unas franjas tenues, que indican, por primera vez, la presencia de hidrocarburos –las más primitiva combinaciones químicas de la atmósfera de estas estrellas. Aquí, sin que existan antecedentes, los átomos de dos elementos (el carbono y el hidrógeno) se combinan resultando un cuerpo más perfecto y complejo, una molécula química.

Observando las estrellas más frías, las franjas características de los hidrocarburos son más limpias cuando más baja es la temperatura  y adquieren su máxima claridad en las estrellas rojas, en cuya superficie la temperatura nunca es superior a los 4.000º.

Es curioso el resultado obtenido de la medición de Carbono en algunos cuerpos estelares por su temperatura:

Proción: 8.000º
Betelgeuse: 2.600º
Sirio: 11.000º
Rigel: 20.000º

Como es lógico pensar, las distintas estrellas se encuentran en diferentes períodos de desarrollo. El Carbono se encuentra presente en todas ellas, pero en distintos estados del mismo.

Las estrellas más jóvenes, de un color blanco-azulado son a la vez las más calientes. Éstas poseen una temperatura muy elevada, pues sólo en la superficie se alcanzan los 20.000 grados.

Así todos los elementos que las componen, incluido el Carbono,  están en forma de átomos, de diminutas partículas sueltas.

Existen estrellas de color amarillo y la temperatura en su superficie oscila entre los 6.000 y los 8.000º. En estas también encontramos Carbono en diferentes combinaciones.

El Sol, pertenece al grupo de las estrellas amarillas y en la superficie la temperatura es de 6.000º. El Carbono en la atmósfera incandescente del Sol, lo encontramos en forma de átomo, y además desarrollando diferentes combinaciones: Átomos de Carbono, Hidrógeno y Nitrógeno, Metino, Cianógeno, Dicaerbono, es decir:

a)    Átomos sueltos de Carbono, Hidrógeno y Nitrógeno.
b)    Miscibilidad combinada de carbono e hidrógeno (metano)
c)    Miscibilidad combinada de carbono y nitrógeno (cianógeno); y
d)    Dos átomos de Carbono en combinación (dicarbono).

En las atmósferas de las estrellas más calientes, el carbono únicamente se manifiesta mediante átomos libres y sueltos. Sin embargo, en el Sol, como sabemos, en parte, se presenta ya, formando combinaciones químicas en forma de moléculas de hidrocarburo de cianógeno y de dicarbono.

Para hallar las respuestas que estamos buscando en el conocimiento de las sustancias y materiales presentes en los astros y planetas, ya se está realizando un estudio en profundidad de la atmósfera de los grandes planetas del Sistema solar. Y, de momento, dichos estudios han descubierto, por ejemplo, que la atmósfera de Júpiter está formada mayoritariamente por amoníaco y metano. Lo cual hace pensar en la existencia de otros hidrocarburos. Sin embargo, la masa que forma la base de esos hidrocarburos, en Júpiter permanece en estado líquido o sólido a causa de la abaja temperatura que hay en la superficie del planeta (135 grados bajo cero). En la atmósfera del resto de grandes planetas se manifiestan estas mismas combinaciones.

Ha sido especialmente importante el estudio de los meteoritos, esas “piedras celestes” que caen sobre la Tierra de vez en cuando, y que provienen del espacio interplanetario. Estos han representado para los estudiosos los únicos cuerpos extraterrestres que han podido someter a profundos análisis químico y mineralúrgico, de forma directa. Sin olvidar, en algunos casos, los posibles fósiles.

Estos meteoritos están compuestos del mismo material que encontramos en la parte más profunda de la corteza del planeta Tierra y en su núcleo central, tanto por el carácter de los elementos que los componen como por la base de su estructura. Es fácil entender la importancia capital que tiene el estudio de los materiales de estas piedras celestes para resolver la cuestión del origen de las primitivas composiciones durante el período de formación de nuestro planeta que, al fin y al cabo, es la misma que estará presente en la conformación de otros planetas rocosos similares al nuestro, ya que, no lo olvidemos, en todo el universo rigen las mismas leyes y, la mecánica de los mundos y de las estrellas se repiten una y otra vez aquí y allí, a miles de millones de años-luz de nosotros.

Así que, se forman hidrocarburos al contactar los carburos con el agua. Las moléculas de agua contienen oxígeno que, combinado con el metal, forman los hidróxidos metálicos, mientras que el hidrógeno del agua mezclado con el carbono forman los hidrocarburos.
Los hidrocarburos originados en la atmósfera terrestre se mezclaron con las partículas de agua y amoníaco que en ella existían, creando sustancias más complejas. Así, llegaron a hacerse presentes la formación de cuerpos químicos. Moléculas compuestas por partículas de oxígeno, hidrógeno y carbono.

Todo esto desembocó en el saber sobre los Elementos que hoy podemos conocer y, a partir de Mendeléiev (un eminente químico ruso) y otros muchos…se hizo posible que el estudio llegara muy lejos y, al día de hoy, podríamos decir que se conocen todos los elementos naturales y algunos artificiales que, nos llevan a tener unos valiosos datos de la materia que en el universo está presente y, en parte, de cómo funciona cuando, esas sustancias o átomos, llegan a ligarse los unos con los otros para formar, materiales más complejos que, aparte de los naturales, están los artificiales o transuránicos.

Aquí en la Tierra, las reacciones de hidrocarburos y sus derivados oxigenados más simples con el amoníaco generaron otros cuerpos con distintas combinaciones de átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno (CHON) en su moléculas llamadas paras la vida una vez que, más tarde, por distintos fenómenos de diversos tipos, llegaron las primeras sustancias proteínicas y grasas que, dieron lugar a los aminoácidos, las Proteínas y el ADN y RDN que, finalmente desembocó en eso que llamamos vida y que, evolucionado, ha resultado ser tan complejo y, a veces, en ciertas circunstancias,  peligroso: ¡Nosotros!

emilio silvera

¿Qué provoca los colores de la Nebulosa del Capullo? Estrellas nuevas, estrellas viejas, la radiación ultravioleta, el desarrollo de la química-biológica de la vida que está presente mediante las transiciones de fase de la marteria inerte camino de la vida. Leamos la historia siguiente:

Me referiré ahora aquí a un físico extraño. Se sentía igualmente cómodo como matemático, como físico experimental, como destilador de datos astronómicos complicados o como diseñador de sofisticados instrumentos de medida. Tenía los intereses científicos más amplios y diversos que imaginarse pueda. Él decía que al final del camino todos los conocimientos convergen en un solo punto, el saber.

Así de curioso, ya podéis imaginar que fue uno de los que de inmediato se puso manos a la obra para comprobar la idea de la constante gravitatoria variable de Dirac que podía ser sometida a una gran cantidad de pruebas observacionales, utilizando los datos de la geología, la paleontología, la astronomía, la física de laboratorio y cualquier otro que pudiera dar una pista sobre ello. No estaba motivado por el deseo de explicar los grandes números.

Hacia mediados de la década de los 60 hubo una motivación adicional para desarrollar una extensión de la teoría de la gravedad de Einstein que incluye una G variable. En efecto, durante un tiempo pareció que las predicciones de Einstein no coincidían en lo referente o sobre el cambio de órbita de Mercurio que era distinta a las observaciones cuando se tenía en cuentra la forma ligeramente achatada del Sol.

Robert Dicke, que este era el nombre del extraño personaje, y su estudiante de investigación Carl Brans, en 1.961, demostraron que si se permitía una variación de G con el tiempo, entonces podía elegirse un ritmo de cambio para tener un valor que coincidiera con las observaciones de la órbita de Mercurio. Lamentablemente, se descubrió que todo esto era una pérdida de tiempo. El desacuerdo con la teoría de Einstein a inexactitudes de nuestros intentos de medir el diámetro del Sol que hacían que este pareciera tener una forma de órbita diferente a la real. Con su turbulenta superficie, en aquel tiempo, no era fácil medir el tamaño del Sol. Así que, una vez resuelto este
problema en 1.977, desapareció la necesidad de una G variable para conciliar la observación con la teoría.

De todas las maneras, lo anterior no quita importancia al trabajo realizado por Dicke que preparó una revisión importante de las evidencias geofísicas, paleontológicas y astronómicas a favor de posibles variaciones de las constantes físicas tradicionales. Hizo la interesante observación de explicar los “grandes números” de Eddington y Dirac bajo el apunte de que allí tenía que subyacer algún aspecto biológico que de momento no éramos capaces de ver.

“El problema del gran tamaño de estos números es ahora fácil de explicar… Hay un único número adimensional grande que tiene su origen estático. Este es el número de partículas del universo. La edad del universo “ahora” no es aleatoria sino que está condicionada por factores biológicos… porque algún cambio en los valores de grandes números impedirían la existencia del hombre para considerar el problema”.

Cuatro años más tarde desarrolló esta importante intuición con más detalle, con especial referencia a las coincidencias de los grandes números de Dirac, en una breve carta que se publicó en la revista Nature. Dicke argumentaba que formas de vidas bioquímicas como nosotros mismos deben su propia base química a elementos tales como el carbono, nitrógeno, el oxígeno y el fósforo que son sintetizados tras miles de millones de años de evolución estelar en la secuencia principal. (El argumento se aplica con la misma fuerza a cualquier forma de vida basada en cualesquiera elementos atómicos más pesados que el helio). Cuando las estrellas mueren, las explosiones que constituyen las supernovas dispersan estos elementos biológicos “pesados” por todo el espacio, de donde son incorporados en granos, planetesimales, planetas, moléculas “inteligentes” auto replicantes como ADN y, finalmente, en nosotros mismos que, en realidad, estamos hechos de polvo de estrellas.

Esta escala temporal está controlada por el hecho de que las constantes fundamentales de la naturaleza sean t(estrellas) ≈ (Gmp 2 / hc)-1 h/mpc2 ≈ 1040 ×10-23 segundos ≈ ≈ 10.000 millones de años. No esperaríamos estar observando el universo en tiempos significativamente mayores que t(estrellas), puesto que todas las estrellas estables se habrían expandido, enfriado y muerto. Tampoco seríamos capaces de ver el universo en tiempos mucho menores que t(estrellas) porque no podríamos existir; no había estrellas ni elementos pesados como el carbono. Parece que estamos amarrados por los hechos de la vida biológica para mirar el universo y desarrollar teorías cosmológicas una vez que haya transcurrido un tiempo t(estrellas) desde el Big Bang.

Así pues, el valor que del gran número nos dio Dirac N(t) no es en absoluto aleatorio. Debe tener un valor próximo al que toma N(t) cuando t esta cercano el valor t(estrella). Todo lo que la coincidencia de Dirac dice es que vivimos en un tiempo de la Historia Cósmica posterior a la formación de las estrellas y anterior a su muerte. Esto no es sorprendente. Dicke nos está diciendo que no podríamos dejar de observar la coincidencia de Dirac: es un requisito para que exista vida como la nuestra De esta forma Dicke nos vino a decir que:

“Para que el universo del Big Bang contenga las ladrillos básicos necesarios para la evolución posterior de la complejidad biológica-química debe tener una edad al menos tan larga, como el tiempo que se necesita para las reacciones nucleares en las estrellas produzcan esos elaborados elementos.”

Esto significa que el universo observable debe tener al menos diez mil millones de años y por ello, puesto que se está expandiendo, debe tener un tamaño de al menos diez mil millones de años luz. No podríamos existir en un universo que fuera significativamente más pequeño.

Es curioso comprobar como todo, sin excepción, tiene “su tiempo” marcado por la Naturaleza: Un embarazo es de 9 meses, el movimiento de rotación de la Tierra dura 24 horas y el de traslación 1 año, primero Newton pensó en la Gravedad en su forma más coloquial y, más tarde Einstein pudo formular su teoría que perfeccionaba aquella, y, también, precisamente porque todo tiene su tiempo, no podemos aún, formular una teoría cuántica de la Gravedad.

Sabemos que dar a un niño juguetes que no saben manejar puede llegar a ser peligroso y, nosotros, los humanos, somos como niños cuando queremos manejar fuerzas y energías que no llegamos a comprender…completamente. Es mejor que todo llegue por su “tiempo marcado” para evitar desagradables sucesos.

emilio silvera

Como la tendencia actual es la de fabricar ingenios cada vez más pequeños y sofisticados objetos con enorme capacidad de guardar información para utilizarla cuando se le exija en el futuro. Esa tecnología se denomina y es conocida como “nanotecnología” y en unos años podrá solucionarnos problemas ahora inimaginables. La tendencia, como decimos, es hacer máquinas y objetos más pequeños pero con más memoria y prestaciones, de forma tal que, consumiendo menos energía, ofrecen un mayor rendimiento a menos coste y con menos residuos. Si llevamos esto a la conclusión lógica, hay que esperar también que las formas de vida avanzadas sean pequeñas, tan pequeñas como lo permitan las leyes de la física.

Así podríamos explicar también (Tiplez y Barrow lo expusieron bien) por qué no encontramos formas de vida extraterrestre en el universo. Si está verdaderamente avanzada, incluso para nuestros niveles, lo más probable es que sea muy pequeña, reducida a escala molecular. Entonces se junta todo tipo de ventajas. Hay mucho sitio allí: pueden mantenerse poblaciones enormes. Se puede sacar partido de la potente computación cuántica (busquen información sobre el físico teórico español Juan Ignacio Cirac, Jefe de un equipo en el Departamento de teoría en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, en las afueras de Munich). Se requiere poca materia prima y el viaje espacial resulta más fácil.

Con nuestro tamaño y las naves que utilizamos para viajar al espacio exterior, tenemos el problema de la enorme cantidad de combustible necesario para lograr que la nave, venciendo la gravedad de la Tierra, logre escapar de la gravedad terrestre. La fuerza o velocidad de escape necesaria es de 11 km/s que, lógicamente, no sólo requiere una enorme cantidad de oxígeno liquido o cualquier otro material para que los motores se nutran y puedan realizar el trabajo de enorme potencia, sino que tales depósitos de combustible pueden tener una pequeña fisura que haga explotar toda la nave con sus tripulantes (ya ha pasado).

Si verdaderamente existen civilizaciones adelantadas más pequeñas evitarían este y otros problemas, entre los que estaría la imposibilidad de detectarlas por otras civilizaciones de bípedos patosos que viven en planetas brillantes y ricos en materias primas y que emiten constantes ruidos de ondas de radio al espacio exterior interplanetario como llamando a estos pequeños y diminutos seres que aquí pueden encontrar, sin peligro a ser descubiertos, las fuentes que necesiten para instalar colonias que viven y observar sin ser molestadas ni observadas.

Claro que el universo observable es muy grande, 13.700 millones de años de radio a la velocidad de la luz, es mucho espacio recorrido por la expansión y de continuar así, acelerándose, el procesamiento de información tenderá a desaparecer con el tiempo. Varios grupos de observadores de investigación han reunido importantes pruebas que demuestran sin lugar a dudas que, la expansión del universo empezó a acelerarse hace sólo algunos miles de millones de años. Lo más probable es que siga expandiéndose para siempre, pero que decelere continuamente a medida que se expande. La vida sigue enfrentándose a una batalla cuesta arriba por sobrevivir indefinidamente. Necesita encontrar diferencias de temperatura, o de densidad, o de expansión del universo de las que pueda extraer energía útil haciéndolos uniformes. Si se basa en recursos minerales de energía  que  existe  localmente –estrellas muertas, agujeros negros que se evaporan, partículas elementales que se desintegran–, entonces, con el tiempo, se encara al problema al que se enfrentan inevitablemente las mismas de hoy como las minas de carbón muy explotadas en la que el coste de la extracción es superior al beneficio obtenido. Será una necesidad economizar en el uso energético y el encontrar fuentes más limpias y que sean, a ser posible, inagotables y, desde luego, la que se podría extraer de un agujero negro (teniendo tecnología adecuada) sería prácticamente imperecedera. (Roger Penrose expuso su idea sobre poder aprovechar la energía inagotable de los discos de acreción de los Agujeros negros.)

Finalmente, aunque no parece lo más probable, si el universo se hunde en un Big Crunch futuro en el tiempo finito, entonces no hay esperanzas a primera vista. Con el tiempo, el universo en proceso de hundimiento se contraerá lo suficiente para que se fundan galaxias y estrellas hoy separadas por millones de años luz. De hecho, actualmente, nuestra vecina la galaxia Andrómeda se está acercando hacia nosotros, que estamos en la Vía Láctea, y ambas galaxias terminarán fundiéndose en una gran galaxia (claro que, esto es una consecuencia de que, al estar ambas galaxias en el Grupo Local, la fuerza de Gravedad que generan actúan para que, con el tiempo, se unan de manera irremisible). Las temperaturas crecerán tanto que moléculas y átomos se disgregarán. Una vez más, como en el futuro lejano, la vida tiene que existir en alguna forma incorpórea abstracta, quizá entretejida en la fábrica del espacio y el tiempo. Resulta sorprendente que esta supervivencia indefinida no está descartada mientras el tiempo se defina de forma adecuada. Si el tiempo verdadero al que marcha el universo es un tiempo creado por la propia expansión, entonces es posible que un número ínfimo de “tics” de este reloj ocurra en la cantidad finita de tiempo que parece estar disponible en nuestros relojes antes de que alcance el Big Crunch.

Hay un último truco que podrían tener guardado en su manga esos supervivientes súper avanzados en universos que parecen condenados a expandirse para siempre. En 1.949, el lógico Kart Gödel, amigo y colega de Einstein en Princeton, le dio una sorpresa al demostrar que el viaje en el tiempo estaba permitido por la teoría de la gravedad de Einstein. Incluso encontró una solución a las ecuaciones de Einstein para un universo en el que esto ocurría. Hay teorías y propuestas más modernas en las que, una civilización avanzada en el futuro, podrá viajar en el tiempo a través de un agujero de gusano; para ello tendrá que conseguir material-energía exótica que impedirá el cierre de la boca de entrada del agujero.

Por desgracia, el universo de Gödel no se parece en nada al universo en que vivimos. Gira muy rápidamente y está en desacuerdo con casi todas las observaciones astronómicas que se mencionan. Sin embargo, los estudios de Kip  S. Thorne y su equipo, son más certeros y nada descabellados, sus ecuaciones sobre la posibilidad de viajar en el tiempo (al menos en teoría) son positivas y se ajustan en todo al universo en que vivimos y, en lo que al material o la energía exótica requerida, parece que la fuente puede tener su origen en el conocido “Efecto Casimir”

Es tanta nuestra ignorancia que el único camino a veces, para poder seguir tratando algún tema, es el de la especulación, ya que, nuestra imaginación siempre llega más allá de la realidad y, desde luego (menos mal) no se conforma con lo que hemos alcanzado hasta el momento, siempre estará latente la curiosidad que nos empuja a ir más allá al querer contestar las preguntas que incansables nos formulamos.

emilio silvera

Escribo para informar que, debido a la gran afluencia de lectores en este último mes y al mayor contenido gráfico de las últimas entradas, hemos sobrepasado el tráfico contratado para la web. La consecuencia es que, con una alta probabilidad, la web quede cerrada hasta el comienzo del nuevo mes.

Si realmente se confirman mis sospechas, siento los inconvenientes que puedan causarles. Trataremos que solucionarlo.

Un saludo

La gran diferencia entre el modo en que hemos observado la vida hasta ahora y el modo en que lo vamos a hacer de ahora en adelante, es que anteriormente lo hemos mirado desde adentro hacia afuera, mientras que ahora vamos a mirarla  desde fuera hacia el interior. Podemos estudiar el modo en que ciertas moléculas, como los aminoácidos y el ADN, ejercen interacciones mutuas en el interior de las células, y cómo las células trabajan conjuntamente para formar un cuerpo, con lo que aprendemos mucho sobre la manera de actuar de la vida. O también podemos observar a un ser humano (o a un perro, o a una medusa) mientras hace su vida cotidiana, y obtener así una perspectiva diferente de lo que es la vida.

El cambio de perspectiva, que nos proporciona nuevos puntos de vista sobre la naturaleza global de la vida en la Tierra, llegó como resultado de dos cosas: una imagen espectacular y el trabajo de un hombre, dos aspectos que están relacionados con la exploración del espacio. La imagen en cuestión fue una fotografía tomada por los astronautas del Apolo, donde se podía ver la Tierra como nuestro hogar en el espacio, un único oasis de vida azul y blanco rodeado por un desierto negro. El hombre fue Jim Lovelock, al que se le ocurrió la idea de que los componentes vivos y no vivos del entorno terrestre ejercen interacciones mutuas en una red que mantiene condiciones estables y adecuadas para la vida en nuestro planeta. Su teoría estaba basada directamente en los principios de la termodinámica y en las diferencias entre los sistemas que están en equilibrio y los que no lo están, cuestión esta última que ya hemos descrito, relativo a la aplicación de la termodinámica de los estados no equilibrados a situaciones en las que participan sistemas que se encuentran al borde del caos.

Así vieron los astronáutas del Apolo la Tierra

La idea clave que le hizo llegar a definir el concepto de Gaia surgió, según recuerda Lovelock, en septiembre de 1965. Por aquel entonces, estaba ya instalado de nuevo en Inglaterra, pero seguía visitando regularmente el JPL como asesor. Durante una de aquellas visitas, en 1964, asistió a una reunión en la que el equipo discutía el tipo de experimentos que habría que incluir en la sonda amartizadora con el fin de buscar vestigios de vida en Marte. Le chocó el hecho de que todas las ideas que allí se discutían estuvieran basadas en el supuesto de encontrar la típica forma de <<vida tal como la conocemos>> -como dijo Lovelock, los experimentos habrían sido útiles para hallar vida en el desierto de Mohave, situado justo al este de las instalaciones del JPL, cerca de Los Angeles, pero parecía que nadie consideraba la posibilidad de que la vida en Marte pudiera ser completamente diferente de la que existe en la Tierra en condiciones extremas-. Lovelock sugirió que lo que se necesitaba era un experimento  mediante el cual se pudiera buscar los atributos generales de la vida, no tipos específicos de vida, y, cuando le pidieron que explicara con qué clase de experimento podía hacerse aquello, replicó que lo que se necesitaba era un experimento que buscase la disminución de la entropía. Tal como Lovelock lo entendía, y como ya hemos visto anteriormente en este libro, algo característico de los seres vivos es que aportan orden local a los sistemas, haciendo que la entropía <<retroceda>> mientras ellos tengan una fuente externa de energía para alimentarse. Siguiendo la mejor tradición del <<puedes hacerlo>>, típico de aquellos primeros tiempos de la exploración espacial, le dieron a Lovelock un par de días para que encontrara una idea factible con la que llevar a cabo un experimento para la medición de la disminución de la entropía; <<expónlo o cállate>>  fue en realidad lo que aquellos científicos le dijeron. Una vez que su mente se concentró en el problema, éste resultó sorprendentemente fácil de resolver. El mejor modo de buscar procesos de disminución de la entropía que estuvieran funcionando en Marte sería medir la composición química de su atmósfera. Si no hubiera vida en Marte, los gases de su atmósfera se encontrarían en un estado de equilibrio termodinámico y químico dominado por componentes estables tales como el dióxido de carbono. Si hubiera vida, entonces los productos de desecho de los procesos  vitales se verterían a la atmósfera marciana, aportando a ésta gases reactivos tales como el metano y el oxígeno, que disminuirían la entropía de la atmósfera.

Metano: ¿Evidencia de vida en Marte?

Había otras posibilidades, algunas de las cuales explicó Lovelock posteriormente en un trabajo publicado en la revista Nature, incluida la posibilidad de detectar y analizar los sonidos de la atmósfera de Marte. Como ya hemos visto, los sonidos emitidos por seres vivos contienen información (entropía negativa) y se caracterizan como ruido 1/f, que es bastante diferente del ruido blanco de las fluctuaciones aleatorias. Ya fuera el equivalente marciano del canto de un pájaro, o del chirrido de los grillos, o de la música de Mozart, un sencillo análisis de las pautas sonoras podría revelar la presencia de vida. Estas y otras ideas dejaron impresionados a los planificadores del JPL (aunque muchos de los biólogos no se impresionaron lo más mínimo). Los planificadores de la NASA se quedaron igualmente impresionados y, ante el asombro de Lovelock, le nombraron director científico en funciones, por lo que pasó a ser el encargado de desarrollar aquellos experimentos físicos de detección de vida para una misión en Marte que ya estaba propuesta.

La hipótesis Gaia, formulada por el químico atmosférico de la NASA James Lovelock y más tarde refrendada por la microbióloga Lynn Margulis (que ya nos ha dejado), ha supuesto el planteamiento de una visión diferente de la evolución y de las interconexiones de la vida en la Tierra.

Era demasiado bueno para ser verdad. En septiembre de 1965 los fondos para dicha misión no obtuvieron la aprobación del Congreso de Estados Unidos, y el proyecto Viking, que era menos ambicioso, tras haber dejado instrumentos sobre la superficie de Marte en 1975, terminó con el conjunto estándar de experimentos biológicos, algunos de ellos basados en los diseños de Lovelock- los biólogos deseaban utilizar su pericia técnica, aunque desconfiaran de sus puntos de vista relativos a la biología-. Cuando le preguntaron cómo se sentía después de ver que se dedicaban tantos esfuerzos a un proyecto cuyo resultado era una conclusión prevista de antemano, respondió que se sentía como si estuviera <<diseñando un robot para buscar señales de vida en el desierto del Sahara y lo hubiera equipado con caña de pescar>>. Sabemos que los peces existen y constituyen ejemplos de sistemas vivos, por lo que encontrar un pez en el Sahara sería la prueba de que hay vida en el desierto. Sin embargo, los resultados negativos de los experimentos biológicos realizados mediante las sondas Viking revelaron realmente poco o nada sobre la presencia de vida en Marte, salvo que no es el tipo de vida que puede encontrarse en el desierto de Mohave, del mismo modo que el fracaso de una expedición de pesca al Sahara lo único que demuestra es que no hay peces en el desierto, no que no haya vida. Hasta ahora, la mejor prueba de que no hay vida en Marte no la han aportado las sondas espaciales, sino unos estudios espectroscópicos de la composición de la atmósfera marciana-se da la coincidencia de que dichos estudios espectroscópicos se dieron a conocer por primera vez en septiembre de 1965, justo diez años de que las sondas Viking llevaran a la superficie de Marte sus <<cañas de pescar>> maravillosamente diseñadas pero inútiles.

Several years earlier, an obscure, visiting JPL medical technology specialist, James Lovelock – who would later gain world wide recognition as author of the then highly controversial “Gaia Hypothesis” – wrote a letter to Nature, the preeminent British science journal. In it Lovelock recommended–

Aquel mismo mes, Lovelock se encontraba en el JPL cuando llegaron noticias de que unos astrónomos del Observatorio del Pic du Midi, en Francia, habían obtenido una información espectroscópica detallada sobre la atmósfera de Marte a partir del análisis de la luz emitida por el planeta en la parte del espectro correspondiente a los rayos infrarrojos.

Fue la llegada de aquellas noticias procedentes de Francia lo que hizo que Lovelock se pusiera a reflexionar sobre el contraste existente entre la atmósfera de Marte, copada por el dióxido de Carbono, y la atmósfera terrestre, en la que predominaba en nitrógeno, pero había alrededor del 21 por ciento de Oxígeno, uno de los gases más reactivos. Lovelock sabía que el Nitrógeno de la atmósfera participa constantemente en reacciones con el Oxígeno (una especie de combustión lenta), para formar en última instancia ácido nítrico, que se disuelve en el mar produciendo nitratos estables, que luego las bacterias descomponen (utilizando la energía de la luz solar) para devolver Nitrógeno al aire. “De repente, como una ráfaga de inspiración”, le llegó a Lovelock la idea de que para que la atmósfera de la Tierra permaneciera en un estado aparentemente estable durante cientos de millones de años, “algo debía estar regulando la atmósfera y manteniéndola con una composición constante. Además, si la mayoría de los gases procedían de organismos vivos, debía ser la vida existente en la superficie la que se encargaba de hacer esa regulación”. Sin pararse a reflexionar más sobre ello, planteó de buenas a primeras este punto de vista ante sus compañeros de aquel entonces, un colega de la NASA llamado Dian Hitcchcock, y otro visitante del JPL, el astrónomo Carl Sagan. Esta fue la semilla de la que creció la idea de Gaia, es decir, de la Tierra como un sistema autorregulador (el nombre lo sugirió, dicho sea de paso, el escritor William Golding).

La historia resulta ser algo más larga pero, sólo he querido dejar aquí lo esencial de ella y, el origen de la idea de Gaia que no todos concían.

emilio silvera

Ciencia

Tenemos que cambiar la desigualdad de Heisenberg

By Octavio Ortega ⋅ enero 25, 2012 ⋅ Print This Post ⋅ Post a comment

Filed Under desigualdad de Heisenberg, física cuántica, Heisenberg, mecánica cuántica, Ozawa, relación de incertidumbre, spin

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En general se acepta que con ocasión del Congreso Solvay de 1927 se estableció una interpretación coherente de las ecuaciones y los principios de la mecánica cuántica. Sin embargo, un cuidadoso estudio de las comunicaciones de este congreso muestra que hubo muchos desacuerdos y diferencias entre los físicos de la época sobre el contenido físico de la teoría cuántica.

Disponemos en este momento de la interpretación probabilística de la función de onda de un sistema físico, dada por Max Born, y las famosas desigualdades de Heisenberg. Pero en retrospectiva, ahora parece que incluso para el joven Werner Heisenberg, el significado de estas desigualdades no era bien entendido. En términos más generales, se puede incluso decir que la vaguedad que aún prevalecía en la mente de la época persiste en muchas presentaciones elementales de la física cuántica que se hacen a los estudiantes universitarios de primer año. Esto se traduce en general por generar contrasentidos de dificultad suplementaria al aprendizaje de la física cuántica.

Las desigualdades de Heisenberg son un buen ejemplo. A menudo el estudiante que comienza a estudiar Física, engañado por el nombre de “relaciones de incertidumbre” que a veces se utiliza para referirse a estas desigualdades, piensa que existe de hecho una posición y una velocidad de una partícula cuántica, pero las leyes de la física nos permiten conocer, con una precisión infinita, estas dos variables al mismo tiempo.

Pero no se trata de…

Estas desigualdades reflejan dos cosas.

Un sustrato físico fuera del espacio y el tiempo

La primera es que si todavía piensas en los fenómenos cuánticos con imágenes de las partículas y las ondas clásicas de espacio y tiempo (algo a lo que estamos obligados a utilizar instrumentos de medida macroscópicos que obedezcan a las leyes de la física clásica), entonces hay límites más allá de que estas imágenes ya no son pertinentes para la descripción de un objeto cuántico. En otras palabras, los electrones y los fotones no son bolas de billar, no hay tal cosa en el mundo cuántico. La mayoría de los casos,observamos sucesos físicos cuyas relaciones tienen características que, según los experimentos, son una reminiscencia de los objetos con posición y velocidad, pero en el fondo están más allá del espacio y el tiempo.

Sólo tiene sentido un formalismo matemático que describe los resultados de las mediciones y las múltiples relaciones entre los diversos aspectos de nuestra experiencia. En realidad, es una sutil interpretación de la física, de alguna manera platónica, puesto que las matemáticas son la materia fundamental, fuera del espacio y el tiempo, fuera de las leyes de la física. También es debido al énfasis positivista en el procedimiento experimental y necesariamente el significado y la definición de los conceptos físicos.

Una dispersión estadística de las medidas intrínsecas

La segunda cosa es que estas desigualdades reflejan que los resultados de las mediciones tienen una dispersión estadística. Por lo tanto, no es un defecto en el conocimiento de los valores de los parámetros físicos de las partículas, como es el caso de la teoría clásica de los gases, lo que requiere la participación de las probabilidades y las incertidumbres de las mediciones.

Desafortunadamente, en los primeros intentos de explicar la desigualdad matemáticamente, el joven Heisenberg dejó más o menos entendido, y tal vez pensó realmente que las razones para el surgimiento de la probabilidad de la mecánica cuántica no eran en el fondo tan diferentes de sus actividades en la física clásica. El cuanto de acción descubierto por Planck significaba también que jamás podrá medir arbitrariamente la perturbación de un instrumento de medición sobre el sistema físico observado.

Werner Heisenberg en 1936. © AIP Emilio Segre Visual Archives

 Si la posición y velocidad de un electrón no son características que existen de forma simultánea, los resultados de sus acciones serían al azar por el hecho de que la incertidumbre sobre el estado de una de estas cantidades para un observador macroscópico, combinado con el efecto perturbación incontrolable de la medida, y que no puede ser anulada, implica el desarrollo de la incertidumbre acerca de la otra cantidad.

Matemáticamente, estamos ante el célebre producto de la incertidumbre en la posición x de una partícula con la incertidumbre sobre la cantidad de movimiento Px de esta partícula que no puede ser menor que una fracción bien definida de la constante de Planck.

Como pronto descubrimos, en la mecánica cuántica, el resultado matemático de la incertidumbre de las mediciones se encuadra en lo que se llama la dispersión o la desviación estándar asociada con los resultados de la medición, era en realidad una validez de varios pares de magnitudes físicas que se conjugan.

Tenemos aquí la desigualdad de Heisenberg para la energía y un término relacionado con un sistema físico (por ejemplo, la masa y la duración de una partícula inestable) o los componentes del momento angular de una partícula, por ejemplo.

Bastante rápido también, los partidarios de la llamada interpretación de Copenhague de la teoría cuántica, que Heisenberg, se dio cuenta de que el aspecto probabilístico de la mecánica cuántica de medición era intrínseco y que no era una cuestión de incertidumbre sobre el valor de una medida tal como se encuentra ya en la física clásica.

La idea de una alteración del instrumento de medición, sin embargo, sigue siendo un buen recurso para introducir la enseñanza conceptual sutil, que más propiamente se llama la desigualdad de Heisenberg.

De izquierda a derecha Yuji Hasegawa y Masanao Ozawa. © Universidad Tecnológica de Viena

Sin embargo, desde hace algún tiempo, sin cuestionar la interpretación ortodoxa de la mecánica cuántica totalmente verificado desde hace por lo menos 30 años por el trabajo sobre el efecto EPR, la experiencia de elección retardada de John Wheeler o los obtenidos en la decoherencia por Serge Haroche y sus colegas, un físico japonés dijo que había algo de verdad en las primeras reflexiones de Heisenberg.

La mecánica cuántica sigue siendo válida

Para Masanao Ozawa, las desigualdades de Heisenberg deberían ampliarse para incluir, además de los valores inherentes a la dispersión de las variables físicas de la mecánica cuántica, el efecto de la alteración del instrumento de medición en línea con las ideas iniciales Heisenberg. En 2003, había obtenido diversas desigualdades.

En algunas situaciones experimentales, se deberían permitir las medidas para separar las dos formulaciones es precisamente lo que anuncia que un grupo de físicos en un artículo publicado en la revista Nature.

Un expermientador japonés, Yuji Hasegawa, ha unido fuerzas con sus colegas austriacos que utilizan haces de neutrones polarizados en la Universidad Tecnológica de Viena. Según la mecánica cuántica, los valores del spin de un neutrón que se miden en dos direcciones ortogonales son precisamente las cantidades combinadas, como son la posición y el ímpetu de una partícula en una sola dirección. Se pueden realizar mediciones precisas de los valores de los giros, aunque empañados con los errores y una perturbación inevitable.

Los investigadores encontraron que las desigualdades efectivas clásicas de Heisenberg son violadas, pero las de Ozawa verificadas. Si bien no pone en tela de juicio la interpretación ortodoxa de la mecánica cuántica, no hay duda de que cuando se explora con más precisión el mundo cuántico, ya sea con nanotecnología o preguntas relacionadas con la informática ligada a los ordenadores cuánticos, el resultado constituye un desarrollo interesante.

Dos de los padres fundadores de la teoría cuántica y su interpretación física, Werner Heisenberg (izquierda) y Niels Bohr (derecha). © AIP Niels Bohr Library

La galaxia del Molinete fotografiada por el ‘Hubble’. (Foto: NASA)

El rayo de luz que es atraído por un agujero negro y desaparece en la singularidad, no puede volver para que lo podamos ver de nuevo. ¿que hay dentro de esa singularidad? ¿En qué se ha convertido la materia de esa estrella masiva que formó el Agujero Negro? Con razón, la Relatividad General de Einstein, deja de tener valor cuando llega a ese punto de la Singularidad, en ese momento, sólo nos vale una Teoría de la Gravedad Cuántica, y, eso, aún no existe…¡el misterio continúa!

La Entropía en el Universo es irreversible; el deterioro de los sistemas cerrados es imparable. Todo se transforma para convertir las cosas en otras diferentes. Son las leyes del universo, y a nosotros, simples mortales, sólo nos queda tratar de comprenderlas para obtener de ellas “tal como son” el mayor beneficio posible. Sin embargo, un día llegará en el que nuestra especie habrá alcanzado un grado de conocimiento y tecnología capaz de cambiar algunas cosas tales como, hacer habitables planetas que ahora están yermos, sin atmósfera y sus condiciones naturales son imposibles.

Muchos son los nuevos sistemas solares que hemos podido descubrir y, lo mismo pudieran ser planetas muertos que, como el nuestro, estar llenos de vida.  Arriba tenemos a HR 8799, uno de los muchos que en nuestra Galaxia existen. ¿Qué sorpresas nos ocultarán?

Todo es la consecuencia de lo que hacemos. Igualmente, en nuestro mundo y en nuestro Universo, rige la misma ley: si contaminas el planeta, se deteriorará el medio ambiente y morirá la atmósfera que ahora nos da la vida. Si una estrella agota su combustible nuclear, morirá, dejará de brillar y se convertirá en un objeto diferente. Todo es así. La Humanidad lleva miles de años mirando el Universo y, cada día, aprende de él. Ahora conocemos los mecanismos celestes que mantienen unidos los planetas al Sol, las estrellas a las galaxias y éstas a los cúmulos. También sabemos como se forman las Nebulosas y la misión regeneradora que cumplen dentro del orden universal creando nuevas estrellas y objetos estelares, y, por supuesto hemos podido saber la química del Universo y de donde surgen fenómenos extraños como los púlsares y los agujeros negros. Incluso, hemos llegado a desvelar de qué están compuesta las estrellas y como se llega a la química-biológica que da lugar a la vida.

Mucho tiempo ha pasado desde que imágenes como la que podemos ver aquí, ha pasado ya, y, desde luego, la evolución imparable ha hecho posible que, a la vez que el Universo ha ido cambiando, también lo hayamos podido hacer nosotros.

¿hombres mono o monos hombre?

Sin embargo, es mucho lo que nos queda por aprender, y, mucho también lo que nos queda por conseguir. Es ahora, en este preciso momento, cuando podemos considerar que estamos en la linea de salida hacia el descubrimiento real del Universo. Conocimientos, Tecnologías, y sobre todo mucha curiosidad e imaginación, nos podrán llevar lejos de nuestro Sistema Solar y visitar otros mundos y conocer a otras criaturas que, como nosotros, traten de comprender.

Hace ahora algo más de 4 años (enero de 2.007), se celebró en la India el 20 International Joint Conference of Artificial Intelligence, un encuentro en el que se pusieron al día todos los avances en inteligencia artificial, y donde fue celebrado el 50 cumpleaños de su creación.

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La inteligencia artificial, entre otras cosas, podrá llevar y facilitar información a países subdesarrollados que, de esta manera, podrá ofrecer educación a sus habitantes, mejorará la salud de la población, su agricultura, etc. la calidad de vida, en definitiva.

Ya se están desarrollando en Japón y en otros lugares los ordenadores inteligentes (los llamados de quinta generación), y el entusiasmo de empresas informáticas japonesas y estadounidenses por la inteligencia artificial aconsejó a Europa no quedarse atrás y acometer sus propios proyectos mediante programas de investigación en estas nuevas tecnologías del futuro. Ignacio Cirac, en el Instituto Max Planck, está empeñado en el proyecto.

El término de inteligencia artificial, si no me falla la memoria, se acuñó en la reunión de Dartmouth en 1.956, que fue un evento único e histórico. Único porque no se volvió a celebrar, es decir, no fue el primero de un serie como ocurrió con los congresos internacionales de lo que, como comenté al principio, se llevan celebrando 20; y fue histórico por el hecho de que allí se acuñó el término que ha prevalecido de inteligencia artificial.

Ordenadores personalizados que atienden a nuestras instrucciones y se ocupan de necesidades cotidianas en la casa, en la oficina, en la fábrica y, que son capaces de realizar planteamientos matemáticos en minutos que, los seres vivos que los inventaron, tardarían meses en finalizar.

En DartMouth se presentó un único resultado: un programa llamado Logic Theorist, capaz de demostrar teoremas de lógica proporcional contenidos (según leí) en la famosa obra “Principia Matematica” de Bertrand Russell y Alfred Whitehead (la obra más famosa de Newton lleva el mismo título). El programa lo desarrollaron Herbert Simón (que en 1.978 recibió el premio Nobel de Economía), Alan Newell y Clifford Shaw. Sin embargo, en éste de enero en la India, se presentaron 470 resultados seleccionados entre los casi 1.400 que recibieron.

Desde aquella reunión del 56, los hitos alcanzados en el campo de la IA han sido extraordinarios: desde jugar al ajedrez hasta diagnosticar enfermedades, comprender textos sobre temas concretos que implican conocimientos especializados… El objetivo de desarrollar las inteligencias artificiales generales que los pioneros de esta ciencia, reunidos en 1.956, propusieron para ser alcanzados, cada día están mar cerca.

Todo llegará; sólo es cuestión de ¡tiempo!

Esta ciencia le debe mucho a las matemáticas. Alan Turing es un ejemplo. Fue un gran matemático que formalizó conceptos tan básicos para la informática como el concepto de algoritmo y el concepto de calculabilidad mediante la denominada Máquina de Turing, lo que nos lleva a considerar a Turing como a uno de los “padres” de la informática y, más concretamente, de la informática teórica. En 1.950 publicó un ensayo, “Computing Machinery and Intelligence”, donde describió su famoso Test de Turing, según el cual se podría determinar si una máquina es o no inteligente. La IA le debe pues el test que lleva su nombre, pero la informática le debe más.

Está claro que la IA se aliará y formará equipo con la biología y la nanotecnología, y de esta unión surgirán avances que ahora ni podemos imaginar en nuestra actual comprensión (limitada) de la inteligencia artificial.

Como siempre me ocurre, cuando me pongo a escribir estoy hablando conmigo mismo y traslado la conversación al papel. En los garabatos quiero expresar lo que recuerdo, lo que he leído, lo que he estudiado del tema que en ese momento ocupa mi atención, y así ocurre que, no siendo infalible, los errores pueden ser muchos y algunas explicaciones o comentarios poco documentados (consulto muy poco escribiendo y me dejo llevar), por lo que pido disculpas. Sin embargo, mis lectores (que son pocos y buenos amigos), ganan en frescura y espontaneidad; el texto es más natural y en él están ausentes las artificialidades. Creo que salen ganando.

Lo que quería decir antes (como otras veces me he ido por las ramas), es que puedo comenzar hablando de una cuestión y terminar hablando de otra muy distinta. Me vienen a la mente temas diversos, y de manera natural, sigo mis pensamientos, y así lo expreso en la hoja en blanco.

¿No resulta más ameno? De todas formas, siempre trato de finalizar los temas. Básicamente soy un insaciable buscador de la razón de ser de las cosas; todo me parece interesante. Mi curiosidad es ilimitada y mi vehemencia y pasión me llevan, a veces, a olvidarme de comer o (más grave aún), de recoger a mi mujer, que en un pueblo cercano esperaba mi llegada como habíamos quedado. Son cosas corrientes de mi manera de ser, que cuando emprendo una tarea, una lectura, o un proyecto, lo quiero tener terminado antes de empezar.

Leo cualquier titular en un periódico: “Instalan un observatorio bajo el hielo para estudiar los confines del cosmos. Cuando esté en marcha, los científicos esperan que detecte 1.000 colisiones diarias de neutrinos, partículas minúsculas que nos traen información del universo.” No puedo, a partir de ahí, evitar el comprar el periódico o la revista para leer todo el reportaje completo, aunque sé que no dirán nada que ya no sepa sobre los neutrinos y la manera de cazarlos en las profundidades de la Tierra, en profundas minas abandonadas en las que colocan tanques de agua pesada que, conectados a potentes ordenadores, detectan la presencia de estas diminutas partículas (al parecer carentes de masa) que pertenecen a la familia de los leptones.

Cada segundo que pasa, billones de estas minúsculas partículas invisibles llamadas neutrinos, atraviesan nuestros cuerpos, en muchos casos, después de haber recorrido de un confín a otro todo el universo.

Los neutrinos, al contrario que los fotones (es decir, la luz) o los rayos cósmicos, viajan sin cesar de un lado a otro del universo sin que ningún campo magnético los desvíe de su camino, y sin ser destruidos tras colisionar con otras partículas, ya que apenas poseen carga eléctrica ni interaccionan con la materia. Por ello, estudiar de cerca un neutrino permitiría descubrir su procedencia y aportaría a los científicos una valiosa información sobre los rincones del universo de los que provienen.

El problema que se plantea es que agarrar un neutrino no es tarea nada fácil, y aunque se cree que el neutrino puede ser el mensajero cósmico ideal, primero habrá que retenerlo para poder hacer la comprobación. Esta partícula fue anunciada o prevista su existencia por Wolfgan Pauli, y su nombre, neutrino (pequeño neutro en italiano), se lo puso el físico Enrico Fermi.

Tenemos el reto de generar energía sin provocar daños que nos lleve a un indeseado cambio climático. La concentración de CO₂ elevará la temperatura del planeta Tierra provocando la escasez de agua y la desertización del suelo.

El ser humano, que vivió en la miseria durante muchos siglos de su existencia, descubrió hacia 1.800 las ventajas que le podía reportar la utilización de la energía. Aquello podía cambiar sus vidas, en igualdad hasta entonces con la de los animales (o parecidas), y comenzó a utilizar el carbón y posteriormente el petróleo – combustibles fósiles que ardían 1.000 veces más rápido de lo que habían tardado en formarse -. Hasta aquí todo bien; un reino de maravilla. Gracias a este enorme suministro de energía, la población humana pasó de 700 millones de individuos a unos 7.000 en 200 años. Hasta aquí todo bien, otra vez.

En los años 50 del siglo XX, la energía era abundante y muy barata, y nadie pensaba que pudieran surgir problemas. Se construía sin aislamiento y los motores de los coches consumían sin medida. Así, se asentó la creencia de que no existía ningún límite al consumo. De este modo lo asimiló la población en general, y los mandatarios políticos y las direcciones de las grandes empresas en particular.

Pero las cosas no eran así, todo no era tan maravilloso; la sociedad sin problemas de la Utopía, en realidad no existía.

Cuando obtenemos más energía quemando combustibles fósiles, emitimos el gas CO₂ a la atmósfera. Este gas es inocuo y es el que posibilita la vida en la Tierra, al hacer que su temperatura media global (TMG) esté entre lo 9 y los 22 ºC. Es el gas que utilizan las plantas para crecer y almacenar la energía. Sin embargo, el exceso de CO₂ en nuestra atmósfera es muy dañino.

En la etapa en la que nos desarrollamos como Homo Sapiens, la cantidad de CO₂ en la atmósfera osciló entre las 180 y las 280 partes por millón, y la TMG entre los 9 y los 15 ºC. Hoy estamos ya en 380 partes por millón, camino en 20 años de las 500. No debemos superar estas 500 partes por millón; si pasamos este límite, el clima de la Tierra cambiaría de manera irreversible a escala humana.

El problema no es que haga más calor, el problema real es el de la falta de agua, y la desertización está arruinando nuestra casa (el planeta). Gracias a las energías fósiles hemos creado una civilización dependiente y frágil. Una subida global de 6º en la temperatura la podría destruir, no directamente, pero sí a través de movimientos migratorios de cuyos problemas se generarían guerras con millones de muertos. Ése es el negro futuro inmediato que nos aguarda, si los responsables (irresponsables quería decir) gobernantes no toman y adoptan en el acto las medidas que, desde hace años, vienen pregonando los científicos.

¡NO!

Estamos inmersos en un enorme problema, que el interés de unos pocos tratan de hacer que continúe. Sus ideas están caducas y los sistemas de vieja factura son insostenibles.

Han podido invertir antes en investigar nuevos caminos y nuevas fuentes de energía que están en la mente de todos: solar, eólica, fusión, etc., claro que habría que invertir mucho dinero y repartir menos beneficios. ¿Qué importaba que ardiera el mundo? ¡Gente sin conciencia!

Nunca hemos sabido administrar de manera adecuada los recursos que nos ofreció y nos ofrece la naturaleza. Hemos despilfarrado el capital recibido, esquilmando millones de hectáreas de bosque o utilizando energía de fisión nuclear altamente contaminante. ¿Por qué razón no centramos el esfuerzo en aprovechar la energía inagotable del Sol, que además no contamina?

Hace unos días hicimos un breve recorrido por las Nebulosas y por la Alquimia del Universo y de la vida y, hoy, para variar tocamos otros temas de interés que, como otros muchos, despiertan nuestra curiosidad y, no pocas veces, también nuestra incertidumbre de lo que nuestros omportamientos nos puedan traer. ¡Mi curiosidad!

El arte hermético, los principios de la alquimia, su historia y los contactos de la alquimia con la ciencia moderna. Los alquimistas licenciados por la universidad de Montpellier en el s. XIII, Alberto Magno, Arnau Vilanova y Raimundo Lulio, Roger Bacon y más tarde Michael de Nostre-Dame (más conocido por su pseudónimo Nostradamus), Rebelais y Erasmo, además de médicos árabes y judíos, todos ellos adictos a la filosofía hermética, y todos interesados por la alquimia y las transmutaciones metálicas. Pero, todo eso, quedó finalmente, con la evolución y el paso de los tiempos, en la Filosofía Natural que, nos llevó a la Física del Mundo y del Universo.

Así, más tarde me topé con la FÍSICA que me enlaza directamente con las matemáticas (que por desgracia no domino como sería mi deseo), la biología, la astronomía, y la cosmología, en fin, con todo lo que realmente importa, la vida misma y el Universo.

Antes de llegar a la física pasé por innumerables recorridos del saber humano: los clásicos griegos, los filósofos, Platón, Sócrates, Aristóteles, pero sin dejar a Kepler y Galileo, ni tampoco a Newton y Darwin. Mi avidez de saber era ilimitada y más de una noche, sobre las 3 ó las 4 de la madrugada, mi madre apagaba la luz de mi mesita de noche y cerraba el libro abierto sobre mi pecho o caído en el suelo. El sueño me impedía seguir; además, muy temprano había que cumplir en el trabajo. ¡Qué tiempos!

En fin amigos, eso es precisamente lo que acabo de hacer, tener una conversación con unos amigos y contarles algunos de mis pensamientos.

emilio silvera

La Visión de un Artista de lo que él cree que fue el principio del Universo,  el Big Bang. Claro que, no es fácil para nuestras mentes dibujar una imagen mental y fidedigna de lo que aquello pudo ser, toda vez que nadie estuvo allí para contarlo después. Lo único que podemos hacer es imaginar lo que nos cuenta la teoría y, siempre será una imagen (como la de arriba) irreal.

Surgieron los primeros quarks libres que se juntaron para formar protones y neutrones que, a su vez, se unieron y formaron núcleos que, al tener energía positiva, atrajeron a los electrones, de energía negativa, formándose así lo átomos estables.

¿Cómo serán los Quarks?

Los átomos se juntaron para formar moléculas y células y éstas, a su vez, juntas formaron materia. Al principio era todo simetría y existía una sola fuerza que lo regía todo, la Gravedad. Y el Universo era totalmente opaco, la temperatura reinante muy alta y todo estaba invadido por una especie de plasma.

Pero la expansión del joven Universo continuó imparable, la temperatura fue descendiendo y la simetría se rompió lo que dio lugar a que dónde sólo había una sola fuerza aparecieran cuatro. La fuerza nuclear, fuerte y débil, el electromagnetismo y la Gravedad surgieron de aquella simetría rota y como hemos dicho antes, surgieron los primeros quarks para, con los electrones, fabricar la materia que,  está hecha de Quarks y Leptones. Más tarde, la luz apareció al quedar libres los fotones, y, donde antes todo era opacidad, surgió la transparencia. Pasaron unos doscientos mil años antes de que nacieran las primeras estrellas y se formaran las Galaxias.

Las estrellas evolucionaron y en sus hornos nucleares se fabricaron elementos más complejos que el primario hidrógeno; con la fusión nuclear en las estrellas se fabricó helio, Litio, magnesio, neón, carbono, oxigeno, y,  otros elementos.

Estas primeras estrellas brillaron durante algunos miles de millones de años y, de las que eran más masivas finalmente, acabado su combustible nuclear, finalizaron su ciclo vital explotando como supernovas lanzando al espacio exterior sus capas más superficiales y cargadas de materiales complejos que, se dispersó por el inmenso cosmos en forma de preciosas nebulosas para hacer posible el nacimiento de nuevas estrellas y planetas y… a nosotros que, sin esas primeras estrellas que fabricaron los materiales complejos de los que estamos hecho, no estaríamos aquí.

Ese inmenso tiempo que hemos tenido desde que asombrados, mirábamos brillar las estrellas sobre nuestras cabezas sin saber lo que eran, o bien, asustados, nos encogíamos ante los rayos amenazadores de una tormenta o huíamos despavoridos ante el rugido aterrador de la Tierra con sus temblores de terremotos pavorosos o explosiones inmensas de enormes montañas que vomitaban fuego.

Desde entonces, hemos aprendido a observar con atención, hemos desechado la superstición, la mitología y la brujería para atender a la lógica y a la realidad de los hechos. Aprendimos de nuestros propios errores y de la naturaleza.

Como ya se dijo antes, ahora sabemos de donde vinimos, qué debemos hacer para continuar aquí sin estropearlo todo, y, seguramente, con poco margen de error, podríamos decir también hacia donde nos dirigimos.

Una de las propiedades del “tiempo” es que, en su transcurrir pasan cosas. Estas cosas que pasan, estos sucesos, los reunimos y los guardamos, le llamamos historia y nos sirven para recordar y aprender. De lo bueno que pasó para repetirlo y mejorarlo, de lo malo para procurar que no vuelva a ocurrir.

Eso, lo que ocurrió, es lo que llamamos pasado. Lo que ocurre ahora mismo, en este preciso instante, es lo que llamamos el presente y, lo que no ha ocurrido aún es lo que llamamos el futuro.

En realidad, como el tiempo nunca se para, el presente no existe, es algo tan efímero que ocurre y al instante es pasado, y entramos en el futuro que, a su vez, pasa vertiginoso por el instante “presente” que se convierte en “pasado” y rápidamente estamos en el “futuro”, otra vez. Así que, en realidad ¿Dónde estamos?

En las dos imágenes de arriba, podemos ver como transcurre el tiempo. La niña se hace mayor y la madre, va reflejando en su cuerpo la huella de su paso inexorable. ¡Maldita Entropía! Nada permanece, todo cambia en nuestro Universo.

El concepto de tiempo está escondido en las profundidades y conceptos más avanzados de la física y la astronomía. Sin embargo, su verdadera naturaleza permanece en el misterio. Todo acontece con el transcurso del tiempo que, tal como lo concebimos, es inexorable y fluye continuamente y todo lo que existió, lo que existe y, lo que existirá, está sometido a los efectos del tiempo que, desgraciadamente, si podemos ver. La destrucción provocada por el paso del tiempo es muy real y, tanto en las cosas como en nosotros mismos, el resultado es el mismo; ¡la aniquilación y la muerte! Pero, mirado desde otro punto de vista, sólo es una transformación de fase. Lo que somos ahora se transforma en lo que seremos mañana.

Hace mil quinientos años que, San Agustín, filosofo y sabio obispo de Hipona, preguntó: ¿qué es el tiempo? Y se respondió a si mismo: “Si alguien me lo pregunta, sé lo que es. Peso si deseo explicarlo, no puedo hacerlo”.

El tiempo, desde “épocas remotas“, ha sido una abstracción que ha cautivado e intrigado a las mentes humanas que han intentado entenderlo en todas las vertientes y en todos los sentidos. Del tiempo, las mentes más preclaras, han intentado definir, en esencia, lo que es. La verdad es que, unos con más fortunas que otros, con más interés o con mejor lógica científica dejaron sus definiciones que, de todas formas, nunca llegaron a llenar ese vacío de una explicación convincente, sencilla, que todo el mundo comprenda y que esté basada en principios naturales que nos digan su origen, su transcurrir y, si es que lo hay, su final. Porque ¿Es el tiempo infinito? ¿Hay algo eterno?

Infinito, según las leyes de la física, no puede haber nada, y, la Eternidad es un concepto que se nos hace, si lo pensamos, algo increíble. ¡QUÉ PODRÍA DURAR PARA SIEMPRE?

Ni siquiera el Universo, es infinito y, conforme determine la Densidad crítica de la materia que contiene, un día, dejará también de existir catalogado como un ente cambiante.

Luego si el tiempo nació con el Big Bang, es probable que finalice con el Big Crunch. (Aunque todos los indicios nos dicen que no, que el final del Universo será la muerte térmica, el frío absoluto que será el resultado de una expansión sin fin) Es una posibilidad que depende de la Densidad crítica de la materia, la otra posibilidad que depende de lo mismo, es la muerte térmica del Universo por el cero absoluto, -273 grados, donde nada se mueve.

Como antes explicaba, el pasar del tiempo es muy subjetivo dependiendo de la situación de quien lo percibe. Un minuto puede parecer eterno o un suspiro, dependiendo del estado de dolor o de felicidad de quien lo mide. También será relativo, no pasa a la misma velocidad para todos, depende de la velocidad a que esté viajando y de qué observador lo esté midiendo, como quedó demostrado con la Teoría Especial de la Relatividad de Einstein.

Desde tiempos inmemoriales hemos querido medir el tiempo, el día y la noche, las estaciones, el sol, relojes de arena, etc. etc., hasta llegar a sofisticados aparatos electrónicos o atómicos que miden el tiempo cotidiano de los Humanos con una exactitud de solo un retrazo de una millonésima de un segundo cada 100 años.

Hemos inventado éstas medidas de tiempo para controlar nuestras actividades cotidianas y nuestras vidas.

La medida de tiempo elegida es el segundo que, en las unidades del SI tiene el símbolo s y su duración es igual a la duración de: hertzios = 9 192 631 770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133.

Reloj de Cesio

Reloj atómico cuyo funcionamiento se basa en la diferencia de energía entre dos estados del núcleo de cesio-133 cuando se sitúa en un campo magnético. En un tipo, los átomos de cesio-133 son irradiados con radiación de radiofrecuencia, cuya frecuencia es elegida para corresponder a la diferencia de energía entre dos estados. Algunos núcleos de cesio absorben esta radiación y son excitados al nivel superior. Estos átomos son desviados por otro campo magnético, que hace que choquen contra un detector. Una señal de ese detector es llevada al oscilador de radio frecuencia para evitar que se desplace de la frecuencia de resonancia de la que indicamos antes del orden de 9 192 631 770 hertzios. De este modo, el instrumento está fijado a esta frecuencia con una precisión mejor que una parte en 10¹³ (algo mayor que Tera -T-). Así, el reloj de cesio es utilizado en la definición del segundo en el SI.

Reloj de cesio

Como podemos ver, la imaginación humana no tiene límites, y, si nos dan el “tiempo” suficiente, quien sabe hasta donde podremos llegar.

Como estamos comentando sobre cuestiones que están conectadas con lo que llamamos tiempo, es difícil que, al estar el tiempo siempre presente, ocurra algo que no tenga nada que ver con él, de alguna manera, el tiempo está presente. Sin embargo, puede existir algún fenómeno que, de alguna manera, esquive al tiempo.

Velocidad de escape para fotones Rsv2 = 2 GM/c²

Los núcleos para formar átomos están rodeados por varios niveles de electrones y todos sabemos que un átomo es la parte más pequeña de un elemento que puede existir, es la fracción mínima de ese elemento. Consta de un denso núcleo de protones y neutrones (los nucleones) rodeados de electrones moviéndose a velocidades cercanas a las de la luz. Es lo que se conoce como estructura electrónica del núcleo y que tiene que ver con los niveles de energía que los electrones ocupan.

Una vez dejada la reseña básica de lo que es el átomo y donde están situados los electrones por capas o niveles alrededor de su núcleo, veamos el fenómeno principal de este comentario referido a “esquivar el tiempo”.

Si un fotón viajero va por el espacio a 299.792’458 km/s., velocidad de c, golpea a un electrón situado alrededor de un núcleo, lo que ocurre, trae de cabeza a los científicos que no saben explicar de manera convincente la realidad de los hechos. El electrón golpeado, absorbe el fotón, y, de manera inmediata, desaparece del nivel que ocupa y, sin recorrer la distancia que los separa, simultáneamente, aparece en el nivel superior.

¿Por donde hizo el viaje? ¿En que lugar se escondió mientras desapareció? ¿Cómo pudo aparecer simultáneamente en otro lugar, sin recorrer la distancia existente entre el nivel de partida y el de llegada? Y, ¿cómo esquivó el tiempo para que todo ocurriera simultáneamente?

Estas son preguntas que aún no podemos contestar, aunque sí es verdad que nos gusta especular con viajar en el tiempo y, lo del electrón, conocido como “efecto túnel” o salto cuántico; es una idea.

Comprueban experimentalmente que es posible el efecto túnel de fonones a través del vacío. Algo que se creía imposible hasta ahora.

El tiempo es una dimensión que permite distinguir entre dos sucesos que ocurren en el mismo punto del espacio y que de otra forma serían idénticos (espacio-tiempo). El intervalo entre dos de esos sucesos constituye la base de la medida del tiempo. Para propósitos generales, más cotidianos, la rotación de la Tierra sobre su eje sirve para definir las unidades del reloj (el día y la noche con 24 horas) y la órbita del planeta Tierra, alrededor del Sol. (El año) se utiliza para definir las unidades del calendario con 365 días. Para fines científicos, los intervalos de tiempo son ahora definidos mediante la frecuencia de una radiación electromagnética especificada. También es interesante pararse a ver lo que es dilatación de tiempos que en páginas anteriores explicamos que estaba dado en un factor (1- v² / c²). Por otra parte, podríamos hablar de la operación de reemplazar el tiempo t por el tiempo -t. La simetría de la inversión temporal es conocida como invariancia.

Como estamos comentando asuntos diversos que, de alguna manera pueden estar relacionados con el tiempo y, comentamos también las diversas perspectivas y formas o enfoques de mirar el tiempo, no me puedo resistir aquí una reseña de lo que es el…

Tiempo de Planck

Es el tiempo que necesita el fotón (viajando a la velocidad de la luz, c, para moverse a través de una distancia igual a la longitud de Planck. Está dado por T_p = (G ħ / C³ ), donde G es la constante gravitacional (6, 672 59 (85) x 10^-11 N m² kg^-2), ħ es la constante de Planck racionalizada ( ħ = h / 2 л = 1,054589 x 10^-34 Julios segundo ), c, es la velocidad de la luz (299.792.458 m/s).

El valor del tiempo del Planck es del orden de 10^-43 segundo. En la cosmología del Big Bang, hasta un tiempo Tp después del instante inicial, es necesaria usar una teoría cuántica de la gravedad para describir la evolución del Universo.

El Tiempo de Planck vale: 0’0000000000000000000000000000000000000000001

de 1 segundo que es el tiempo que necesita el fotón para recorrer la longitud de Planck, de 10^-35 metros (veinte ordenes de magnitud menor que el tamaño del protón de 10^-15 metros). El límite de Planck es L_{p =} √ (Għ / C³ ).

Todo, desde Einstein, es relativo. Depende de la pregunta que se formule y de quién nos de la respuesta.

El tiempo es lo que nos lleva del pasado al futuro

Si preguntamos ¿Qué es el tiempo?, tendríamos que ser precisos y especificar si estamos preguntando por esa dimensión temporal que no deja de fluir desde el Big Bang y que nos acompaña a lo largo de nuestras vidas, o nos referimos al tiempo atómico, ese adoptado por el SI, cuya unidad es el segundo y se basa en las frecuencias atómicas, definida a partir de una línea espectral particular de átomo de cesio 133, o nos referimos a lo que se conoce como tiempo civil, tiempo coordinado, tiempo de crecimiento, tiempo de cruce, tiempo de integración, tiempo de relajación, tiempo dinámico o dinámico de Baricéntrico, dinámico terrestre, tiempo terrestre, tiempo de Efemérides, de huso horario, tiempo estándar, tiempo local, tiempo luz, tiempo medio, etc. etc. Cada una de estas versiones del tiempo, tiene una respuesta diferente, ya que, no es lo mismo el tiempo propio que el tiempo sidereo o el tiempo solar, o solar aparente, o solar medio, o tiempo terrestre, o tiempo Universal. Como se puede ver, la respuesta dependerá de cómo hagamos la pregunta.

En realidad, para todos nosotros el único tiempo que rige es el que tenemos desde que nacemos hasta que morimos, los otros tiempos son inventos del hombre para facilitar sus tareas de medida, de convivencia o de otras cuestiones técnicas o astronómicas pero, sin embargo, el tiempo es solo uno; esa que comenzó en el Big Bang y que, seguramente, en un futuro aún muy lejano, acabará con el Big Crunch.

Lo cierto es que, para las estrellas supermasivas, cuando llegan al final de su ciclo y deja de brillar por agotamiento de su combustible nuclear, en ese preciso instante, el tiempo se agota para ella. Cuando una estrella pierde el equilibrio existente entre la energía termonuclear (que tiende a expandir la estrella), y, la fuerza de gravedad (que tiende a comprimirla), al quedar sin oposición esta última, la estrella supermasiva se contrae aplastada bajo su propia masa. Queda comprimida hasta tal nivel que, llega un momento que desaparece para convertirse en un Agujero Negro, una singularidad, donde dejan de existir el “tiempo” y el espacio. A su alrededor nace un horizonte de sucesos que, si se traspasa, se es engullido por la enorme gravedad del Agujero Negro.

El tiempo, de ésta manera, deja de existir en estas regiones del Universo que conocemos como singularidad. El mismo Big Bang surgió de una singularidad de energía y densidad infinitas que, al explotar, se expandió y creó el tiempo, el espacio y la materia.

Enanas blancas que, por su densidad, pueden llegar a tomar materia de alguna estrella vecina y colapsar hacia una estrella de neutrones. Creo que nos astrónomos le han prestado poca atención a las enanas blancas que podrían dar mucho juego en explicar muchos de los fenómenos que en el Cosmos están ocurriendo.

Como contraposición a estas enormes densidades de las enanas blancas, estrellas de neutrones y Agujeros Negros, existen regiones del espacio que contienen menos galaxias que el promedio o incluso ninguna galaxia; a estas regiones las conocemos como vacío cósmico. Han sido detectados vacíos con menos de una décima de la densidad promedio del Universo en escalas de hasta 200 millones de años luz en exploraciones a gran escala. Estas regiones son a menudo esféricas. El primer gran vacío en ser detectado fue el de Boöte en 1.981; tiene un radio de unos 180 millones de años luz y su centro se encuentra aproximadamente 500 millones de años luz de la Vía Láctea. La existencia de grandes vacíos no es sorprendente, dada la existencia de cúmulos de galaxias y supercúmulos a escalas muy grandes.

Mientras que en estas regiones la materia es muy escasa, en una sola estrella de neutrones, si pudiéramos retirar 1 cm³ de su masa, obtendríamos una cantidad de materia increíble. Su densidad es de 10¹⁷ kg/m³, los electrones y los protones están tan juntos que se combinan y forman neutrones que se degeneran haciendo estable la estrella de ese nombre que, después del agujero negro, es el objeto estelar más denso del Universo.

Es interesante ver cómo a través de las matemáticas y la geometría, han sabido los humanos encontrar la forma de medir el mundo y encontrar las formas del Universo. Pasando por Arquímedes, Pitágoras, Newton o Gauss (entre otros), siempre hemos tratado de buscar las respuestas de las cosas por medio de las matemáticas.

Magia es cualquier tecnología suficientemente avanzada

Arthur C. Clarke

Pero también es magía el hecho de que, en cualquier tiempo y lugar, de manera inesperada, aparezca una persona dotada de condiciones especiales que le permiten ver, estructuras complejas matemáticas que hacen posible que la Humanidad avance considerablemente a través de esos nuevos conceptos que nos permiten entrar en espacios antes cerrados, ampliando el horizonte de nuestro saber.

emilio silvera

¿Cómo se viviría en un mundo así? ¿Como sentiríamos la Gravedad de ese enorme planeta vecino tan cercano? Existen mundos en el espacio exterior que están alumbrados por estrellas enanas rojas cercanas a ellos, otros, se ven alumbrados por una luz intensamente roja proveniente de una estrella de carbono, también los hay que están a merced de estrellas múltiples, es decir, sistemas de tres o más estrellas ligadas por su atracción gravitacional múltiple (se estima que alrededor de un tercio de todas las binarias conocidas son realmente triples). También ha surgido mundos dependientes de una estrella peculiar, una estrella que se saber que es variable. ¿Cómo sentarían esos cambios o variaciones a sus posibles habitantes? Esposible que, sean estrellas en transición que no permiten la aparición de la vida en sus planetas hasta que no queda estabilizada.

Se han detectado planetas que orbitan alrededor de una estrella magnética, es decir, una estrella con un campo magnético descomunal (como se ha revelado el desdoblamiento Zeeman de las líneas de su espectro). Son conocidas por el término de estrella AM Herculis, una clase de variable cataclísmica entre las que pueden encontrarse algunas enanas blancas con campos magnéticos extremadamente intensos (del orden de 100 tesla). No parece que ningún planeta que la orbite a una distancia prudencial, pueda albergar la vida bajo esas extremas condiciones. ¿Cómo es posible explicar la enorme potencia de los campos magnéticos de las así llamadas ‘estrellas magnéticas’?

Mediante el uso de simulaciones numéricas en tres dimensiones han hallado las configuraciones de campo magnético que subyacen en los potentes campos magnéticos que se observan en las superficies de las llamadas estrellas magnéticas tipo A y las enanas blancas magnéticas. (Nature, 14/Oct/2004).

El campo magnético de este tipo de estrellas es continuo y estático, en contraste con el campo del Sol y de otras estrellas similares a éste, que son más débiles y consisten de pequeñas regiones, y cambian de modo continuo. Imaginar mundos habitables orbitando este tipo de estrellas es complicado.

Ilustración de estrella magnetica

Como decimos, son muchos y variados los mundos que por ahí fuera se pueden encontrar. Es de lo más común encontrar estrellas a las que orbitan mundos de variado pelaje. Cuando se forma una estrella con una descomunal masa de gas y polvo interestelar que se junta por obligada por la fuerza de la Gravedad y se contrae más más sobre sí misma, hasta que el calor en el centro es tan descomunal que se produce la fusión nuclear y la estrella nueva nace a la vida, todo ese enorme conglomerado de material gira y incandescente mientras continúa aumentando su densidad, y, mientras tanto va girando y, algunos trozos de esa masa exterior que aún no llega a ser plasma, debido a la fuerza del giro se ve desprendida de la nueva estrella y, según sea el trozo despedido, se aleja más o menos hasta quedar retenido por la fuerza de gravedad que la estrella genera. Los trozos comienzan a enfriarse mientras giran y se forman nuevos planetas que, dependiendo de la distancia al nuevo sol y de sus masas, se configurarán de una u otra forma (planetas rocosos y gaseosos).

El descubrimiento de nuevos planetas no cesa y, a medida que mejoran los aparatos que los detectan, se acorta el tiempo que nos queda para poder localizar otros mundos que, como la Tierra, sean idóneos para albergar alguna clase de vida.

Como podeis ver en las imágenes de arriba y abajo, el Universo está plagado de Mundos. Si como antes decía, es común que las estrellas estén acompañadas por planetas, si pensamos que sólo en nuestra Galalxia, la Vía Lactea existen más de cien mil millones de estrellas, ¿cuántos planetas no tendremos en nuestra propia casa? Y, si pensamos en el Universo entero, la cifra podría ser descomunalmente grande, y, si eso es así (que lo es), ¿Cuántos planetas habitados podrían existir?.

Alguna vez he pensado cómo sería vivir en un planeta cuya estrella fuese como Antares, una supergigante 10 000 veces más luminosa que el Sol y cuyo diámetro sería de unos 700 millones de kilómetros, su densidad de unas 20 masas solares y la remperatura superficial de unos 4 ooo K. Está claro que habría que tener en cuenta muchas cuestiones para que, la vida en ese hipotético planeta pudiera ser posible, al menos como la conocemos aquí. La luminosidad incidiría en la clase de visión que los posibles habitantes pudieran tener, y, por otra parte, al ser la temperatura en la superficie de la estrella más baja que la de nuestro Sol, ¿a qué distancia debería estar situado el planeta para que los rayos del sol calentaran a sus habitantes y plantas?, y, no olvidemos los efectos de la Gravedad de tan enorme sol que, para hacerla soportable para esos imaginarios habitantes, tendría que estar situado lejos, mientras que la baja temperatura aconseja que el planeta esté cercano a la estrella. Estas contradicciones, posiblemente, impediaría la vida tan como la conocemos y, de haberla, sería otra clase de vida distinta a la nuestra.

En verdad, el problema de la vida en un planeta no es cosa fácil. ¡Son tántos los requisitos exigidos! Y, así y todo, si pudiéramos desplazarnos por lejanas rutas estelares, lo que podríamos contemplar superaría en mucho a todo lo que podamos imaginar. Ya sabeis, no pocas veces la realidad supera a la imaginación. Mundos de ensueño, criaturas imposibles, ¡cuántas maravillas! alberga nuestro Universo. Con razón se define como todo lo que existe: Espacio -Tiempo- Materia…Y, desde hace algún tiempo…Mentes pensantes que lo observan todo.

Que no estamos solos en el Universo no es novedad para muchos, cuando todos creemos que la Tierra puede no ser el único planeta con vida siempre solemos pensar en la vida extraterrestre, dando asi vida a una infinidad de hipótesis e historias acerca de cómo sería ésta. Lo cierto es que varios astrofísicos han anunciado la posibilidad de que existan varios planetas similares a la Tierra.

Inmensos y bellos planetas dobles, mundos gemelos que alumbrados por una estrella Gigante inusual de tipo espectral G, K o M y que presenta Litio en su espectro. Las reacciones nucleares en el núcleo de la estrella  produce Berilio, que es transportado por convección hacia las capas superiores, donde captura un electrón para convertirse en Litio. Es una estrella T Tauri, muy joven y todavía recien salida de su cascarón, ya que, el Litio es probable que se hallara en el gas del cual se formó la estrella y será pronto destruido cuando la estrella alcance la secuencia principal. Esos mundos gemelos, mientras tanto, también siguen evolucionando y, pasados algunos miles de millones de años, es posible (sólo posible) que, algunos signos de vida puedan aparecer en su océanos.

Las estrellas pueden ser clasificadas de muchas maneras.

El estudio fotográfico de los espectros estelares lo inició en 1885 el astrónomo Edward Pickering en el observatorio del Harvard College y lo concluyó su colega Annie J. Cannon. Esta investigación condujo al descubrimiento de que los espectros de las estrella están dispuestos en una secuencia continua según la intensidad de ciertas líneas de absorción. Las observaciones proporcionan datos de las edades de las diferentes estrellas y de sus grados de desarrollo.

Las diversas etapas en la secuencia de los espectros, designadas con las letras O, B, A, F, G, K y M, permiten una clasificación completa de todos los tipos de estrellas. Los subíndices del 0 al 9 se utilizan para indicar las sucesiones en el modelo dentro de cada clase.

Clase O: Líneas del helio, el oxígeno y el nitrógeno, además de las del hidrógeno. Comprende estrellas muy calientes, e incluye tanto las que muestran espectros de línea brillante del hidrógeno y el helio como las que muestran líneas oscuras de los mismos elementos.

Las estrellas de Wolf-Rayet o estrellas Wolf-Rayet (abreviadas frecuentemente como WR) son estrellas masivas (con más de 20-30 masas solares), calientes y evolucionadas que sufren grandes pérdidas de masa debido a intensos vientos estelares.

Este tipo de estrellas tiene temperaturas superficiales de entre de 25.000 – 50.000 K (en algunos casos incluso más), elevadas luminosidades, y son muy azules, con su pico de emisión situado en el ultravioleta. La superficie estelar también presenta líneas de emisión anchas de Carbono, Nitrógeno y Oxígeno. Tienen un color Blanco-Verdoso.

Clase B: Líneas del helio alcanzan la máxima intensidad en la subdivisión B2 y palidecen progresivamente en subdivisiones más altas. La intensidad de las líneas del hidrógeno aumenta de forma constante en todas las subdivisiones. Este grupo está representado por la estrella Epsilon Orionis.

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Alnilam (Epsilon Orionis

Clase A: Comprende las llamadas estrellas de hidrógeno con espectros dominados por las líneas de absorción del hidrógeno. Una estrella típica de este grupo es Sirio, la más brillante de todo el cielo nocturno vista desde la Tierra. Su color es blanco, y, es muy conocida desde la antigüedad; por ejemplo, en el antiguo egipto, la salida helíaca de Sirio marcaba la época de las inundaciones del Nilo, y ha estado presente en civilizaciones tan dispares como la griega y la polinesia.

                                      Sirio arriba

Clase F: En este grupo destacan las llamadas líneas H y K del calcio y las líneas características del hidrógeno. Una estrella notable en esta categoría es Delta Aquilae.

Clase G: Comprende estrellas con fuertes líneas H y K del calcio y líneas del hidrógeno menos fuertes. También están presentes los espectros de muchos metales, en especial el del hierro. El Sol pertenece a este grupo y por ello a las estrellas G se les denomina “estrellas de tipo solar”.

Clase K: Estrellas que tienen fuertes líneas del calcio y otras que indican la presencia de otros metales. Este grupo está tipificado por Arturo, una estrella anaranjada-amarillenta de enormes proporciones que comparada con nuestro Sol, la hace imponente y a éste minúsculo.

Clase M; Espectros dominados por bandas que indican la presencia de óxidos metálicos, sobre todo las del óxido de titanio. El final violeta del espectro es menos intenso que el de las estrellas K. La estrella Betelgeuse es típica de este grupo.

Hemos dado un repaso a los mundos que son y los que podrían ser. Las estrellas son tan importantes para los mundos que, dependiendo de sus configuraciones: brillo, masa, densidad, y, muchos otros parámetros que las definen, podrán tener planetas en los que puedan florecer o no la vida. Y, aunque hemos encontrado una larga lista de nuevos planetas extrasolares, debemos comprender que las dificultades para encontrar “Tierras” son muchas, toda vez que nuestro planeta es pequeño y si otros similares que puedan exitir están a una distancia similar (1 UA) a la nuestra, con las distancias que se trabajan (decenas, cientos o miles de años-luz), el mismo brillo de la estrella los oculta. Para hacernos una idea veamos la imagen de los planetas del Sistema Solar a escala.

No pasa ni un sólo día sin que tengamos una buena cantidad de noticias nuevas sobre descubrimientos y fenómenos ocurridos en nuestro Universo que nos hablan de los temas más diversos:

- Un equipo internacional de científicos ha descubierto la pareja de enanas marrones con menor temperatura registrada hasta el momento. Los expertos consideran que este sistema doble, de unos 100 Grados Celsius, se parece más a los planetas gigantes que a otras estrellas de este tipo.

A escala humana, 100ºC puede parecer una temperatura elevada, pero para una estrella, es ínfima, pensemos en que, la superficie de nuestro Sol está a unos 5.500ºC.

Si dos estrellas enanas marrones tienen temperaturas tan reducidas, es posible que tengan también propiedades diferentes a la de enanas marrones descubiertas previamente pero con mayores temperaturas.

Las estrellas marrones son en realidad, estrellas fallidas: No poseen la masa suficiente para que la Gravedad active active las reacciones nucleares que hacen brillar a las estrellas fusionando Hidrógeno en Helio (la Secuencia Principal).

En la segunda década del siglo XXI, muchas son las cosas que hemos podido hacer posible. Se me ocurre mencionar, por ejemplo, el Proyecto de la Sonda Deep que, después de un prolongado cortejo espacial, se pudo acoplar a su destino, en 2005, con el cometa Tempel 1. Más tarde, fue la Sonda Stardust la que se encontró con el Cometa, un lunes día de San Valentín, a unos 338 millones de km de distancia de la Tierra.

La última misión Stereo logró capturar imágenes en tres dimensiones del astro rey, y, los datos suministrados podrán ser utilizados en el campo de los pronosticos meteorológicos. Además, Stereo estudió el flujo de energía y materia entre el Sol y la Tierra.

Telescopio Kepler

Una lista de las 400 estrellas que son las mejores candidatas a tener en órbita planetas similares a la Tierra será hecha pública mañana por la NASA, a partir de los datos obtenidos por el telescopio espacial Kepler. Esta lista ha sido uno de los secretos mejor guardados de la astronomía durante siete meses, dando así ventajas a los 28 astrónomos del equipo científico de Kepler para intentar confirmar la existencia de planetas, lo que ha provocado protestas en otros astrónomos que buscan estos cuerpos celestes extrasolares.

El Proyecto Sloan Digital Survey III (SDSS-III) dio a conocer la imagen digital en color más grande jamás tomada de todo el cielo. La fotografía de más de un billón de píxeles fue elaborada en la última década con millones de instantáneas de 2,8 megapíxeles y el trabajo de cientos de personas.

Harían falta 500.000 televisores de alta difinición para poder verlas para poder verla en plena resolución. Gracias a su precisión, “proporcionará nueva oportunidades para muchos descubrimientos científicos en los próximos años.

También podríamos hablar de un Grupo Internaqcional de Astrónomos que hicieron el descubrimiento de una antigua y lejanísima “metrópoli galáctica” desconocida hasta ahora y situada a la increíble distancia de 12.600 millones de años luz de la Tierra. Se trata, con mucho, de la estructura de este tipo más lejana jamás detectada.

El gigantesco cúmulo de galaxias está situada a 12.600 millones de años luz de la Tierra

La formación es aún muy joven y destinada a convertirse en un cúmulo galáctico masivo como lo podríamos ver en la actualidad (han pasado 12.600 de años desde que está imagen era la que vemos).

Un sin fin de maravillas y nuevos hallazgos nos sorprenden cada día, y, nuestros científicos no tienen el tiempo necesario para procesar tantos datos e imágenes que, están debidamente clasificadas a la espera de su más minucioso estudio, y, en algunos de estos CD de archivo, podrían estar algunas de las respuestas tan largamente esperadas.

¡El Universo! El gran misterio: Todos los secretos por desvelar, todos los problemas por resolver.

¡Todas las respuestas!

emilio silvera

La luz la podemos ver de muchas maneras, y, los rayos son una forma de radiación electromagnética que se forman con las tormentas. Los rayos son el elemento más espectacular de una tormenta eléctrica. Por otra parte, también la materia que resulta ser energía, y, cualquier clase de materia, en las debidas circunstancias puede emitir luz, es decir, emite cuantos de luz: fotones que es la manera de expresarse de la materia bariónica que es la que podemos ver y forman las estrellas, las galaxias y también a nnosotros los seres vivos “inteligentes”.

Isaac Beeckman, en 1629, sugirió determinar la velocidad de la luz observando el reflejo de un cañonazo en un espejo distante, y Galileo Galilei en 1638 diseñó un experimento basado en la medida del tiempo transcurrido en el intercambio de señales luminosas entre dos personas.

En ambos casos, es fácil ver que interviene el tiempo de respuesta del ser humano, un factor limitante que echó por tierra sus intentos. En efecto, la velocidad es la distancia recorrida por una entidaqd dividida por el tiempo que necesita para recorrerla. Si queremos realizar medidas de una velocidad muy elevada, necesitamos medir tiempos muy pequeños, o bien disponer de distancias muy grandes. Esta última opción indica que la Astronomía puede ofrecernos soluciones interesantes. Precisamente fue el astrónomo danés Röemer (1644–1710) quien calculó en 1676, a partir de los eclipses de las lunas de Júpiter, que la velocidad de la luz era aproximadamente 225.302 km/s.

La reflexión de la luz, es un fenómeno que se produce practicamente en todas las superficies a las que llega. Gracias a ese fenómeno es por lo que nosotros podemos ver la mayoría de las cosas que nos rodean: los árboles, las montañas, los animales y a las personas. Sin embargo, no todos los objetos reflejan la luz de la misma forma. Algunos la reflejan de manera más ordenada que otros. Tampoco la luz tiene la misma velocidad en todos los medios por los que puede correr.

Además como en la atmósfera hay turbulencias, la densidad del aire varía permanentemente, haciendo cambiar la dirección en que llegan los rayos de luz, con lo cual las estrellas parecen estar cambiando de posición. Este fenómeno se conoce como titilación.

También desde una perspectiva astronómica, el Físico inglés James Bradley utilizó la aberración estelar (el desplazamiento aparente de las estrellas debido al movimiento de la Tierra alrededor del Sol) para determinar la velocidad de la luz en el vacío, obteniendo un valor de 3.o1 x 10⁸ ms ^-1 respectivamente (e. g. French 1988).

Más adelante llegarían aportaciones desde distintos campos de la Física. Así, con ayuda de ruedas dentadas o espejos rotatorios, los franceses Hippolyte Fizeau (1849) y Léon Foucault (1862), y el estadounidense Albert Michelson (1929) hicieron uso de montajes ópticos para obeter respectivamente, los valores 3.15 x 10⁸ ns ^-1, (2.980 ± 0.005) x 10⁸ ms ^-1 y (2.991 ± 0.0005) x 10⁸ ms ^-s. A partir de la determinación precisa de las unidades de carga eléctrica y magnética, Kohlraush y Weber (1857), y Dosey y Rosa (1907) obtuvieron los valores 3.1070 x 10⁸ ms ^-1 y (2.9979 ± 0.0003) x 10⁸ ms ^-1 respectivamente (vid Froome y Essen 1969).

Albert Abraham Michelson (Strzelno, Polonia, 19 de diciembre de 1852-Pasadena, Estados Unidos, 9 de mayo de 1931), fue un físico, conocido por sus trabajos acerca de laa velocidad de la louz.  Recibió el Premio Nobel de Física en 1907.

El valor adoptado para la velocidad de la Luz

Más recientemente, se suceden los experimentos, con precisiones crecientes, hasta que, en 1983, se define el metro como la distancia recorrida por la luz en el vacío en un intervalo de tiempo de 1/299792458 de segundo. De esta manera, se adopta un valor fijo para la velocidad de la luz en el vacío que, resulta ser de 299.792.458 metros por segundo.

El equipo de este trabajo, formado por Ivan Marti-Vidal (actualmente en Max Planck-Institut für Radioastronomie, en Alemania ), Sergio Jiménez Monferrer y Carlos Cruz Molina (del Departamento de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Valencia, finalizan el trabajo (del que he omitido toda la parte técnica, ecuaciones y explicaciones más engorrosas) diciendo:

“Hemos estimado la velocidad de la luz en el vacío usando un método observacional basado en el cronometraje de las ocultaciones de la luna joviana Ío, producida durante la primavera de 2007. Este método de medida es esencialmente el mismo similar al utilizado por Ole Römer en el año 1677, si bien nuestro método es una modernización del de Römer en varios aspectos, tanto en la toma de datos (con cronómetro), como en el tratamiento y análisis (ajustando los intervalos de tiempo entre ocultaciones con el método de mininos cuadrados). El valor estimado de esta manera para la velocidad de la luz es (2.85 ± 0.09) 10⁸ ms ^-s, un valor a poco más de una desviación estándar (1 sigma) del real.

Tanto el método observacional como el fundamento teórico en que éste se basa son bastante sencillos. Este experimento puede ser realizado sin problema a nivel de Instituto, sin requerir material de alto coste (sólo un  modesto telecopio y un reloj).

Aunque el trabajo está adornado y contiene algún que otro anexo, la base principal está en el trabajo publicado por los científicos antes mencionados en la Revista Española de Física, Volumen 24 nº 3 de 2010.

LA LUZ

De todos los fenómenos físicos, los relacionados con la luz posiblemente sean los más fascinantes e intrigantes. Las preguntas ¿qué es la luz?, ¿cómo es posible la visión?, ¿qué son los colores?, ¿cómo se forman los arco iris?, etc. han preocupado al ser humano desde siempre, siendo la historia de los esfuerzos por responderlas un aspecto central de las ciencias físicas.
El estudio de la luz, denominado óptica, normalmente se divide en dos secciones: Propagación de la luz, en que se abordar la óptica sobre la base de la noción de rayo de luz (razón por la cual se denomina óptica geométrica) y Naturaleza de la luz, en el que se estudia la óptica considerando la luz como un fenómeno ondulatorio (en este caso hablaremos de óptica física).

A) La rapidez de la luz

Según las referencias históricas, quien primero intentó medir la rapidez de la luz fue Galileo Galilei (1564-1642) haciendo señales con una lámpara a otra persona situada a una distancia conocida. Si bien el método empleado por Galileo no era incorrecto, la gran rapidez con que viaja la luz, hacía impracticable el experimento.

El primero en medir esta rapidez, en 1675, fue el astrónomo danés el Olaf Römer (1644 – 1710) a través de la observación de los satélites de Júpiter. Ellos giran alrededor de este planeta demorando cierto tiempo en completar una órbita. Cuando el planeta se encuentra más alejado de la Tierra, el movimiento de sus satélites parece retrasarse debido a que la luz que proviene de ellos demora más tiempo en recorrer una distancia mayor. La precisión obtenida con este método no fue muy buena, pero tuvo el mérito de probar que la luz no se propagaba de forma instantánea.

En 1849, Hippolyte Fizeau (1819 – 1896) mide la velocidad de la luz dentro de un laboratorio. Su método consistió en interceptar un rayo de luz reflejado en un espejo con los dientes de una rueda giratoria. El resultado de las mediciones indicaba que la luz tendría una rapidez de 313.274 km/s en el aire. Años más tarde, en 1880, el físico estadounidense Albert Michelson (1852-1931) logra mayor exactitud con una técnica similar. Su método consiste en hacer girar con la rapidez exacta un sistema de espejos en el que se refleja un rayo de luz. Hoy se define la rapidez de la luz, en el vacío, como 299.792.456 m/s y se la designa con la letra “c”. Para efectos de cálculo, a menos que se indique algo diferente, empleamos la aproximación c = 3 x 10⁸ m/s. Del mismo modo, aunque en el aire esta velocidad es levemente menro, también se emplea el mismo valor que par el vacío.

B) Los fenómenos de luz y sombra

Solamente mirando el borde de un objeto, como el marco de una puerta o una regla, sabemos si éste se ajusta o no a una recta. ¿Por qué? Porque intuitivamente partimos del hecho de que la luz se propaga en línea recta. Otra evidencia de su propagación rectilínea surge del análisis de las sombras. Si un punto P emite luz, una esfera opaca Q producirá en una pantalla o telón una sombra circular, tal como se ilustra en la figura.

Por otra parte, una mitad de la esfera estará iluminada y la otra estará sumida en la oscuridad. Si la fuente no es puntual, como se aprecia en la figura, veremos además una zona de penumbra.

Estos fenómenos de luz, sombra y penumbra son bastante habituales en la vida diaria, pero donde resultan espectaculares es en el ámbito astronómico, particularmente en el caso de los eclipses. En efecto, el día y la noche, las fases de la Luna y los eclipses de Sol y de Luna son fenómenos de luz y sombra. Las siguientes figuras ilustran estos fenómenos.

Fases Lunares

Las diferentes fases lunares para un observador en la Tierra, corresponden a la forma en que este satélite es iluminado por el Sol,

Eclipses
En la figura se observa como la luna proyecta su sombra sobre la Tierra,  generando un eclipse de Sol.

Cuando la Tierra proyecta su sombra sobre la Luna, oscureciéndola, estamos frente a un eclipse lunar.

Otro hecho que pone en evidencia la propagación rectilínea de la luz es la cámara oscura. Como es muy fácil de hacer, se recomienda que la construyas y realices algunas observaciones y experimentos con ella. Como se ilustra en la figura, basta una caja de cartón y un pedazo de papel diamante.

Bajo el mismo principio de la cámara oscura funcionan el ojo y la cámara fotográfica. Las principales partes del ojo humano se ilustran en la siguiente figura.

C) La reflexión de la luz y los espejos

La luz se refleja prácticamente en todas las superficies a las que llega. Gracias a este fenómeno es que podemos ver la mayoría de las cosas que nos rodean: los árboles, las montañas, los muebles y las personas. Sin embargo, no todos los objetos reflejan la luz de la misma forma. Algunos la reflejan más ordenadamente que otros.

¡Nuestros predecesores! Para ellos, era absolutamente evidente que la Tierra fuera estable y que estaba inmóvil. Éramos el centro del Universo. La ciencia occidental moderna parte de la negación de este axioma derivado del sentido común. Tal negación, origen y prototipo de las mayores paradojas de la ciencia, constituiría nuestra invitación a un mundo invisible e infinito. Llegó un día en que el hombre, se dio cuenta de la desnudez de sus sentidos. El Sentido común, pilar de la vida cotidiana, ya no servía para gobernar el mundo. En el momento en que el conocimiento “científico”, sofisticado, dio lugar a verdades incuestionables, las cosas dejaron de ser lo que parecían.

Las cosmologías antiguas utilizaban mitos pintorescos y convincentes para adornar los veredictos del sentido común y para describir los movimientos de los cuerpos celestes. En los muros de las tumbas de los faraones egipcios del valle de los Reyes encontramos vistosas representaciones del dios del aire sosteniendo la cúpula celeste por encima de la tierra. Asimismo, observamos que el dios del sol, Ra, conduce su barca cada día por el cielo y que, cada noche, en otra barca que surca las aguas por debajo de la tierra, retorna al punto de partida de su viaje diurno, que vuelve a iniciar. Como hemos visto, esta visión mítica no impidió que los egipcios elaboraran el más preciso de los calendarios solares, que fue utilizado durante miles de años. Para los egipcios, tales mitos tenían sentido, no contradecían lo que veían cada día y cada noche con sus ojos.

Con el tiempo, todo aquello cambió, y, la mente humana evolucionó. ¿Por qué se tomó Nicolás Copérnico tantas molestias para desplazar un sistema que era sostenido con firmeza por la experiencia cotidiana, la tradición y la autoridad? Cuánto más nos familiarizamos con la era de Copérnico, vemos con mayor claridad que los que no se dejaban convencer por él simplemente demostraban sensatez. Las pruebas de que disponían no exigían una revisión del sistema. Habrían de pasar varias décadas para que los astrónomos y matemáticos reunieran datos nuevos y hallaran nuevos instrumentos, y al menos un siglo para que los legos se convencieran de lo que era contrario al sentido común. Lo cierto es que, pese a todas las modificaciones ideadas por astrónomos y filósofos, el esquema antiguo no incluía todos los datos conocidos. Pero tampoco lo hizo la simplificación de Copérnico. Parece que no era la fuerza de los hechos sino una preocupación estética y metafísica lo que empujaba a Copérnico. Se le ocurrió que un sistema diferente sería mucho más hermoso. Su mente inquieta y su atrevida imaginación hicieron el resto. Como astrónomo, Copérnico no era más que un aficionado. No se ganaba la vida con la Astronomía ni con ninguna aplicación de esta ciencia. Al menos desde el punto de vista actual, era extraordinariamente polifacético, lo que le sitúa en la línea central del alto Renacimiento. Nació cuando Leonardo da Vinci se encontraba en plena actividad y fue contemporáneo de Miguel Ángel.
Copérnico se daba cuenta de que su sistema parecía transgredir el sentido común. Por esa misma razón, sus amigos habían tenido que “instarlo e incluso apremiarlo hasta el fastidio” para que publicara la obra. “Insistían en que, si bien era posible que al principio mi teoría sobre el movimiento de la Tierra pareciera extraña, resultaría admirable y aceptable una vez que la publicación de mis comentarios aclaratorios disipara las brumas de la paradoja”.

Con todo esto, sólo quiero dejar una pequeña muestra de la dificultad con la que hemos ido avanzando en el camino de la Ciencia. No siempre ha sido un camino de rosas el poder enseñar al mundo la verdadera faz de la Naturaleza, todo vez que, el mundo, la que veía era otra muy distinta y, sus sentidos, se negaban a admitir que las cosas pudieran ser diferentes a como ellos la podían ver.

Galileo por Leoni

Galileo que era un científico de vocación, escribió un libro que se trataba de “dos ciencias nuevas”, una que se ocupaba de la mecánica y otra de la resistencia de los materiales. Como era costumbre en la época, también ese libro fue escrito en italiano y adoptó la forma de diálogo sostenido entre los personajes Salvati, Sagredo y Simplicio. Dado que la Inquisición había prohibido todos sus libros, la obra hubo de ser sacada furtivamente del país para que la publicaran los Elzevir en Leyden. Este fue el último libro de Galileo y en él ponía los cimientos sobre los cuales Huygens y Newton construirían la ciencia de la dinámica y, finalmente, una teoría de la gravitación universal.

El microscopio y el telescopio fueron ambos productos de la misma era, pero mientras que Copérnico y Galileo se han convertido en héroes populares, en los profetas de la modernidad, Hooke y Leeuwenhoek, sus equivalentes en el mundo microscópico, han quedado relegados al panteón de las ciencias especializadas. Copérnico y Galileo desempeñaron importantes papeles en la tan conocida batalla entre “ciencia” y “religión”; no sucedió lo mismo con Hooke y Leewwenhoek.

Los astrónomos de todo el planeta conmemoran este martes el cuarto centenario del reconocimiento oficial por parte de las autoridades de la República de Venecia del primer telescopio, un invento del científico italiano Galileo Galilei (1564-1642) que cambió para siempre el rumbo de la Astronomía.

No se sabe quién inventó el microscopio. El principal candidato es Zacharias Jansen, humilde fabricante de anteojos de Middelburg. Si sabemos que el microscopio como las gafas y el telescopio, se usaban mucho antes de que se comprendieran los principios de la óptica, y probablemente su invención fue tan accidental como la del telescopio. No podía haber sido inventado por alguien que quisiera echar una mirada al mundo microscópico nunca imaginado hasta entonces.

Poco después de que fueran fabricados los primeros telescopios, la gente los utilizaba para ver ampliados objetos cercanos. En 1614, Galileo le decía a un visitante: “Con este tubo he visto moscas que parecían tan grandes como corderos, y he comprobado que están cubiertas de pelo y tienen unas uñas muy afiladas mediante las cuales se sostienen y andan sobre el cristal, aunque estén patas arriba, insertando la punta de las uñas en los poros del cristal”.

El aparato llamó la atención del ejército para tener más localizado al enemigo lejano. Más tarde, a Galileo se le ocurrió apuntar su telescopio hacia el cielo, y, ya nunca lo apartó de él. Con aquel simple movimiento, él, cambiaría el mundo y, la Tierra, entró a formar parte de un Sistema mayor que ahora llamamos Universo.

Claro que, lo mismo que se descubrió el mundo de lo muy grande, y, paralelamente, también se descubriría el mundo de lo muy pequeño.
Al igual que el Telescopio había unido la Tierra y los cuerpos celestes más distantes en un solo esquema de pensamiento, las imágenes del microscópio revelaban un mundo minúsculo que se asemejaba de modo sorprendente al que se veía diariamente a gran escala. En Historias Insectorum Generalis, Jan Swammerdam desmostraba que los insectos, como los animales “superiores” poseían una intrincada anatomía y no se reproducían por generación espontánea. En el microscopio vio que los insectos se desarrollaban igual que el hombre, por epigénesis, o desarrollo gradual de un órgano después de otro. Con todo, sobrevivió la creencia en otras formas de generación espontánea, hasta que, en el siglo XIX, Luis Pasteur realizó sus brillantes experimentos.

Bacterias.

El microscopio abrió las puertas de oscuros continentes en los que nunca se había entrada con anterioridad y que en muchos sentidos eran fáciles de explorar. Las grandes travesías marítimas habían exigido grandes inversiones, en genio organizador, capacidad de liderazgo y el de carisma de personajes como Colón, Magallanes o Vasco de Gama. La exploración astronómica exigía coordinación de las exploraciones realizadas en distintos lugares y con medios cada vez más costosos. Pero un hombre sólo, situado en cualquier parte con un microscopio, podía aventurarse por vez primera por vericuetos a los que no habían llegado los expertos navegantes o los valerosos pilotos.

Antoni van Leeuwenhoek fue con su microscopio el primer promotor de esta nueva ciencia de la exploración de otros mundos que resultaron estar en este. Sería bonito relatar aquí la historia del personaje pero, no tenemos el espacio necesario para ello.

Os contaré que, en una ocasión, disponiendo de un microscópico, comenzó a buscar algo que hace con él. En septiembre de 1674, por pura curiosidad, llenó un frasco de cristal de un agua turbia y verdosa, que la gente de campo llamaba “rocío de miel”, procedente de un lago pantanoso situado a tres kilómetros de Delft, y bajo la mente de aumento descubrió “muchísimos animáculos diminutos”. A continuación dirigió su microscopio hacia una gota de agua de pimienta, infusión a base de pimienta negra utilizada en sus observaciones:

“Entonces vi con claridad que se trataba de pequeñas anguilas o lombrices apiñadas y culebreando, igual que si viera en un charco lleno de pequeñas anguilas y agua, todas retorciéndose por encima de otras, y parecía que toda el agua estaba vivía y llena de estos múltiples animáculos. Para mí, ésta fue, entre todas las maravillas que he descubierto en la naturaleza, la más maravillosa de todas; y he de decir, en lo que a mí concierne,  que no se ha presentado ante mis ojos ninguna visión más agradable que esos miles de criaturas vivientes, todas vivas en un diminuta gota de agua, moviéndose unas junto a otras, y cada una de ellas con su propio movimiento…”

Escherichia coli

Borrelia burgdorferi

Cyanobacterium

Anabaena sp. (cyanobacterium) and Netrium and Zygnema sp. (green algae)

Holospora undulata

Chromatium

Achromatium

Tras descubrir el mundo de las bacterias, Leeuwenhoek prosiguió la tarea dignificando a estos individuos. Contradiciendo los dogmas aristotélicos relativos a los “animales inferiores”, declaró que cada uno de estos animáculos disponía de la dotación completa de órganos corporales necesarios para el tipo de vida que llevaba.

Con todo este pequeño recorrido, en el que he tomado algunos ejemplos al azar, sólo he querido significar que, la Ciencia, a lo largo de la historia de la Humanidad, ha ido tomando diversos caminos y, unas veces debido a mentes preclaras que tenían el don de “ver” lo que otros no podían, y, otras veces, por hechos del destino y la casualidad o el azar, el hombre, ha podido ir avanzando y conociendo el mundo en el que le ha tocado vivir y, al decir mundo, me refiero no sólo a la Tierra, sino que, me estoy refiriendo al Universo, tanto de lo grande como de lo pequeño. Ahora sabemos que, si nosotros estamos aquí, tal presencia es posible gracias a la existencia de esos minúsculos animáculos que descubriera Leeuwenhoek que, en sus diferentes dominios, hacen lo necesario para que nosotros podamos vivir en simbiosis con ellos y, además, son los verdaderos responsables del clima del planeta que nos permite llevar una vida tranquila gracias a la atmósfera que dichos bichitos fabrican para nosotros.

¡La Ciencia! Son tantas cosas.

emilio silvera

Mucho tiempo ha pasado desde que esta imagen era el presente, y, sin embargo, para el Universo supone una ínfima fracción marcada por el Tic Tac Cósmico de las estrellas y galaxias que conforman la materia de la que provenimos.

“La ciencia no puede resolver el misterio final de la Naturaleza.  Y esto se debe a que, en el último análisis, nosotros somos parte del misterio que estamos tratando de resolver”.

Max Planck

De acuerdo con su perspectiva universal, en 1.899 Planck propuso que se construyeran unidades naturales de masa, longitud y tiempo a partir de las constantes más fundamentales de la naturaleza: la constante de gravitación G, la velocidad de la luz c y la constante de acción h, que ahora lleva el nombre de Planck. La constante de Planck determina la mínima unidad de cambio posible en que pueda alterarse la energía, y que llamó “cuanto”. Las unidades de Planck son las únicas combinaciones de dichas constantes que pueden formarse en dimensiones de masa, longitud, tiempo y temperatura. Se conocen como las Unidades de Planck.

Mp =	(hc/G)½ =	5’56 × 10-5 gramos
Lp =	(Gh/c3) ½ =	4’13 × 10-33 centímetros
Tp =	(Gh/c5) ½ =	1’38 × 10-43 segundos
Temp.p =	K-1 (hc5/G) ½ =	3’5 × 1032      ºKelvin

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

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

Planck, en sus palabras finales alude a la idea de observadores en otro lugar del universo que definen y entienden estas cantidades de la misma manera que nosotros, ya que, al ser números naturales que no inventaron los hombres, todos los seres inteligentes del Universo  tendrían que hallar el mismo resultado.

La creciente distancia entre la imagen del mundo físico y el mundo de los sentidos no significa otra cosa que una aproximación progresiva al mundo real.” Nos decía Planck. Su intuición le llevaba a comprender que, con el paso del tiempo, nosotros estaríamos adquiriendo por medio de pequeñas mutaciones, más amplitud en nuestros sentidos, de manera tal que, sin que nos diéramos cuenta nos estábamos acercando más y más al mundo real.

Una de las paradojas de nuestro estudio del universo circundante es que a medida que las descripciones de su funcionamiento se hacen más precisas y acertadas, también se alejan cada vez más de toda la experiencia humana.Nuestros sentidos nos traicionan y nos hacen ver, a través de nuestras mentes, un mundo distinto al real, es decir, nosotros configuramos nuestra propia “realidad” de esa otra realidad verdadera que está presente en la Naturaleza y que no siempre podemos contemplar.

No debemos descartar la posibilidad de que seamos capaces de utilizar las unidades de Planck-Stoney para clasificar todo el abanico de estructuras que vemos en el universo, desde el mundo de las partículas elementales hasta las más grandes estructuras astronómicas.  Este fenómeno se puede representar en un gráfico que recree la escala logarítmica de tamaño desde el átomo a las galaxias. Todas las estructuras del universo existen porque son el equilibrio de fuerzas dispares y competidoras que se detienen o compensan las unas a las otras; la atracción y la repulsión. Ese es el equilibrio de las estrellas donde la repulsión termonuclear tiende a expandirla y la atracción (contracción) de su propia masa tiende a comprimirla; así, el resultado es la estabilidad de la estrella. En el caso del planeta Tierra, hay un equilibrio entre la fuerza atractiva de la gravedad y la repulsión atómica que aparece cuando los átomos se comprimen demasiado juntos. Todos estos equilibrios pueden expresarse aproximadamente en términos de dos números puros creados a partir de las constantes e, h, c, G y m_protón.

Grandes cúmulos de galaxias

La identificación de constantes adimensionales de la naturaleza como a (alfa) y a_G, junto con los números que desempeñan el mismo papel definitorio para las fuerzas débil y fuerte de la naturaleza, nos anima a pensar por un momento en mundos diferentes del nuestro. Estos otros mundos pueden estar definidos por leyes de la naturaleza iguales a las que gobiernan el universo tal como lo conocemos, pero estarán caracterizados por diferentes valores de constantes adimensionales. Estos cambios numéricos alterarán toda la fábrica de los mundos imaginarios. Los átomos pueden tener propiedades diferentes. La gravedad puede tener un papel en el mundo a pequeña escala.  La naturaleza cuántica de la realidad puede intervenir en lugares insospechados.

Lo único que cuenta en la definición del mundo son los valores de las constantes adimensionales de la naturaleza (así lo creían Einstein y Planck).  Si se duplica el valor de todas las masas no se puede llegar a saber, porque todos los números puros definidos por las razones de cualquier par de masas son invariables.

Extraños mundos que pudieran ser

Después llegó Dirac (el que predijo la existencia del positrón) y, por una serie de números y teorías propuestas  Eddintong en aquellos tiempos, decidió abandonar la constancia de la constante de gravitación de Newton, G. Sugirió que estaba decreciendo en proporción directa a la edad del universo en escalas de tiempo cósmicas. Es decir, la Gravedad en el pasado era mucho más potente y se debilitaba con el paso del tiempo.

Así pues, en el pasado G era mayor y en el futuro será menor que lo que mide hoy. Ahora veremos que  la enorme magnitud de los tres grandes números (10⁴⁰, 10⁸⁰ y 10¹²⁰) es una consecuencia de la gran edad del universo: todas aumentan con el paso del tiempo.

La propuesta de Dirac provocó un revuelo entre un grupo de científicos vociferantes que inundaron las páginas de las revistas especializadas de cartas y artículos a favor y en contra. Dirac, mientras tanto, mantenía su calma y sus tranquilas costumbres, pero escribió sobre su creencia en los grandes números cuya importancia encerraba la comprensión del universo con palabras que podrían haber sido de Eddington, pues reflejan muy estrechamente la filosofía de la fracasada “teoría fundamental”.

“¿No cabría la posibilidad de que todos los grandes sucesos presentes correspondan a propiedades de este Gran Número [10⁴⁰] y, generalizando aún más, que la historia entera del universo corresponda a propiedades de la serie entera de los números naturales…? Hay así una posibilidad de que el viejo sueño de los filósofos de conectar la naturaleza con las propiedades de los números enteros se realice algún día”.

La propuesta de Dirac levantó controversias entre los físicos, y Edward Teller en 1.948, demostró que si en el pasado la gravedad hubiera sido como dice Dirac, la emisión de la energía del Sol habría cambiado y la Tierra habría estado mucho más caliente en el pasado de lo que se suponía normalmente, los océanos habrían estado hirviendo en la era precámbrica, hace doscientos o trescientos millones de años, y la vida tal como la conocemos no habría sobrevivido, pese a que la evidencia geológica entonces disponible demostraba que la vida había existido hace al menos quinientos millones de años.

El eufórico George Gamow era buen amigo de Teller y respondió al problema del océano hirviente sugiriendo que podía paliarse si se suponía que las coincidencias propuestas por Dirac eran debidas a una variación temporal en e, la carga del electrón, con e² aumentando con el tiempo como requiere la ecuación.

Océano hirviente de fango

Por desgracia, la propuesta de Gamow de una e variable tenía todo tipo de consecuencias inaceptables para la vida sobre la Tierra. Pronto se advirtió que la sugerencia de Gamow hubiera dado como resultado que el Sol habría agotado hace tiempo todo su combustible nuclear, no estaría brillando hoy si e² crece en proporción a la edad del universo. Su valor en el pasado demasiado pequeño habría impedido que se formaran estrellas como el Sol. Las consecuencias de haber comprimido antes su combustible nuclear, el hidrógeno, hubiera sido la de convertirse primero en gigante roja y después en enana blanca y, por el camino, en el proceso, los mares y océanos de la Tierra se habrían evaporado y la vida habría desaparecido de la faz del planeta.

Gamow tuvo varias discusiones con Dirac sobre estas variantes de su hipótesis de G variable. Dirac dio una interesante respuesta a Gamow con respecto a su idea de la carga del electrón, y con ello la constante de estructura fina, pudiera estar variando.

Recordando sin duda la creencia inicial de Eddington en que la constante de estructura fina era un número racional, escribe a Gamow en 1.961 hablándole de las consecuencias cosmológicas de su variación con el logaritmo de la edad del universo.

“Es difícil formular cualquier teoría firme sobre las etapas primitivas del universo porque no sabemos si hc/e² es constante o varía proporcionalmente a log(t). Si hc/e² fuera un entero tendría que ser una constante, pero los experimentadores dicen ahora que no es un entero, de modo que bien podría estar variando. Si realmente varía, la química de las etapas primitivas sería completamente diferente, y la radiactividad también estaría afectada. Cuando empecé a trabajar sobre la gravedad esperaba encontrar alguna conexión entre ella y los neutrinos, pero esto ha fracasado.”

Dirac no iba a suscribir una e variable fácilmente, como solución al problema de los grandes números. Precisamente, su trabajo científico más importante había hecho comprensible la estructura de los átomos y el comportamiento del electrón, y dijo que existía el positrón. Todo ello basado en la hipótesis, compartida por casi todos, de que e era una verdadera constante, la misma en todo tiempo y todo lugar en el universo, un electrón y su carga negativa eran exactas en la Tierra y en el más  alejado planeta de la más alejada estrella de la galaxia Andrómeda. Así que Gamow pronto abandonó la teoría de la e variable y concluyo que:

“El valor de e se mantiene en pie como el Peñón de Gibraltar durante los últimos 6×10⁹ años.”

El Peñón de Gibraltar

Pero lo que está claro es que, como ocurre siempre en ciencia, la propuesta de Dirac levantó una gran controversia que llevó a cientos de físicos a realizar pruebas y buscar más a fondo en el problema, lo que dio lugar a nuevos detalles importantes sobre el tema.

Alain Turing, pionero de la criptografía, estaba fascinado por la idea de la gravedad variable de Dirac, y especuló sobre la posibilidad de probar la idea a partir de la evidencia fósil, preguntando si “un paleontólogo podría decir, a partir de la huella de un animal extinto, si su peso era el que se suponía”.

El gran biólogo J.B.S. Haldane se sintió también atraído por las posibles consecuencias biológicas de las teorías cosmológicas en que las “constantes” tradicionales cambian con el paso del tiempo o donde los procesos gravitatorios se despliegan de acuerdo con un reloj cósmico diferente del de los procesos atómicos (¿será precisamente por eso que la relatividad general – el cosmos –, no se lleva bien con la mecánica cuántica – el átomo –?).

Tales universos de dos tiempos habían sido propuestos por Milne y fueron las primeras sugerencias de que G podría no ser constante. Unos procesos, como la desintegración radiactiva o los ritmos de interacción molecular, podrían ser constantes sobre una escala de tiempo pero significativamente variables con respecto a la otra. Esto daba lugar a un escenario en el que la bioquímica que sustentaba la vida sólo se hacía posible después de una particular época cósmica, Haldane sugiere que:

“Hubo, de hecho, un momento en el que se hizo posible por primera vez vida de cualquier tipo, y las formas superiores de vida sólo pueden haberse hecho posibles en una fecha posterior.  Análogamente, un cambio en las propiedades de la materia puede explicar algunas de las peculiaridades de la geología precámbrica.”

Este imaginativo escenario no es diferente del que ahora se conoce como “equilibrio interrumpido”, en el que la evolución ocurre en una sucesión discontinua de brotes acelerados entre los que se intercalan largos periodos de cambio lento. Sin embargo, Haldane ofrece una explicación para los cambios.

Lo que tienen en común todas estas respuestas a las ideas de Eddington y Dirac es una apreciación creciente de que las constantes de la naturaleza desempeñan un papel cosmológico vital:

Existe un lazo entre la estructura del universo en conjunto y las condiciones locales internas que se necesitan para que la vida se desarrolle y persista. Si las constantes tradicionales varían, entonces las teorías astronómicas tienen grandes consecuencias para la biología, la geología y la propia vida.

No podemos descartar la idea ni abandonar la posibilidad de que algunas “constantes” tradicionales de la naturaleza pudieran estar variando muy lentamente durante el transcurso de los miles de millones de años de la historia del universo. Es comprensible por tanto el interés por los grandes números que incluyen las constantes de la naturaleza. Recordemos que Newton nos trajo su teoría de la Gravedad Universal, que más tarde mejora Einstein y que, no sería extraño, en el futuro mejorará algún otro con una nueva teoría más completa y ambiciosa que explique lo grande (el cosmos) y lo pequeño (el átomo), las partículas (la materia) y la energía por interacción de las cuatro fuerzas fundamentales.

¿Será la teoría de Supercuerdas ese futuro?

emilio silvera

Acabo de pensar en la Relatividad y eso me recuerda la Física, esa rama del saber que estudia las leyes que determinan la estructura del Universo con referencia a la materia y la energía de la que está constituido. La Física  se ocupa de las fuerzas que existen entre los objetos y las interrelaciones entre la materia y la energía. Tradicionalmente, el estudio se dividía en campos separados: calor, luz, sonido, electricidad, magnetismo y mecánica. Desde el siglo pasado, sin embargo, la mecánica cuántica y la física relativista han sido cada vez más importantes: física atómica, nuclear, y, física de partículas.

• La física de los cuerpos astronómicos y sus interacciones recibe el nombre de astrofísica; la de la Tierra es conocida como geofísica, y el aspecto físico dedicado a estudiar la vida, es la biofísica.
• La física moderna está marcada por el año  1.900 con el cuanto de Planck, origen de la mecánica cuántica, y, el año 1.905, donde Einstein comenzó su ciclo de la relatividad especial que finalizó en 1.915, con la relatividad general.

Moléculas, átomos y conexiones para formar pensamientos

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

La cosmología  sugiere que esta relación resulta del curso de la historia cósmica, que los quarks se unieron primero, en la energía extrema del big bang original, y que a medida que el Universo se expandió, los protones y neutrones compuestos de quarks se unieron para formar núcleos de átomos, los cuales, cargados positivamente, atrajeron a los electrones cargados con electricidad negativa estableciéndose así como átomos completos, que al unirse formaron moléculas.

Si es así, cuanto más íntimamente examinemos la Naturaleza, tanto más lejos hacia atrás vamos en el tiempo.   Alguna vez he puesto el ejemplo de mirar algo que no es familiar, el dorso de la mano, por ejemplo, e imaginemos que podemos observarlo con cualquier aumento deseado.

Con un aumento relativamente pequeño, podemos ver las células de la piel, cada una con un aspecto tan grande y  complejo como una ciudad, y con sus límites delineados por la pared celular.  Si elevamos el aumento, veremos dentro de la célula una maraña de ribosomas serpenteando y mitocondrias ondulantes, lisosomas esféricos y centríolos, cuyos alrededores están llenos de complejos órganos dedicados a las funciones respiratorias, sanitarias y de producción de energía que mantienen a la célula.

Ya ahí tenemos pruebas de historia.  Aunque esta célula particular solo tiene unos pocos años de antigüedad, su arquitectura se remonta a más de mil millones de años, a la época en que aparecieron en la Tierra las células eucariota o eucarióticas como la que hemos examinado.

Para determinar dónde obtuvo la célula el esquema que le indicó como formarse, pasemos al núcleo y contemplemos los delgados contornos de las macromoléculas de ADN segregadas dentro de sus genes.  Cada una contiene una rica información genética acumulada en el curso de unos cuatro mil millones de años de evolución.

Almacenado en un alfabeto de nucleótidos de  cuatro “letras”- hecho de moléculas de azúcar y fosfatos, y llenos de signos de puntuación, reiteraciones para precaver contra el error, y cosas superfluas acumuladas en los callejones sin salida de la historia evolutiva-, su mensaje dice exactamente cómo hacer un ser humano, desde la piel y los huesos hasta las células cerebrales.

Si elevamos más el aumento veremos que la molécula de ADN está compuesta de muchos átomos, con sus capas electrónicas externas entrelazadas y festoneadas en una milagrosa variedad de formas, desde relojes de arena hasta espirales ascendentes como largos muelles y elipses grandes como escudos y fibras delgadas como puros.  Algunos de esos electrones son recién llegados, recientemente arrancados a átomos vecinos; otros se incorporaron junto a sus núcleos atómicos hace más de cinco mil millones de años, en la nebulosa de la cual se formó la Tierra.

¿Qué no podremos hacer cuando conozcamos la naturaleza real del átomo y de la luz? El fotón,  ese cuánto de luz que parece tan insignificante, nos tiene que dar muchas satisfacciones y, en él, están escondidos secretos que, cuando sean revelados, cambiará el mundo. Esa imagen de arriba que está inmersa en nosotros en en todo el Universo, es la sencilles de la complejidad. A partir de ella, se forma todo: la muy pequeño y lo muy grande.

Si elevamos el aumento cien mil veces, el núcleo de un átomo de carbono se hinchará hasta llenar el campo de visión.   Tales núcleos y átomos se formaron dentro de una estrella que estalló mucho antes de que naciera el Sol.  Si podemos aumentar aún más, veremos los tríos de quarks que constituyen protones y neutrones.

Los quarks han estado unidos desde que el Universo sólo tenía unos pocos segundos de edad.

Al llegar a escalas cada vez menores, también hemos entrado en ámbitos de energías de unión cada vez mayores.  Un átomo puede ser desposeído de su electrón aplicando sólo unos miles de electrón-voltios de energía.  Sin embargo, para dispersar los nucleones que forman el núcleo atómico se requieren varios millones de electrón-voltios, y para liberar los quarks que constituyen cada nucleón se necesitaría cientos de veces más energía aún.

Uno de los misterios de la naturaza, están dentro de los protones y netrones que, confromados por Quarks, resulta que, si estos fueran liberados, tendrían independientemente, más energía que el protón que conformaban. ?cómo es posible eso?

Introduciendo el eje de la historia, esta relación da testimonio del pasado de las partículas: las estructuras más pequeñas, más fundamentales están ligadas por niveles de energía mayores porque las estructuras mismas fueron forjadas en el calor del big bang.

Esto implica que los aceleradores de partículas, como los telescopios, funcionen como máquinas del tiempo.  Un telescopio penetra en el pasado en virtud del tiempo que tarda la luz en desplazarse entre las estrellas; un acelerador recrea, aunque sea fugazmente, las condiciones que prevalecían en el Universo primitivo.

El acelerador de 200 Kev diseñado en los años veinte por Cockroft y Walton reproducía algunos de los sucesos que ocurrieron alrededor de un día después del comienzo del big bang.

Los aceleradores construidos en los años cuarenta y cincuenta llegaron hasta la marca de un segundo.  El Tevatrón del Fermilab llevó el límite a menos de una milmillonésima de segundo después del comienzo del Tiempo.  El nuevo LHC proporcionara un atisbo del medio cósmico cuando el Universo tenía menos de una billonésima de segundo de edad.

Esta es una edad bastante temprana: una diez billonésima de segundo es menos que un pestañeo con los párpados en toda la historia humana registrada.  A pesar de ello, extrañamente, la investigación de la evolución del Universo recién nacido indica que ocurrieron muchas cosas aún antes,  durante la primera ínfima fracción de un segundo.

Todos los teóricos han tratado de elaborar una explicación coherente de los primeros momentos de la historia cósmica.  Por supuesto, sus ideas fueron esquemáticas e incompletas, muchas de sus conjeturas, sin duda, se juzgaran deformadas o sencillamente erróneas, pero constituyeron una crónica mucho más esclarecedora del Universo primitivo que la que teníamos antes.

A los cien millones de años desde el comienzo del tiempo, aún no se habían formado las estrellas, si acaso, algunas más precoces.  Aparte de sus escasas y humeantes almenaras, el Universo era una sopa oscura de gas hidrógeno y helio, arremolinándose aquí y allá para formar protogalaxias.

He aquí la primera imagen jamás obtenida de antimateria, específicamente un “anti-átomo” de anti-hidrógeno. Este experimento se realizó en el Aparato ALPHA de CERN, en donde los anti-átomos fueron retenidos por un récord de 170 milisegundos (se atraparon el 0.005% de los anti-átomos generados).

A la edad de mil millones de años, el Universo tiene un aspecto muy diferente.  El núcleo de la joven Vía Láctea arde brillantemente, arrojando las sobras de cumulonimbos galácticos a través del oscuro disco; en su centro brilla un quasar blanco-azulado.  El disco, aún en proceso de formación, es confuso y está lleno de polvo y gas; divide en dos partes un halo esférico que será oscuro en nuestros días, pero a la sazón corona la galaxia con un brillante conjunto de estrellas calientes de primera generación.

Nuestras galaxias vecinas del supercúmulo de Virgo están relativamente cerca; la expansión del Universo aún no ha tenido tiempo de alejarlas a las distancias-unas decenas de millones de años-luz a las que las encontraremos ahora.   El Universo es aún altamente radiactivo.  Torrentes de rayos cósmicos llueven a través de nosotros en cada milisegundo, y si hay vida en ese tiempo, probablemente está en rápida mutación.

Hay algo que es conocido por el término técnico de desacoplamiento de fotones, en ese momento, la oscuridad es reemplazada por una deslumbrante luz blanca, ocurrió cuando el Universo tenía un millón de años.   El ubicuo gas cósmico en aquel momento se había enrarecido los suficientes como para permitir que partículas ligeras – los fotones – atraviesen distancias grandes sin chocar con partículas de materia y ser reabsorbidas.

(Hay gran cantidad de fotones en reserva, porque el Universo es rico en partículas cargadas eléctricamente, que generan energía electromagnética, cuyo cuanto es el fotón.

Es esa gran efusión de luz, muy corrida al rojo y enrarecida por  la expansión del Universo, la que los seres humanos, miles de millones de años después, detectarán con radiotelescopios y la llamaran la radiación cósmica de fondo de microondas. Esta época de “sea la luz” tiene un importante efecto sobre la estructura de la materia.  Los electrones, aliviados del constante acoso de los fotones, son ahora libres de establecerse en órbita alrededor de los núcleos, formando átomos de hidrógeno y de helio. Disponiendo de átomos, la química puede avanzar, para conducir, mucho tiempo después, a la formación de alcohol y formaldehído en las nubes interestelares y la construcción de moléculas bióticas en los océanos de la Tierra primitiva. La temperatura ambiente del Universo se eleva rápidamente cuanto más marchamos hacia atrás en el tiempo, a los cinco minutos del big bang es de 1.000 millones K.

Por elevada que sea esta energía, a la edad de cinco minutos el Universo ya se ha enfriado lo suficiente para que los nucleones permanezcan unidos y formen núcleos atómicos.  Vemos a protones y neutrones unirse para formar núcleos de deuterio (una forma de hidrógeno), y a los núcleos de deuterio aparearse para formar núcleos de helio (dos protones y  dos neutrones).

De esta manera, un cuarto de toda la materia del Universo se combina en núcleos de helio, junto con rastros de deuterio, helio-3 (dos protones y un neutrón) y litio.   Todo el  proceso termina en tres minutos y veinte  segundos. Por encima de este punto -antes de alrededor de un minuto y cuarenta segundos desde el comienzo del tiempo- no hay núcleos atómicos estables.  El nivel de energía en el ambiente es mayor que la energía de unión nuclear. Por consiguiente, todos los núcleos que se forman, se destruyen de nuevo rápidamente.

Muy espectacular…, todo era una enorme conformación de materia energética

Alrededor de un segundo desde el comienzo del tiempo, llegamos a la época de desacoplamiento de los neutrinos.  Aunque en esa época el Universo es muy denso (y tan caliente como la explosión de una bomba de hidrógeno), ya ha empezado a parecer vacío a los neutrinos.  Puesto que los neutrinos sólo reaccionan a la fuerza débil, que tiene un alcance extremadamente corto, ahora pueden escapar de sus garras y volar indefinidamente sin experimentar ninguna otra interacción.

Así, emancipados, en lo sucesivo son libres de vagar por el Universo a su manera indiferente, volando a través de la mayor parte  de la materia como si no existiese. (Diez trillones de neutrinos atravesarán sin causar daños el cerebro y el cuerpo del lector en el tiempo que le lleve leer esta frase.  Y en el tiempo en que usted haya leído esta frase estarán más lejos que la Luna).

De esa manera, oleadas de neutrinos liberados en un segundo después del big bang persiste aún después, formando una radiación cósmica de fondo de neutrinos semejante a la radiación de fondo de microondas producida por el desacoplamiento de los fotones.

Si estos neutrinos “cósmicos” (como se los llama para diferenciarlos de los neutrinos liberados más tarde por las supernovas) pudiesen ser observador por un telescopio de neutrinos de alguna clase, proporcionarían una visión directa del Universo cuando sólo tenía un segundo.

A medida que retrocedemos en el tiempo, el Universo se vuelve más denso y más caliente, y el nivel de  estructura que puede existir se hace cada vez más rudimentario.

Eso sí, imágenes de todo tipo mediante las cuáles se nos quiere hacer ver que, la materia oscura  está ahí presente, sin embargo, nada de lo que estamos viendo es materia  son filamentos de plasma, polvo y gas interestelar, y otros objetos y sustancias que en el Universo se producen mediante la química de la energía de las estrellas presente en esos lugares pero, “materia oscura” me parece que no. Claro que, una caso no se puede discutir, alguna clase de “materia” (o lo quen sea) estaba allí presente para hacer posible que surgieran las primeras estrellas y galaxias.

Por supuesto, en ese tiempo, no hay moléculas, ni átomos, ni núcleos atómicos, y, a 10-⁶ (0.000001) de segundo después del comienzo del tiempo, tampoco hay neutrones ni protones.  El Universo es un océano de quarks libres y otras partículas elementales.

Si nos tomamos el trabajo de contarlos, hallaremos que por cada mil millones de antiquarks existen mil millones y un quark.  Esta asimetría es importante.  Los pocos quarks en exceso destinados a sobrevivir a la aniquilación general quark-antiquark formaran todos los átomos de materia del Universo del último día.  Se desconoce el origen de la desigualdad; presumiblemente obedezca a la ruptura de una simetría materia antimateria en alguna etapa anterior.

Nos aproximamos a un tiempo en que las estructuras básicas de las leyes naturales, y no sólo las de las partículas y campos cuya conducta dictaban, cambiaron a medida que evolucionó el Universo.

La primera transición semejante se produjo en los 10^-11 de segundo después del comienzo del tiempo, cuando las funciones de las fuerzas débiles y electromagnéticas se regían por una sola fuerza, la electrodébil.  Ahora hay bastante energía ambiente para permitir la creación y el mantenimiento de gran número de bosones W y Z.

Estas partículas – las mismas cuya aparición en el acelerador del CERN verificó la teoría electrodébil – son las mediadoras intercambiables en las interacciones de fuerzas electromagnéticas y débiles, lo que las hace indistinguibles.  En ese tiempo, el Universo está gobernando sólo por tres fuerzas: la gravedad, la interacción nuclear fuerte y la electrodébil.

Más atrás de ese tiempo nos quedamos en el misterio y envueltos en una gran nebulosa de ignorancia.  Cada uno se despacha a su gusto para lanzar conjeturas y teorizar sobre lo que pudo haber sido.   Seguramente, en el futuro, será la teoría M (de supercuerdas) la que contestará esas preguntas sin respuestas ahora.

En los 10^-35 de segundo desde el comienzo del tiempo, entramos en un ámbito en el que las condiciones cósmicas son aún menos conocidas.  Si las grandes teorías unificadas son correctas, se produjo una ruptura de la simetría por la que la fuerza electronuclear unificada se escindió en las fuerzas electrodébil y las fuertes.  Si es correcta la teoría de la supersimetría, la transición puede haberse producido antes, había involucrado a la gravitación.

Elaborar una teoría totalmente unificada es tratar de comprender lo que ocurrió en ese tiempo remoto que, según los últimos estudios está situado entre 15.000 y 18.000 millones de años, cuando la perfecta simetría que, se pensaba, caracterizó el Universo, se hizo añicos para dar lugar a los simetrías rotas que hallamos a nuestro alrededor y que nos trajo las fuerzas y constantes Universales que, paradójicamente, hicieron posible nuestra aparición para que ahora, sea posible que, alguien como yo esté contando lo que pasó.

Pero hasta que no tengamos tal teoría no podemos esperar comprender lo que realmente ocurrió en ese Universo primitivo.  Los límites de nuestras conjeturas actuales cuando la edad del Universo sólo es de 10^-43 de segundo, nos da la única respuesta de encontrarnos ante una puerta cerrada.

Del otro lado de esa puerta está la época de Plank, un tiempo en que la atracción gravitatoria ejercida por cada partícula era comparable en intensidad a la fuerza nuclear fuerte. Así que, llegados a este punto podemos decir que la clave teórica que podría abrir esa puerta sería una teoría unificada que incluyese la gravitación. La persona que llegue a esa teoría llegará a la mayor profundidad en la contemplación del alba del tiempo.

¿Qué es lo que verá?

                                                                                                                ¿Qué misterio habrá dentro?

Creo, en mi ignorancia, que verá más puertas cerradas. En las que, en lo anto de sus dinteles habrá carteles que digan: Materia Oscura, Singularidad, Agujeros Negros, Multiversos, Fluctuacuines de vacío, Energía de punto cerrto…y muchas más puertas que nos exigen encontrar las llaves que la puedan abrir para mirar dentro de sus recintos guardados para saber….y, al entrar y saber sobre todo aquello, con sorporesa veremos que, otras puertas con otros letreros nuevos…están esperando allí, para que comencemos de nuevo a buscar las llaves que las abran para mostrarnos sus secretos…Esos puertas cerradas, amigos miós, siempre estarán ahí esperándonos. O, lo que es lo mismo, siempre detrás de un nuevo conocimiento, encontraremos otras buevas preguntas, otras puertas cerradas que esconderan más saber de cosas que ignoramos.

Tendremos que esperar un poco para que alguien pueda describirnos el Universo como era con menos de 10^-43 de segundo, ya que,  el nivel de energía ambiente era mayor de 10¹⁹ GeV, y recrear tales condiciones exigiría un acelerador un trillón de veces más poderoso que el más moderno proyectado hasta el momento.  No digo que la verificación de tal teoría unificada pudiera estar eternamente fuera del alcance del hombre, pero casi, ya que, de ser posible algún día, ese día estaría situado lejos, muy lejos en el futuro.

Claro que, ¡somos tan curiosos! ¿Quién o qué nos podrá parar?

emilio silvera

¿podrémos ver alguna vez este atardecer en Marte, con los pies firmemente asentados en su superficie?

Como todo lo que existe, sin excepciones, es lo que conforma la totalidad del Universo que nos acoge, tendremos que convenir en que, aparte de la materia “inerte”, está presente la materia “viva”, la que da forma a seres que tienen la facultad de latir al ritmo que el mismo Universo les ha marcado, y, junto con él (el Universo) siguen su larga marcha evolutiva siempre acompañada por el paso del Tiempo.

A lo largo de todos esos miles de años, en los que apareció lo que hoy podríamos llamar el hombre/mujer verdaderos, nuestros cerebros ha crecido desde los 400 cm³ hasta cerca de 1,5 Kg, y, ahí, en lo que llamamos Mente, se han ido acumulando saberes sobre la Naturaleza, sobre como funcionan las cosas, sobre cómo son los mundos y el Universo que nos acoge, y, hemos aprendido que, pertenecemos a todo eso.

Nuestra evolución, la de nuestra Mente, es imparable, y, se expande a una velocidad que, aunque no podemos medir, es grande. Hay que tener en cuenta que el Universo tiene 13.700 millones de años y que, nosotros, sólo llevamos aquí unos pocos miles de años como seres “RACIONALES”,  conscientes de SER, y, si echamos una mirada hacia atrás en el Tiempo, veremos que, hemos dado un salto enorme en el saber del mundo en “relativamente” poco tiempo.

Del Universo sabemos bastante, siempre nos llamó la atención lo que habita allí “arriba” en los cielos, en los espacios interestelares morada de las estrellas y los mundos.

Hemos querido saber de esas estrellas que vemos brillar en la noche con su forma peculiar y titilante que parece enviarnos guiños de esperanzas futuras. Hay muchos tipos de estrellas de las que aquí hemos hablado largamente, y, siempre ponemos el acento en las estrellas enanas rojas (las más longevas), las normales como nuestro Sol, del tipo G2V, y de otras muchas variedades que, bien conocidas, tienen pocos secretos en la estructura de su dinámica de nacimiento, vida y muerte que, dependerá, de la masa de la estrella.

Las estrellas más masivas tienen un tiempo de vida más corto, toda vez que, su voracidad en el consumo del combustible nuclear de fusión, es inmensa.

Pero, las estrellas que más llaman nuestra atención han sido siempre las enanas blancas (en la que, un día lejano en el Tiempo -4.000 millones de años- se convertirá nuestro Sol, las estrellas de Neutrones, o, Púlsares (también magnetar) con sus exóticas y llamativas propiedades. Sin embargo, son las estrellas que se convierten en Agujeros Negros al final de sus vidas las que, han producido más artículos, trabajos y conferencias, toda vez que, la transición de fase que ocurre cuando llega el momento en que la estrella, bajo los efectos de la Gravedad, Explosiona e Implosiona. Primero explota como supernova lanzando las capas exteriores al espacio interestelar y formando una nueva Nebulosa de la que nacerán nuevas estrellas y nuevos mundos. Segundo, y,  literalmente, la estrella es aplastada bajo el peso de su propia masa, se contrae más y más, se hace cada vez un objeto más denso y pequeño hasta el punto de llegar a desaparecer de nuestra vista, a su alrededor se forma un disco de acreción y otras complejidades de las que hemos hablado aquí muchas veces.

Sin embargo, la Ciencia no se ha quedado ahí y ha seguido especulando con otro tipo de estrellas que pudieran ahí fuera existir y, se ha llegado a formular hipótesis sobre la “posible” existencia de estrellas de Quarks (la intermedia en densidad entre las de Neutrones y los Agujeros Negros). Ya dejamos aquí un trabajo sobre dicho tipo de estrellas.

Ahora, más recientemente, se está hablando de Estrellas de Preones que, pudiera estar formada por unas partículas teóricas que estarían compuestas de Quarks y Leptones, y, según de estima, este tipo de estrellas tendría una densidad de 10²º g/cm³, lo que nos daría una estrella intermedia entre las de Quarks y los Agujeros Negros.

El preón se postula como partícula puntual que se concibe subcomponente de quarks y leptones. Han surgido algunas objeciones teóricas para la teoría de preones.

estrellas masivas, en una Nebulosa que, en parte, ve como algunas de sus regiones son ionizadas por la fuerte radiación ultravioleta de estas potentes estrellas. Comparar los distintos objetos que pueblan el Universo, nos puede dar algunas sorpresas.

Después de ver estos tamaños, ¿cómo te sientes tú de grande?

Está claro que, el Universo, para nosotros -y aunque en realidad no lo sea-,  sí resulta infinito, toda vez que, nunca podremos recorrerlo en su totalidad, el límite impuesto por la velocidad de la luz nos lo impide. Claro que, si nuestra imaginación descubre alguna manera de burlar ese muro.

emilio silvera

]]> http://www.emiliosilveravazquez.com/blog/2011/12/18/un-paseo-por-las-estrellas/feed/ 0 http://www.emiliosilveravazquez.com/blog/2011/12/17/%c2%bfhacia-donde-vamos-2/ http://www.emiliosilveravazquez.com/blog/2011/12/17/%c2%bfhacia-donde-vamos-2/#comments Sat, 17 Dec 2011 13:55:12 +0000 Emilio Silvera http://www.emiliosilveravazquez.com/blog/?p=5724 Cuando se lee un buen libro, se saborean sus pasajes más interesantes y, al final, sientes un poco de pena porque aquello se termine tan pronto. Sientes que quieres más, te quedas algo insatisfecho de no haber podido llegar más lejos, de profundicar más en aquello que tánto llamó tu atención y despertó tu curiosidad. Saber sobre aquello que te preocupa es tan vital para la mente que, cuando no puedes desarrollar ciertos pemnsamientos por falta de conocimientos, te sientes frustado y, de alguna manera, sufres por no saber.

Habiendo finalizado la lectura de Las sombras de la mente, de Roger Penrose, en la que nos habla de la posibilidad de comprender de forma científica lo que la comnciencia es y, extrapola dicha conciencia, hasta ese otro mundo de la I.A., en el que, si nada lo remedia, estamos inmersos hasta tal punto que, en el futuro más o menos lejano, será lo que predomine tanto aquí en la la Tierra, como en los mundos y lunas que nos acompañan en el Sistema solar, e, incluso, mucho más allá. Ellos serán, los Robots, los que surquen los cielos y el espacio interestelar en busca de las estrellas.

Robot fabricado por Toyota.

La computación y el Pensamiento consciente

En los últimos tiempos, mucho es lo que se habla de la I.A., y, algunos, nos preguntamos: ¿Será posible que en un futuro más o menos lejano, eso que llamamos Inteligencia Artificial, nos pueda superar?

Hay corrientes en ese sentido que nos llevan a pensar y, ¿por qué no? A preocuparnos profundamente. Si hacemos caso de esas afirmaciones (quizá algo extremas pero, con visos de verdad) de los que defienden a capa y espada el futuro de la I.A., diciendo que, con el tiempo, los ordenadores y los robots superarán a los humanos en inteligencia al llegar a tener todas y cada una de las capacidades humanas y otras que, los humanos nunca podrán tener. Entonces, estos ingenios serían capaces de hacer muchísimo más que ayudar simplemente a nuestras tareas inteligentes.

De hecho, tendrían sus propias y enormes inteligencias. Podríamos entonces dirigirnos a estas inteligencias superiores en busca de consejo y autoridad en todas las cuestiones complejas y de interés que, por nosotros mismos, no pudiéramos solucionar; ¡y finalmente podrían resolver los problemas del mundo que fueron generados por la Humanidad!

Pesa 150 kilogramos, tiene aspecto humanoide y se llama Robonaut-2 (R-2 para los amigos). Este androide será lanzando al espacio y pronto será el nuevo compañero de los tripulantes de la Estación Espacial Internacional. Por algo se comienza y, nunca se sabe como todo terminará.

Pero, si todo eso fuera así (que podría llegar a serlo), podríamos extraer otras consecuencias lógicas de estos desarrollos potenciales de la I.A. que muy bien podría generar una cierta alarma muy justificada ante una situación tan atípica, en la que, unos “organismos” artificiales creados por nosotros mismos, nos superen y puedan llegar más lejos de lo que nosotros, podríamos ser capaces de llegar nunca. ¿No harían estos ordenadores y Robots, a la larga, que los Humanos fueran superfluos para ellos?

Si los Robots guiados por ordenadores insertados en sus cerebros positrónicos o espintrónicos, o, guiados por un enorme y potente Ordenador Central, resultaran ser muy superiores a nosotros en todos los aspectos, entonces, ¿no descubrirían que pueden dirigir el mundo sin necesidad alguna de nosotros? La propia Humanidad se habría quedado obsoleta. Quizá, si tenemos suerte, ellos podrían conservarnos como animales de compañía (como alguien dijo en cierta ocasión); o, si somos inteligentes, podríamos ser capaces de transferir las “estructuras de información” que somos “nosotros mismos” a una forma de robot (como han pensado algunos otros), o quizá no tengamos esa suerte y no lleguemos a ser tan inteligentes…

Colonizar el espacio con robots es un antiguo argumento de obras de ciencia-ficción, algo que podrían hacer realidad en Japón en no demasiado tiempo. La imagen de arriba, a no tardar mucho, podría ser una realidad. De momento hemos enviado sondas y naves espaciales de todo tipo y rovers-laboratorios andarines pero, en el futuro cercano, la cosa irá en aumento de cantidad y calidad.

Por otra parte, quiero pensar que, lo que hace y es capaz de realizar nuestro cerebro creador de pensamientos, nunca será del dominio de la I.A. que, nunca podrán describir o realizar funciones que de manera natural realizan nuestras mentes. ¿Llegarán a tener mentes de verdad los Robots del futuro? ¿Será posible que lleguen a tener sentimientos, a sentir miedo, a poder llorar? ¿Tiene algún sentido que hablemos de semejantes cosas en términos científicos? También podríamos pensar que, la Ciencia, no está capacitada para abordar ciertas cuestiones relacionadas con la complejidad de la Conciencia Humana.

Claro que, por otra parte, no podemos dejar de pensar en el hecho cierto de que, la propia materia parece tener una existencia meramente transitoria puesto que puede transformarse de una forma en otra, de una cosa en otra, e, incluso, puede llegar esa transformación ser tan compleja como para cambiar desde la materia “inerte” hasta el ser consciente.

             Incluso la masa de un cuerpo material, que proporciona una medida física precisa de la cantidad de materia que contiene el cuerpo, puede transformarse en circunstancias apropiadas en pura energía (E = mc²) de modo que, incluso la sustancia material parece ser capaz de transformarse en algo con una actualidad meramente matemática y teórica. Dejemos en este caso, la cuántica y otras teorías a un lado para centrarnos en el tema que tratamos de la I.A. y sus posibles consecuencias.

¿Permite la Física actual la posibilidad de una acción que, en principio, sea imposible de simular en un ordenador? Hoy esa respuesta no está disponible y, cuando eso vaya a ser posible, tendríamos que estar en posesión de una nueva Física mucho más avanzada que la actual.

No debemos apartarnos de un hecho cierto: Nuestra Mente, aunque está apoyada por un ente físico que llamamos cerebro y recibe la información del exterior a través de los sentidos, también es verdad que, de alguna manera, sale de nosotros, está fuera de nuestros cuerpos y, viaja en el tiempo y en el espacio, aprende y conoce nuevos lugares, nuevas gente, nuevos conocimientos de su entorno y de entornos lejanos y, a todos ellos, sin excepción, se puede trasladar de manera incorpórea con un simple pensamiento que, de manera instantánea, nos sitúa en este o aquel lugar, sin importar las distancias que nos puedan separar.

Así La parte física y la parte mental, aunque juntas, están separadas de una manera muy real y, desde luego, existe una clara divisoria entre lo físico y lo mental que ocupan distintos dominios de alcance también distintos y, hasta donde pueda llegar el dominio mental ¡No se conoce!

El futuro es incierto

Quisiera pensar que, el humano, siempre prevalecerá sobre el “Ser Artificial”, sin embargo, tal optimismo, si pensamos en hacerlo real, nunca podrá estar a nuestro alcance. La evolución de la Ciencia, las necesidades de nuestra especie, las exigencias de una Sociedad creciente que llena el planeta hasta límites insoportables…Todo eso, nos llevará a seguir procurando ayuda de ese “universo artificial” que, al fin y a la postre, es la única salida que tenemos para poder llegar a otros mundos en los que poder alojarnos para que, el planeta Tierra, no se vea literalmente asfixiado por la superpoblación. Así que, siendo las cosas así (que lo son), estamos irremisiblemente abocados a ese futuro dominado por la I.A. que, si tenemos suerte, nos dejará convivir con ella y, si no la tenemos…

Así que, el día que los Robots sean equiparables a los Humanos, ese día, habrá comenzado el principio del fin de la especie que, tan tonta fue, que creó a su propio destructor.

                                      Estos ya los tenemos por el espacio

Claro que, para que todo esto llegue a pasar, podrían transcurrir siglos. No parece que sea muy factible que una simulación realizada por un Robot avanzado pueda ser semejante a lo que un Humano puede hacer hoy. Sin embargo, cuando los ordenadores y Robots hayan alcanzando la inteligencia de pensamiento y discurrir del cerebro Humano, ese día, amigos míos, no creo que sea un día para celebrar.

Claro que, la idea de poner unir nuestras mentes a esos “Seres”, podría ser una salida, una solución híbrida para paliar nuestras carencias de salir al espacio exterior por nosotros mismos y dentro de la frágil coraza humana que contiene a nuestras Mentes pensantes que, dentro de tan ligera y débil estructura, no tienen la seguridad suficiente para realizar ciertas tareas.

No quiero ser pesimista ni llevar a vuestro ánimo ideas intranquilizadoras. Sin embargo, si la cosa sigue adelante por el camino emprendido, el futuro que nos espera será ese: Convivir con los Robots, emitir leyes para su control, tratar de que hagan sólo aquellos trabajos y tareas encomendadas pero, ¿cómo podremos evitar que, algún día, más evolucionados al exigirle cada vez más complejidad en las ayudas que nos tendrán que prestar, comiencen a pensar por sí mismos?

Así que, como estamos dando a esos Robots el “Conocimiento”, la “comprensión”, la “consciencia” y, la “inteligencia”, lo estamos haciendo partícipes y están tomando posesión, de los bienes más valiosos que podemos poseer y, tal dislate…¡Podríamos pagarlo muy caro!

• “Un Robot no puede hacer daño a un ser humano o, mediante la inacción que un ser humano sufra daños”
• “Un Robot debe de obedecer las ordenes dadas por los seres humanos, salvo que esto provoque un conflicto con la primera ley”
• “Un Robot debe proteger su propia existencia, a no ser que provoque un conflicto con las dos primeras”

Estas leyes fueros enunciadas por Isaac Asimos con el objetivo de intentar que la finalidad inicial para la que se originó la robótica no fuera modificada y eso ocasionara problemas a la humanidad. Sin embargo…

El Tiempo nos lo dirá.

emilio silvera

Una característica sorprendente de nuestro retrato reconstruido del antepasado primitivo es su carácter moderno. Si este organismo lo encontráramos hoy, seguramente no delataría su inmensa antigüedad, excepto por sus secuencias de DNA. Tuvo que estar precedido, necesariamente, por formas más rudimentarias, estadios intermedios en la génesis de sistemas estructurales, metabólicos, energéticos y genéticos complejos que son compartidos por todos los seres vivos de hoy en día. Por desgracia, tales formas no han dejado descendientes igualmente primitivos que permitan su caracterización. Esta carencia complica mucho el problema del origen de la vida.

La Tierra nació hace unos 4.550 millones de años. Se condensó, junto con los otros planetas del sistema solar, en un disco de gas y polvo que giraba alrededor de una joven estrella que iba a convertirse en nuestro Sol. Fenómenos de violencia extrema,  incompatible con el mantenimiento de ningún tipo de vida, rodearon este nacimiento. Durante al menos quinientos millones de años, cometas y asteroides sacudieron la Tierra en formación, con lo que la hicieron capaz de albergar vida durante todo este tiempo. Algunos impactos pudieron haber sido incluso suficientemente violentos como para producir la pérdida de toda agua terrestre por vaporización, después de lo cual los océanos se habrían vuelto a llenar con agua aportada por cometas. Según esta versión de  los acontecimientos, los océanos actuales de remontarían a la última oleada de bombardeo cometario intenso, que los expertos creen que tuvo lugar hace unos cuatro mil millones de años. Existen señales de que había vida en la Tierra poco después de que dichos cataclismos llegaran a su fin.

Algunos investigadores creen que el tiempo que pasó entre el momento en el que la Tierra se hizo habitable y aquel en el que apareció la vida, fue demasiado corto para que surgiera algo tan complejo como una célula viva. De ahí la hipótesis de que la vida llegó desde otro lugar. ¿Qué debemos pensar de ello?

 ¿ Que la vida llegó al espacio exterior

„Nun aber, lieber Svante, mache Dich bald auf die Beine und ‚komm’ herab, o Donna Theresa’, wie dies Nernst in Graz gesungen hat.“

La teoría de que la vida es de origen extraterrestre ha tenido ilustres defensores. Entre ellos, el químico sueco Svante Arrhenius, ganador del premio Nobel de química de 1903 y recordado hoy por su concepción profética del efecto invernadero, acuñó el término <<panspermia>> para su teoría de que hay gérmenes de vida que existen en todo el cosmos y caen continuamente sobre la Tierra. Más recientemente, un célebre astrónomo inglés, sir Fred Hoyle, quien murió  en 2001, afirmó, junto con un colega de Sri Lanka, Chandra Wickramasinghe, haber detectado pruebas espectroscópicas de la presencia de organismos vivos en cometas. Más adelante veremos cuáles son estas pruebas. Francis Crick, codescubridor con James Watson de la estructura en doble hélice del DNA, ha propuesto incluso, con otro científico de origen inglés, Leslie Orgel, que los primeros organismos vivos pudieron haber alcanzado la Tierra a bordo de una nave espacial enviada por alguna <<civilización distante>>. Ha dado el nombre de <<panspermia directa>> a esta hipótesis.

Dejando a un lado la nave espacial, de la que hasta ahora no se ha encontrado señal alguna, un origen extraterrestre de la vida es perfectamente verosímil. La objeción que tantas veces se ha manifestado de que organismos vivos no podrían soportar las condiciones físicas que hay en el espacio, especialmente la intensa radiación ultravioleta, no se sostiene, porque rápidamente se advierte que cometas o meteoritos pueden ofrecer protección a los organismos. La destrucción por el calor durante su entrada en la atmósfera terrestre podría evitarse de forma similar. Además, la posibilidad de que la vida pueda ser un fenómeno extendido, que exista en muchos lugares del universo, es algo que tiene cada vez más adeptos. Así, la eventualidad de que organismos vivos viajen a través del espacio en varios <<objetos voladores>> está lejos de ser inverosímil. Pero, ¿qué hay de las pruebas?

Bombardeo de cometas y asteroides en la Tierra primigenia

La argumentación de que no hubo tiempo suficiente para que la vida surgiera localmente en la Tierra se basa en una valoración puramente subjetiva y arbitraria, que no está corroborada por ningún elemento objetivo. No existe prueba alguna de que la aparición de la vida requiera cientos de millones de años, como se ha afirmado. Por el contrario, como señalaré más adelante, la visión esencialmente química y determinista que hay que tener de este fenómeno lleva a creer, más bien, que la vida surgió de manera relativamente rápida, en un período de tiempo que ocn probabilidad hay que contar milenios y no en millones de años, Según esta concepción, el margen de unos cien millones de años que permiten los datos actuales deja tiempo suficiente para que la vida naciera en la Tierra. Es incluso posible que la vida surgiera y desapareciera varias veces antes de establecerse.

Buscar moléculas de azucar en el espacio exterior, sería una manera de acercarnos a posibles formas de vida en las que, estas moléculas están presentes.

Quedan todas esas observaciones, claramente innegables, que demuestran que los constituyentes elementales de la vida existen en cometas y otros objetos celestes. Pero, ¿estas sustancias son producto de la vida, como creen los defensores de la panspermia? ¿O bien son, por el contrario, el fruto de reacciones químicas espontáneas? la segunda explicación se considera la más probable de las dos.

Es probable que los procesos que tienen lugar en el espacio exterior hayan llevado a que las moléculas biológicas se encuentren exclusivamente en forma destrógira o levógirao. Esta es la conclusión que arroja unos experimentos llevados a cabo en la instalación de sincrotrón SOLEIL cerca de París, en la cual se encontró que un número de moléculas simples en regiones de formación estelar expuestas a radiación polarizada creaban aminoácidos con un desequilibrio de moléculas dextrógiras y levógiras.

Las conocidas como m0léculas quirales pueden existir en dos formas, siendo una la imagen especular no superponible de una sobre la otra, incluso aunque ambas tienen la misma composición química. Si bien los experimentos de laboratorio tienden a producir cantidades iguales de las versiones dextrógiras y levógiras, muchas de las moléculas quirales encontradas en organismos vivos proceden de una de las variedades. Por ejemplo, los aminoácidos que forman las proteínas solo aparecen en la forma levógira, mientras que los azúcares del ADN sólo en la dextrógira.

Ahora se cree que es posible que moléculas como las encontradas en esta gigantesca nube, hayan sido de gran ayuda para crear la vida en la Tierra. Estamos en la inmensa Orión, ahí, el mayor Laboratorio químico que podamos imaginar harían las delicias de todos los químicoas de la Tierra y, no digamos de los astrónomos que darían parte de su vida por ver, in situ, como se forman las estrellas nuevas. Tambien ahí están presentes transformaciones maravillosas que van dejando a punto esos “ladrillos· constituyentes que darán lugar a que, en algín mundo cercano, pueda surgir la vida.

Tenemos un amplio campo  de complejas respuestas que tenemos que desvelar, descorriendo para ello el velo de ignorancia que cubre nuestras mentes. En este difícil tema de la Vida, aunque mucho es lo que hemos llegado a comprender, es mucho más lo que de ella ignoramos y, nadie, hasta el momento ha podido decir con palabras plenas qué es la Vida. Sin embargo, ahí está, en mil formas y estados que hacen despertar nuestra curiosidad y nos empuja a querer llegar a comprender, lo que la vida es.

Desde una charca fangoza y caliente, hasta la copia de los árboles pera, seguir hasta los pensamientos y, ahora, tratar de llegar a las estrellas. No, no ha sido fácil ni corto el camino que hemos tenido que realizar y, aunque sólo sea una fracción del tiempo del Universo, para nosotros, nuestra especie humana, es muchísimo tiempo en el que, hemos podido, al menos, llegar a comprender que aún nos queda mucho por hacer.

emilio silvera

NUESTRA GALAXIA: Sólo parcialmente la podemos contemplar y, cuando la veámos desde fuera será señal de que, nuestros avances han sido considerables y hemnos podido salir (ahora sí) al espacio exterior, ya que, lo que ahora podemos hacer es andar por las afuera de nuestro barrio. Visitar los mundos vecinos (que ya es una proesa) no será suficiente para las necesidades que en el futuro, tendrá planteada la Humanidad que, en unas pocas decenas de años verá cuadruplicada su población y, para cuando eso llegue…¿Qué podremos hacer? La Tierra, tiene sus límites.

La Galaxia espiral que acoge a nuestro Sol y a las estrellas visibles durante la noche, además de otros muchos objetos que, por su inmensa lejanía, requieren sofisticados telecopios para poner sus imágenes ante nosotros. Es escrita con G mayúscula para distinguirla de las inmensas pléyades de  galaxias que reúnidas en cúmulos y supercúmulos adornan el Universo en su conjunto. Su disco, el de nuestra Vía Láctea,  es visible a simple vista como una débil banda alrededor del cielo.

Nuestra galaxia tiene tres componentes principales. Uno es el disco de rotación de unas 6×10¹⁰ masas solares consistentes en estrellas relativamente jóvenes (población II), cúmulos cubiertos de gas y polvo, estando estrellas jóvenes y material interestelar concentrados en brazos espirales. El disco es muy delgado, de unos 1.000 a. l., comparado con su diámetro de más de 100.000 años luz. Aún continúa una activa formación de estrellas en el disco, particularmente en las nubes moleculares gigantes.

El segundo componente principal es un halo débil y aproximadamente esférico con quizás el 15 – 30% de la masa del disco. El halo está constituido por estrellas viejas (población II), estando concentradas parte de ellas en cúmulos globulares, además de pequeñas cantidades de gas caliente, y se une a un notable bulbo central de estrellas, también de la población II.

                                                                             Cúmulo Globular M55

El tercer componente principal es un halo no detectado (que algunos dicen ser de materia oscura) con una masa total de al menos 4×10¹¹ masas solares. En total, hay probablemente alrededor de 2×10¹¹ estrellas en la Galaxia (unos 200 mil millones), la mayoría con masas menores que el Sol.

La edad de la Galaxia es incierta, si bien el disco tiene al menos 10.000 millones de años, mientras que los cúmulos globulares y la mayoría de las estrellas del halo se cree que tienen entre 12.000 y 14.000 millones de años. Una mde las pistas que tenemos para calcular la vida de nuesatra Galaxia, es precisamente, que nosotros estemos aquí. El proceso de nuestra llegada ha requerido un largo tiempo de evolución de muchas cosas. Sobre todo, de las estrellas que fabricaron los materiales necesarios para poder conformarnos.

El Sol se encuentra a una distancia que está entre 26.000 y 30.000 años luz del centro galáctico, en el Brazo de Orión. El mismo centro galáctico se halla en la constelación Sagitarius.

La Vía Láctea es una espiral, aunque las observaciones de su estructura y los intentos de medir las dimensiones de los brazos espirales se ven impedidos por el polvo oscurecedor del disco y por las dificultades en estimar distancias. Es posible que la Galaxia sea una espiral barrada dado que existen algunas evidencias de una estructura en forma de barra en las regiones centrales y el bulbo.

Todas las galaxias son sistemas de estrellas, a menudo con gas y polvo interestelar, unidas por la gravedad. Las galaxias son las principales estructuras visibles del universo. Varían desde las enanas con menos de un millón de estrellas a las supergigantes con más de un billón de estrellas, y un diámetro desde unos pocos cientos a mas de 600.000 años luz. Las galaxias pueden encontrarse aisladas o en pequeños grupos, como el nuestro conocido Grupo Local, o en grandes cúmulos como el Cúmulo de Virgo.

Esta imagen del Cúmulo de Virgo, obtenida mediante el telescopio Burrell Schmidt, muestra la luz difusa entre las galaxias pertenecientes al cúmulo. Los puntos oscuros son máscaras para anular el brillo de las estrellas brillantes de primer plano. M87 es la galaxia más grande en la parte inferior izquierda.

Las galaxias se clasifican habitualmente de acuerdo a su apariencia (clasificación de Hubble). A parecen en dos formas principales: espirales (con brazos) y elípticas (sin brazos). Las elípticas tienen una distribución de estrellas suave y concentrada en el centro, con muy poco gas o polvo interestelar. De las espirales hay varios tipos, espirales ordinarias y barradas.  Ambos tipos tienen material interestelar además de estrellas. Las galaxias lenticulares presentan un disco claro, aunque sin brazos espirales visibles.

Las galaxias irregulares tienen una estructura bastante amorfa e irregular, en ocasiones con evidencias de brazos espirales o barras. Unas pocas galaxias no se parecen a ninguno de estos tipos principales, y pueden ser clasificadas como peculiares. Muchas de éstas son probablemente los resultados de choques entre galaxias que han quedado fusionadas quedando configuradas después de manera irregular.

El tipo de galaxia más numeroso pueden ser las galaxias esferoidales, pequeñas, y relativamente débiles, que tienen forma aproximadamente elíptica.

Se cree que las galaxias se han formado por la acumulación gravitacional de gas, algún tiempo después de la época de la recombinación. Las nubes de gas podrían haber comenzado a formar estrellas, quizás como resultado de las colisiones mutuas. El tipo de galaxia generado podría depender del ritmo al que el gas era transformado en estrellas, formándose las elípticas cuando el gas se convertía rápidamente en estrellas, y las espirales si la transformación de estrellas era lo suficientemente lenta como para permitir crecer de forma significativa un disco de gas.

Las galaxias evolucionan al convertir progresivamente su gas remanente en estrellas, si bien no existe probablemente una evolución entre las diferentes tipos de la clasificación del conocido sistema de Hubble. No obstante, algunas galaxias elípticas pudieron haberse creado por la colisión y posterior fusión de dos galaxias espirales.

El número relativo de galaxias de los diferentes tipos está íntimamente relacionado con su brillo intrínseco y con el tipo de grupo o cúmulo al que pertenecen. En los cúmulos densos, con cientos o miles de galaxias, una alta proporción de las galaxias brillantes son elípticas y lenticulares, con unas pocas espirales (5 – 10%).

No obstante, la proporción de espirales pudo haber sido mayor en el pasado, habiendo perdido las espirales su gas de manera que ahora se asemejan a los lenticulares, o habiendo sufrido fusiones con otras galaxias espirales e irregulares para convertirse en elípticas. Ya sabéis que nada desaparece, sólo se transforma.

                                                Colisión galáctica en el cúmulo Abell 1185

Fuera de los cúmulos, la mayoría de las galaxias pertenecen a grupos que contienen entre unos pocos y varias docenas de miembros, siendo raras las galaxias aisladas. Las espirales constituyen el 80% de las galaxias brillantes en estos entornos de baja densidad, con una correspondiente baja proporción de elípticas y lenticulares.

Algunas galaxias presentan una actividad inusual en su centro, como las galaxias Seyfert o las galaxias N. Una radiogalaxia es un emisor inusualmente intenso de energía en forma de ondas de radio.

Hablando de galaxias podríamos movernos en un amplio abanico de posibilidades de las que relaciono algunas a continuación:

Galaxia head-tail: Una elíptica en la que una intensa emisión de radio en el núcleo está acompañada por una cola irregular de radioemisión difusa que se extiende cientos de miles de años luz. Es una radación sincrotrón de electrones energéticos.

Galaxia anular: Inusual galaxia con anillo luminoso bien definido alrededor de un núcleo brillante. El anillo puede parecer suave y regular, o anudado y deformado, y puede contener gas y polvo además de estrellas.  Un ejemplo es la galaxia de la Rueda de Carro.

Galaxia binaria: Par de galaxias en órbita de una en torno a la otra.  Las auténticas galaxias binarias son muy difíciles de distinguir de las superposiciones casuales de dos galaxias en la línea de visión. La investigación estadística de los pares binarios que sigue las órbitas es valiosa en el estudio de la estimación de las masas totales de algunos tipos particulares de galaxias.

Galaxia compacta: Tipo de galaxia que sólo puede ser distinguida de una estrella mediante placas de exploración del cielo tomadas con cámaras Schmidt. Tienen diámetros aparentes de 2 – 5” y una región de alto brillo superficial que puede ser definido y debido a núcleos brillantes de las regiones activas que están formando nuevas estrellas. Unos 2.000 objetos de este tipo fueron catalogados por F. Zwicky.

Galaxia con bajo brillo superficial (LSB): Tipo de galaxia cuya densidad de estrellas es tan baja que es difícil detectarla frente al fondo del cielo. Se desconoce la proporción de galaxias con bajo brillo superficial en relación a las galaxias normales, pudiendo representar una parte significativa del universo. Muchas de estas débiles galaxias son enanas, situadas particularmente en cúmulos de galaxias; algunas son tan masivas como las grandes espirales, por ejemplo, Malin-1.

¿Qué ocurre en la galaxia NGC 474? Múltiples capas de emisión dibujan figuras extrañamente complejas y por lo menos inesperadas, habida cuenta de la apariencia casi homogénea de esta galaxia elíptica en imágenes de menor profundida.

Galaxia con envoltura: Galaxia espiral rodeada por débiles arcos o capas de estrellas, situados a ángulos rectos con respecto a su eje mayor.  Pueden observarse entre una y veinte capas casi concéntricas, aunque incompletas. Se disponen de manera que capas sucesivas puedan aparecer normalmente en lados opuestos de la galaxia. Alrededor del 10% de las elípticas brillantes presentan envolturas, la mayoría de ellas en regiones de baja intensidad o densidad de galaxias. No se conoce ninguna espiral con una estructura de capas de ese tipo. Podrían ser el resultado de una elíptica gigante que se come una compañera.

Galaxia de anillo polar: Raro tipo de galaxia, casi siempre una galaxia lenticular, que tiene un anillo luminoso de estrellas, gas y polvo orbitando sobre los polos de su disco. Por tanto, los ejes de rotación del anillo y del disco forman casi un ángulo recto. Dicho sistema puede ser el resultado de una colisión, una captura de por maneras, o la unión de una galaxia rica en gas con la galaxia lenticular.

Fotografía de la galaxia NGC 3621. Crédito: ESO

Galaxia de disco: Tipo de galaxia cuya estructura principal es un delgado disco de estrellas con órbitas aproximadamente circulares alrededor de su centro, y cuya emisión de luz típicamente disminuye exponencialmente con el radio. El término se aplica a todos los tipos de galaxias que no sean elípticas, esferoidales enanas o algunas galaxias peculiares. El disco de las galaxias lenticulares contiene muy poco material interestelar, mientras que los discos de las galaxias espirales e irregulares contienen cantidades considerables de gas y polvo además de estrellas.

Galaxia de tipo tardío: Galaxia espiral o irregular. El nombre proviene de la posición convencional de estas galaxias en el diagrama diapasón de los tipos de galaxias. Por razones similares, una galaxia espiral Sc o Sd pueden ser denominadas espiral del tipo tardío, en contraposición a una espiral Sa o Sb de tipo temprano.

Galaxia de tipo temprano: Galaxia elíptica o lenticular: una sin brazos espirales. El hombre proviene de la posición de las galaxias en el diagrama diapasón de las formas de las galaxias. Por razones similares, una galaxia Sa podría ser referida como una espiral de tipo temprano, en contraposición, en contraposición a una espiral Sc o Sd de tipo tardío.

Se podría continuar explicando lo que es una galaxia elíptica, enana, compacta azul, esferoidal enana, espiral (como la Vía Láctea), espiral enésima, espiral barrada, interaccionante, irregular, lenticular, peculiar, starburst, primordiales… etc, sin embargo, creo que ya se ha dejado constancia aquí de los datos necesarios para el que lector tenga una idea de lo que es una galaxia. Así que decido finalizar el apartado de galaxias, reflejando un cuadro del Grupo Local de galaxias en el que está situada la nuestra.

En el cuadro anterior del Grupo local de galaxias al que pertenece la Vía Láctea, en la que está nuestro Sistema Solar, se consigna las distancias a que se encuentran estas galaxias de la nuestra y se hace en kilopársec.

En el espacio exterior, el cosmos, lo que conocemos por universo, las distancias son tan enormes que se tienen que medir con unidades espaciales como el año luz (distancia que recorre la luz en un año a razón de 299.792.458 metros por segundo). Otra unidad ya mayor es el pársec (pc), unidad básica de distancia estelar correspondiente a una paralaje trigonométrica de un segundo de arco (1”). En otras palabras, es la distancia a la que una Unidad Astronómica (UA = 150.000.000 Km) subtiende un ángulo de un segundo de arco. Un pársec es igual a 3’2616 años luz, o 206.265 Unidades Astronómicas, o 30’857×10¹² Km. Para las distancias a escalas galácticas o intergalácticas se emplea una unidad de medida superior al pársec, el kilopársec (Kpc) y el megapársec (Mpc).

Para tener una idea aproximada de estas distancias, pongamos el ejemplo de nuestra galaxia hermana, Andrómeda, situada (según el cuadro anterior a 725 kilopársec de nosotros) en el Grupo local a 2’3 millones de años luz de la Vía Láctea.

¿Nos mareamos un poco?

¡Una barbaridad!

¿Que tardarían unos extraterrestres en visitarnos?

Ahí tenemos la imposibilidad física de viajar a otros mundos, y no digamos a otras galaxias. Las velocidades que pueden alcanzar en la actualidad nuestros ingenios espaciales no llegan ni a 50.000 Km/h. ¿Cuánto tardarían en recorrer los 21.759.840.000.000.000.000 Km que nos separa de Andrómeda?

Incluso el desplazarnos hasta la estrella más cercana, Alfa Centauri, resulta una tarea impensable si tenemos en cuenta que la distancia que nos separa es de 4’3 años luz, y un año luz = 9.460.800.000.000 Km. Tendremos que buscar otros medios de desplazarnos por el espacio que burlen la velocidad de la luz que, como todos ustedes saben y según la teoría de la relatividad especial, es la velocidad límite del UNiverso, y nada en él, puede, por los medios convencionales, ir más rápido.

Sin embargo, algún día en el futuro, la Humanidad encontrará la manera de desplazarce por el inmenso Cosmos para ir a otros mundos lejanos, ya que, de conseguirlo o no dependerá nuestra especie, una vez que el Sol acabe con su combustible nuclear, se convierta en gigante roja y finalmente finalice su larga vida como enana blanca, para entonces, la HUmanidad habrá tenido que emigrar a otros mundos.

emilio silvera

El origen de la Tierra y su evolución durante millones de años hasta adquirir las características que nos son familiares constituye una temática de indudable interés. Con objeto de iniciarnos en la misma nos dirigimos al profesor S. K. Runcorn.

¿Cómo se formó la Tierra?

Las primeras ideas sobre la formación de la Tierra sugerían que se había originado a partir de una esfera gaseosa que al principio se había enfriado y licuado y después, probablemente, se había solidificado. Esto se conoce bajo la denominación de “origen caliente de la Tierra”.

A partir de entonces se creyó que esto era cierto, en parte a causa de razones geológicas, ya que podían verse las erupciones de lava procedentes de la Tierra y, por consiguiente, constatar que el interior del planeta era caliente; antes del descubrimiento de la radiactividad, se suponía que este calor estaba presente en el interior del globo terráqueo en el momento de su formación. La otra razón por la cual se admitía el “origen caliente” de la Tierra procedía de la hipótesis que ésta y los demás planetas eran, en un principio, gases encerrados en una estrella, el Sol.

Todo esto ha cambiado en los últimos años, primero porque el descubrimiento de la radiactividad ha demostrado que la Tierra podía haber sido fría al principio y haberse calentado después hasta alcanzar las altas temperaturas internas actuales en el transcurso de miles de millones de años. Después, los astrónomos descubrieron grandes nubes de polvo en el Universo. De este modo, y de forma natural, se pensó que el Sol y la totalidad del sistema solar se habían formado a partir de una nube de polvo, por condensación.

Ladera de un cráter producido por un meteorito

Esto mereció una aceptación general a propósito de la teoría de la acumulación ( accretion theory) , según la cual en un principio el Sol se formó por condensación debida a la gravitación; después, la nube de polvo que giraba alrededor del primer Sol se fraccionó en trozos que, por acumulación, formaron los planetas. Esta idea ha sido generalmente aceptada por varias razones. Por ejemplo: la Luna ha sufrido muy pocos cambios, ya que en ella no existen las fuerzas de erosión de la Tierra.

¿Podemos servirnos de los meteoritos para profundizar en el conocimiento de la estructura interna de la Tierra?

Sí. Históricamente, gracias a los elementos obtenidos de los meteoritos se ha podido proponer aquel modelo de la Tierra con un núcleo de hierro rodeado de una capa de silicatos de hierro y magnesio.

Los meteoritos se dividen claramente en dos grupos: los “ferrosos” y los “pétreos”; los ferrosos representan alrededor del 15 % del total; los “pétreos” se componen en su mayor parte de olivino.

Muy pronto, a finales del siglo XIX, los geoquímicos que señalaban que la densidad media de la Tierra era de 5,5 g/cm ³ y que las rocas de la superficie terrestre se situaban entre 2 y 3 g/cm ³ , vieron que era necesario suponer un núcleo denso a la Tierra. Puesto que los meteoritos eran una buena muestra de las sustancias que formaban los planetas, sugirieron la existencia de un núcleo de hierro.

¿Cómo se han estudiado las distintas regiones de la Tierra? En particular, ¿qué se ha aprendido sobre el estudio de las trayectorias y de la velocidad de las ondas sísmicas?

Es el estudio de las trayectorias y de las velocidades de las diversas ondas procedentes de los terremotos lo que ha probado que este modelo de la Tierra era cierto: un terremoto emite cierto número de ondas.

Erupción volcánica

Una es simplemente una onda sonora que hace vibrar los materiales terrestres en la dirección de la trayectoria de las ondas, se trata de una onda longitudinal; esta onda es más rápida y es la primera en alcanzar los observatorios que registran los terremotos: por lo tanto se la llama “onda P” (del inglés “primary”). Un poco más tarde, las ondas más lentas, en las que los materiales vibran perpendicularmente a la trayectoria de las ondas, llegan a los observatorios: son las “ondas S” (del inglés “secondary”). Después siguen largos trenes de ondas que han pasado a lo largo de la superficie antes que a través de la Tierra como las ondas P y S: se las conoce por el nombre de sus descubridores, “ondas Rayleigh y Love”.

Evidentemente, mediante toda una red de observatorios en el mundo, y comparando los tiempos de llegada de las distintas ondas a los distintos observatorios, no sólo es posible situar el lugar en el que se ha producido el terremoto (epicentro) sino incluso determinar el momento del suceso y el tiempo empleado por las ondas para alcanzar los distintos observatorios. De este modo se puede calcular la velocidad de propagación de las ondas (P, S, etc.) a diversas profundidades de la Tierra.

¿Cómo podemos explicar el calor interno del núcleo de la Tierra?

Es un problema ligado a una de las cuestiones más difíciles de geofísica: la evolución térmica de las capas profundas de la Tierra. He explicado que la Tierra había nacido fría y que era una mezcla de hierro y de silicatos. De una forma cualquiera la temperatura de la Tierra aumentó en un principio lo suficiente para que el hierro, más denso, empezara a caer hacia el centro y a formar el núcleo. En realidad no sabemos cuándo tuvo lugar este proceso, o si éste fue gradual y el hierro fue encontrando progresivamente su camino hacia el núcleo. Urey sugirió hace ya tiempo que el núcleo continuaba creciendo como consecuencia de la caída continua y gradual de hierro de la capa externa hacia el centro.

La caída de este hierro hacia el centro libera naturalmente una cantidad muy importante de energía gravitacional, probablemente dos veces más de energía calorífica de la que se hubiera desprendido durante la vida total de la Tierra, si suponemos que sus materiales tienen la misma concentración de elementos radiactivos que los meteoritos.

De todas formas, si esta suposición es exacta, y si admitimos que la tierra empezó por ser fría y que el núcleo se formó gradualmente a través de las épocas geológicas, habrá que aceptar que se generó una cantidad suficiente de calor, lo que permitiría explicar la temperatura actual de la Tierra, que en el núcleo externo debe alcanzar el punto de fusión del hierro (algunos miles de grados).

¿Cuál ha sido el proceso de formación de la corteza terrestre?

En la mayor parte de las regiones del mundo, las rocas que vemos son sedimentos depositados en los lagos, los océanos y los ríos en el transcurso de la historia relativamente reciente de la Tierra (la Tierra, al igual que la Luna, se formó hace unos 4.600 millones de años). La mayoría de las rocas, y especialmente las que contienen fósiles de seres vivos, sólo cubren los últimos 600 millones de años. Los llamados “escudos” del mundo (el escudo canadiense, algunas partes de África, etc.) son mucho más antiguos.

El vulcanismo es común en la historia de la corteza terrestre. Las lavas procedentes de algunos centenares de kilómetros de profundidad atraviesan la superficie produciendo, por ejemplo, islas oceánicas como Islandia.

Pero debajo de esta cobertura de sedimentos y de lava hay una corteza que se prolonga hasta unos 40 km, llamada a menudo “corteza granítica”, la cual contiene más silicatos de los que hay generalmente en la capa externa. Se cree que en el transcurso de los primeros desarrollos de la capa exterior tuvo lugar una separación de los elementos silíceos, que por ser menos densos empezaron a flotar hacia la superficie formando así una especie de espuma.

Lo que no sabemos respecto a la corteza terrestre y lunar es en qué momento se formó la corteza original: ¿fue durante los primeros millones de años después de la formación de estos cuerpos o bien necesitó centenares o miles de millones de años?

¿Cuál es el significado de las dorsales y de las grandes fosas oceánicas?

Uno de los grandes descubrimientos de los veinte últimos años ha mostrado que los suelos oceánicos son relativamente recientes.

Dunas en el desierto del Sahara

Las grandes cadenas montañosas que atraviesan los océanos, las dorsales, son el resultado de la emisión de lava a lo largo de las cadenas montañosas a través de una falla central. Islandia, por ejemplo, proviene de la acumulación de grandes cantidades de lava. Ahora sabemos que este proceso se debe al movimiento de separación del suelo oceánico, ya que el continente americano se aleja gradualmente de Europa y de África a razón de algunos centímetros por año. El otro gran descubrimiento relativo a la topografía de los fondos oceánicos ha sido el de las grandes fosas submarinas: La fosa de las Tonga, la fosa de Java, la fosa Chile-Perú, etc. Estas fosas, que tienen algunos kilómetros de profundidad, son de reciente creación. No han tenido tiempo de llenarse de sedimentos o de lavas. Hoy está comprobado que, paralelamente al hecho de que las montañas oceánicas cambian a causa de las tensiones, las fosas oceánicas son el resultado de compresiones. Algunas partes del suelo oceánico son empujadas hacia abajo, hacia el manto, y atraen a la corteza a su alrededor.

La idea que nos hacemos actualmente de los fondos oceánicos es la de un crecimiento continuo a lo largo de las dorsales y de una desaparición en las fosas.

¿En qué medida el estudio de los fondos oceánicos ha confirmado la antigua teoría de Wegener sobre la existencia anterior de un solo continente?

El hecho de que el suelo oceánico se haya regenerado a lo largo de las dorsales oceánicas concuerda muy bien con la idea de Wegener sobre el hecho de que los continentes derivan alejándose unos de otros.

El cañón Deadhorse Point, en Utah (EE.UU.), producido por la erosión fluvial.

En 1912, Wegener, sobre la base de un estudio comparado de la geología de los diversos continentes, emitió la hipótesis de que era poco probable que los continentes hubieran ocupado siempre su posición actual.

Sugirió que África y América del Sur habían formado parte, hace 100 millones de años, de un gran continente llamado Gondwanaland, que comprendía también India, Australia y la Antártica, continente este último situado cerca del polo Sur.

Otro continente, Lauretia, que comprendía América del Norte, Groenlandia y Europa, se habría escindido también hace unos 100 millones de años. Un desplazamiento de estos continentes a razón de unos centímetros por año los llevó seguramente a su posición actual.

¿En qué medida el paleomagnetismo puede explicar los procesos que han afectado a la corteza terrestre?

Puesto que los fondos oceánicos son recientes (se formaron en los últimos cien millones de años), su magnetización es relativamente simple: se dirige hacia el Norte o hacia el Sur.

De nuevo el profesor Runcorn nos informa acerca de los recientes programas de investigación geofísica con los que el hombre intenta alcanzar el interior de la Tierra para descifrar las incógnitas científicas que todavía tiene planteadas.

Por el contrario, los trabajos sobre el magnetismo de los sedimentos y de las rocas ígneas señalan que además de las inversiones de polaridad, hay un movimiento giratorio, muy lento, en el tiempo del eje del campo. Podemos descubrirlo gracias al estudio del paleomagnetismo de las rocas ígneas y sedimentarias y el resultado de esta investigación y el descubrimiento de la “migración de los polos” que reconstruye el movimiento de los polos magnéticos.

¿Cómo se formaron la atmósfera y los océanos?

De nuevo nos encontramos en un terreno en el que la comparación con los demás planetas nos ayuda enormemente. Sabemos, por ejemplo, que Venus tiene una atmósfera muy densa, que la Luna carece de ella, que Marte sí posee, aunque muy tenue. Sabemos que los grandes planetas, aquellos cuyo radio es unas diez veces mayor que el del planeta terrestre (Júpiter, Saturno, Neptuno, Urano), tienen una densidad muy próxima a 1, bastante inferior a la de los planetas terrestres. De hecho están formados principalmente por hidrógeno y helio, lo que les da una composición química muy parecida a la del Sol.

De este modo, es evidente que los planetas terrestres y la Luna han perdido su hidrógeno y su helio. Creemos que esto se debe en parte a su proximidad al Sol. Sin duda la Luna ha perdido su atmósfera porque, al ser un cuerpo de pequeñas dimensiones, no ha tenido una fuerza de gravedad suficiente para retener los gases que habían sido extraídos del interior. Según la teoría de la acumulación de la Tierra y de la Luna, los elementos volátiles de las profundidades internas de estos cuerpos celestes subieron a la superficie. Actualmente vemos que en los volcanes aparece cierta cantidad de agua, llamada agua joven, junto con los materiales diferenciados de la lava. Tenemos motivos para creer que la atmósfera y el agua de los océanos se encontraban en un principio en el interior de los planetas cuando se “condensaron”. Se han hecho diversos cálculos a propósito de la rapidez con que se formaron la atmósfera y los océanos de la Tierra. Debieron de formarse en los primeros centenares de millones de años de existencia de la Tierra. Hemos encontrado rocas de principios del precámbrico (2.000 ó 3.000 millones de años) cuyas marcas onduladas demuestran que estos sedimentos permanecieron bajo el agua; hemos encontrado “piedras de arena roja” igualmente antiguas, lo que demuestra que había una atmósfera oxidante. El hidrógeno de nuestra atmósfera debe de haberse perdido muy pronto en la historia de la Tierra.

¿Qué ha ocurrido con el proyecto Mohole, que pretendía perforar la corteza terrestre para alcanzar el manto?

Al igual que la tecnología de los cohetes o del radar nos ha permitido explorar la física de las capas superiores de la atmósfera y del espacio alrededor de la Tierra, la técnica de los sondeos a gran profundidad, nacida principalmente de las necesidades de la industria petrolífera, nos ha permitido aprender mucho acerca de la estructura de la corteza terrestre.

El proyecto Mohole era un ambicioso proyecto de sondeo a través de la corteza de la Tierra hasta la discontinuidad del Mohorovicic. (Esta fue descubierta en un principio gracias a la sismología: bajo los continentes, a unos 40 km de profundidad, se producía un cambio súbito de la composición química y de la densidad.) Se trataba de traer muestras procedentes del mismo manto.

Suelo arcilloso cuarteado por efecto de la sequía en Egipto.

Como en la práctica no era posible horadar los continentes hasta 40 km de espesor, se pensó en perforar la capa, mucho más delgada, de lava y de sedimentos, que cubre los fondos oceánicos. Este proyecto no se realizó; espero que un día se realice, pero de momento ha atraído la atención sobre la importancia de perforar los fondos oceánicos.

Se ha obtenido ya mucha información sobre la deriva de los continentes perforando los fondos oceánicos: los sedimentos son jóvenes, de unos cien millones de años, mucho más jóvenes que los sedimentos que vemos en los continentes. Esto ha confirmado el modelo según el cual los continentes se alejan unos de otros y el suelo oceánico se ha formado después de que aquéllos empezaran su deriva. Además, se ha podido comprobar que el suelo oceánico es tanto más viejo cuanto más lejos se encuentra de las dorsales oceánicas centrales.

¿Cuáles eran los objetivos principales del proyecto de investigaciones internacionales “Manto superior” que se terminó en 1970?

Como dije, durante los últimos 20 ó 30 años hemos asistido a una revolución en la idea que nos hacíamos de la Tierra, con la aceptación de la teoría de la deriva de los continentes. Antes se creía que los continentes estaban fijos. El origen de los fondos submarinos era algo totalmente oscuro: incluso había científicos e investigadores que habían pensado que los océanos habían sido continentes hundidos y por lo tanto resultaban mucho más antiguos que las tierras emergidas.

Masa de hielo

Además, los primeros estudios del interior profundo de la Tierra habían sido hechos por la sismología. Tal vez no hubo entre geólogos y sismólogos todos los contactos que hubieran sido necesarios. El proyecto “manto superior” ha reunido a los geólogos y a los geofísicos de distintos países en una exploración común de los grandes problemas de la Tierra. El resultado principal de estos trabajos fue el de probar, por el estudio de los fondos oceánicos y de los continentes, que se han dado enormes desplazamientos horizontales en sectores superficiales de la corteza terrestre: millares de kilómetros en algunos centenares de millones de años.

En 1972 empezó el proyecto “Geodinámica”, cuyo objetivo era descubrir la naturaleza de las fuerzas responsables de los principales procesos que influyen sobre la corteza terrestre. ¿Cuáles han sido los principales resultados obtenidos?

Como su nombre indica, este proyecto tiende a examinar las consecuencias de nuestras nuevas teorías, las cuales han venido a sustituir el concepto anterior bastante estático de la Tierra por un interior dinámico. Uno de los grandes problemas es el de estudiar con detalle la naturaleza de las fuerzas que han causado esos grandes desplazamientos en el manto. Las ondas sísmicas tienen unos períodos que van desde unos segundos a unos minutos, pero cuando hablamos de fuerzas que producen los movimientos de los continentes, pensamos en unas fuerzas que actúan a lo largo de millones de años. Hoy consideramos que el manto sólido ya no es realmente sólido si hablamos de períodos tan largos.

El núcleo líquido tiene unas corrientes de convección interna engendradas en profundidad, cuya velocidad es de 1 cm por segundo. Al ser dicho fluido un conductor eléctrico, la inducción electromagnética engendra la corriente eléctrica que creemos responsable del campo magnético de la Tierra.

Actualmente pensamos que en el manto existen corrientes similares, pero que son mucho más lentas —un millón de veces menos rápidas que las del núcleo. No por ello es menos cierto que en este manto, cuya viscosidad es muy grande, estos movimientos bastan para ejercer una influencia considerable sobre la parte inferior de la corteza terrestre y que son responsables de los movimientos que vemos en la superficie.

Estas fuerzas son la causa primera de todos los movimientos tectónicos que constatamos sobre la Tierra y, en particular, de la creación de las cadenas montañosas.

¿Cómo ve usted el futuro de la geofísica?

Creo que deberemos comparar cada vez más los distintos planetas terrestres. En la ciencia, cuando se desarrolla una teoría se desea comprobarla tratando de explicar con ella otros fenómenos. Hemos alcanzado este punto en lo referente a la Tierra. Ya hemos visto cómo el interior de la Tierra es activo y no pasivo, y las consecuencias que esto comporta.

Ahora debemos buscar paralelismos con los planetas. Por ejemplo, Júpiter, como hemos visto, tiene un campo magnético: es lógico que sea engendrado en el núcleo, cuya existencia conocemos. No es un núcleo metálico; es un núcleo producido por las grandes presiones que existen en su interior.

Quisiéramos saber también si Saturno tiene un campo magnético.

Respecto a la Luna sabemos que actualmente no posee un campo magnético. Sin embargo, las muestras traídas han revelado un magnetismo remanente, al igual que las rocas terrestres.

Volviendo a los acontecimientos tectónicos de los planetas terrestres, sabemos, después de haber observado a la Luna, que no ha sufrido grandes desplazamientos horizontales desde su origen. Es evidente que el manto de la Luna sufre corrientes de convección. Pero la corteza lunar es demasiado rígida y espesa y estas corrientes no han podido transformarla como ha ocurrido en la Tierra.

Las maravillosas fotografías de la superficie de Marte, obtenidas por el Mariner IX, indican la existencia de un vulcanismo extensivo: Marte posee el mayor volcán del sistema solar. El estudio de la corteza de Marte se está iniciando, pero creo que su tectónica podría situarse a mitad de camino entre la Luna, cuya corteza ha evolucionado muy poco, y la Tierra, que ha sufrido grandes transformaciones.

En resumen, en el futuro la geofísica se ocupará cada vez más de las comparaciones entre la Tierra y los demás planetas del sistema solar en provecho del conocimiento de la Tierra y del conocimiento del resto del sistema solar.

Capítulo 2
La Tierra en el Universo
La Tierra es un pequeño cuerpo celeste, opaco, perteneciente a un grupo de planetas que giran alrededor de la estrella denominada Sol.

Galaxia irregular en la constelación de la Osa Mayor.

El conjunto de éste y los planetas ligados a él por la gravedad constituye un sistema solar, que no es más que un pequeñísimo fragmento de una Galaxia, denominada Vía Láctea, constituida por gran número de estrellas. El Universo, a su vez, está formado muy probablemente por millones de galaxias semejantes a la Vía Láctea.

Nuestro sistema solar está formado por un astro principal y centro del sistema, el Sol, y nueve planetas, algunos de los cuales presentan astros secundarios denominados satélites. Además de estos constituyentes principales, el sistema solar comprende gran número de asteroides o planetoides, meteoritos y cometas.
Los planetas de nuestro sistema solar se pueden dividir en dos grupos: los planetas menores, sólidos, de pequeño tamaño, de densidad elevada, relativamente cercanos al Sol y constituidos esencialmente por hierro (Fe), oxígeno (0), silicio (Si) y magnesio (Mg), y los planetas mayores, de superior tamaño que los anteriores, de densidad menor y constituidos por elementos ligeros, hidrógeno (H) y helio (He) principalmente, o sus combinaciones más estables, como amoníaco, agua, metano, etc.

Abundancia de elementos en el Universo
(número de átomos por cada 10.000 de Si)

El grupo de planetas menores, denominados también planetas terrestres, lo constituyen Mercurio, Venus, Tierra y Marte, citados en orden de distancia creciente al Sol, mientras que el grupo de planetas mayores lo componen Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno, citados también en orden de distancia creciente al Sol.

Fotografía del Sol, la estrella más próxima a la Tierra.
A los ocho planetas mencionados hay que añadir Plutón, que es el planeta más lejano, pero cuyas características de masa son bastante semejantes a la de los planetas menores.

Todos los planetas del sistema solar giran alrededor del Sol describiendo en un mismo sentido órbitas elípticas de poca excentricidad, es decir, muy próximas a una circunferencia. Las características del sistema solar se exponen en el cuadro adjunto.

Las distancias de los planetas al Sol siguen una proporción en la que la separación entre aquéllos aumenta con su distancia al Sol, según una progresión geométrica. Esta ley fue enunciada por Bode en 1772, prediciendo en base a ella la existencia de un décimo planeta en el sistema solar, situado, según sus cálculos, entre las órbitas de Marte y Júpiter. Posteriormente se ha comprobado que dicho planeta no existe, pero la región que teóricamente tendría que ocupar se encuentra poblada por gran número de planetoides o asteroides y es la zona de origen de los meteoritos.

Cráter lunar fotografiado por el Apolo XVII.
El Sol representa el 99 % de la masa del sistema solar, mientras que Júpiter comprende el 71 % de la masa de los planetas y junto con Saturno constituyen el 93 % de dicha masa.

Esquema comparativo de las masas y de las distancias de los planetas al Sol.
Este gigantismo de Júpiter y Saturno determina el que la primera imagen de nuestro sistema solar, visto desde el exterior a él, presente el aspecto de una estrella brillante alrededor de la cual giran un planeta muy grande, Júpiter, y otro mucho menor, Saturno. Para descubrir los restantes planetas se necesitarían telescopios de gran poder de resolución. El gran tamaño de Júpiter determina igualmente que el centro de gravedad del sistema solar esté ligeramente fuera del Sol.

Fotografía de Saturno con sus anillos ecuatoriales
La Tierra, dentro del conjunto del sistema solar, comprende una pequeñísima cantidad de masa, aproximadamente 1/330.000 parte de la del Sol, del que dista unos 150 millones de km (valor que toman los astrónomos para distancias en el Universo y que denominan unidad astronómica o u.a.)
La Tierra recibe del Sol una pequeña cantidad de la radiación, aproximadamente 5,2×10 ^-24 kilocalorías/milímetro, lo que representa media millonésima de millón de la radiación solar. De esta radiación recibida la Tierra refleja (albedo) 0,4 ó, lo que es lo mismo, un 40 %.
La Tierra presenta un único satélite natural, la Luna, situada a una distancia media de 384.000 km, con una masa que es la centésima parte de la terrestre, un radio 3,6 veces menor que el del globo terráqueo y una densidad de 3,3. Gira alrededor de la Tierra describiendo una órbita ligeramente elíptica, y completa una vuelta en 27 días y 8 horas.

Fotografía de Júpiter.
La composición química de los cuerpos que componen la galaxia a la que pertenece la Tierra y de la materia interestelar de la misma es bastante uniforme y se caracteriza por un gran predominio del hidrógeno (para numerosos autores este elemento constituye el 87 % del Universo), al que sigue en abundancia el helio, presentándose los restantes elementos prácticamente como simples impurezas. En la tabla puede observarse la concentración aproximada de los elementos en el Universo.

Origen del sistema solar
Sobre el origen del sistema solar y de la Tierra como constituyente del mismo hay dos grandes grupos de hipótesis:
a) un primer grupo de hipótesis sostiene que el sistema solar se originó a partir de una nebulosa (nube de gases y de partículas de polvo) giratoria de composición cósmica, es decir, formada en su mayor parte por hidrógeno y helio;
b) un segundo grupo de hipótesis sostienen que el sistema solar se originó por aproximación de dos estrellas, y que la atracción gravitatoria entre ambas fue tan intensa que de la más ligera se desprendieron fragmentos a partir de los cuales se formaron los planetas cuando las dos estrellas se alejaron.

Esquema que intenta reflejar la hipótesis del origen del sistema solar a partir de una nebulosa.
En la actualidad, los hechos conocidos y una serie de deducciones lógicas han determinado que numerosos científicos se inclinen por una hipótesis del primer grupo.

Nebulosa de Cygnus
Los modernos radiotelescopios han revelado que existen en nuestra galaxia enormes nebulosas, como la que debió originar el sistema solar, constituidas probablemente por acumulación de partículas emitidas por las estrellas.
La nebulosa que probablemente dio origen a nuestro sistema solar era al principio fría y de enormes dimensiones, extendiéndose con toda seguridad más allá de la órbita que en la actualidad describe Plutón.

Telescopio de Monte Palomar, en California, uno de los mayores del mundo.
En un determinado momento de su desarrollo toda la nebulosa comenzó a contraerse, aumentó rápidamente su temperatura y a través de un proceso sobre el que existen diferentes modelos, se individualizaron fragmentos de la misma, denominados protoplanetas, a partir de los cuales se originaron los planetas. La parte central y cuantitativamente más importante de la nebulosa dio origen al Sol.

Espectrograma de la superficie solar para evidenciar la distribución del hidrógeno.

Evolución pregeológica de la Tierra
La evolución pregeológica de la Tierra comprende una sucesión de procesos, desde la individualización del protoplaneta terrestre, a partir de la nebulosa matriz del sistema solar, hasta la consolidación de la superficie de nuestro planeta en una estructura semejante a la actual, es decir, formada por rocas y agua, con una temperatura media determinada fundamentalmente por la radiación solar. Teniendo en cuenta que la edad aproximada de la Tierra como cuerpo celeste es de unos 4.500 millones de años y que las edades de las rocas más antiguas de la corteza terrestre oscilan alrededor de unos 3.500 millones de años, la duración del período pregeológico de la evolución de la Tierra se estima en unos 1.000 millones de años.
En sus orígenes, el protoplaneta terrestre debió de ser mucho mayor que la Tierra actual, por tratarse todavía de un simple fragmento de una nebulosa difusa constituida esencialmente por gases entre los que predominaban el hidrógeno y el helio. Los demás constituyentes debían de encontrarse en concentraciones semejantes a la concentración de los elementos en el Universo. Por contracción y acreción de materia interestelar el protoplaneta fue aumentando de masa y creó a su alrededor un potente campo gravitatorio. Simultáneamente, a causa de la contracción, la temperatura aumentaba hasta alcanzar valores de 2.000 ó 3.000°C.
Durante el período pregeológico de la evolución de la Tierra se debieron producir las principales reacciones entre los átomos para originar los primeros compuestos químicos. H. C. Urey ha estudiado los procesos mediante los cuales se formaron tales compuestos, teniendo en cuenta la hipotética composición del protoplaneta terrestre y los principios de la termodinámica. Sus conclusiones pueden resumirse así:
a) el hidrógeno, elemento más abundante en el Universo, se combinó con el nitrógeno y con el carbono dando lugar respectivamente a amoníaco (NH ₃ ) y metano (CH ₄ );
b) la primitiva atmósfera del protoplaneta estaría formada por hidrógeno, helio, amoníaco y metano, al igual que las atmósferas actuales de algunos de los planetas mayores;
c) el oxígeno se combinó activamente con silicio, aluminio, magnesio, hierro, calcio y potasio, dando lugar a los silicatos a partir de los cuales se formaron las partes sólidas más externas del planeta.

Modelos de una molécula de butano, arriba, etino, centro, y metano, abajo.

d) el hierro, elemento bastante abundante en el cosmos, dio lugar, según la temperatura, a óxidos y sulfuros, por debajo de 25 °C, mientras que por encima de 327 °C se concentraría en forma de hierro metálico.

Como consecuencia de los procesos descritos el protoplaneta terrestre debió de estar formado por una atmósfera muy distinta de la actual, en la que predominaban hidrógeno, helio, amoníaco y metano, y una parte sólida constituida por hierro y silicatos.
En las fases posteriores de la evolución pregeológica de la Tierra se produjo la pérdida de la mayor parte de la atmósfera primitiva, la formación de la atmósfera e hidrosfera actuales y la diferenciación geoquímica primaria de los constituyentes sólidos.

Modelos de una molécula de anhídrido carbónico (CO ₂ ). Abajo, modelo de una molécula de agua (H ₂ O).

Origen de la atmósfera y la hidrosfera
Los conocimientos obtenidos hasta la actualidad sobre la atmósfera han permitido establecer ciertas conclusiones acerca de su constitución y origen:
a) por composición y estructura la atmósfera terrestre actual, constituida esencialmente por nitrógeno y oxígeno, es muy diferente de las atmósferas de los restantes planetas;
b) los elementos más abundantes en el cosmos, hidrógeno y helio, se encuentran en muy escaso porcentaje en la atmósfera terrestre actual, prácticamente su presencia en ella resulta tan pequeña que sólo pueden ser considerados elementos-traza.
La mayor parte de los geofísicos admiten que la actual atmósfera de la Tierra es muy diferente de la atmósfera del protoplaneta terrestre, la mayor parte de la cual posiblemente se perdió en el período pre-geológico del planeta, formándose la atmósfera actual a partir de gases provenientes de la parte sólida de la Tierra.
La atmósfera primitiva estaba formada, según Urey, por hidrógeno, helio, amoníaco (NH ₃ ) y metano (CHO), además de pequeñas cantidades de oxígeno y carbono. A causa de la elevación de la temperatura provocada por la contracción del protoplaneta terrestre la primitiva atmósfera se perdió en el espacio por escape de la mayor parte de sus constituyentes, especialmente del hidrógeno y del helio. Los gases que no escaparon quedaron englobados en forma de compuestos sólidos. Así, el oxígeno fue retenido en forma de agua y de silicatos, el nitrógeno en forma de amoníaco y de nitruros metálicos y el carbono en forma de metano residual.

Erupción volcánica en Hawaii.
Al formarse la nueva atmósfera a base de los gases englobados en los compuestos sólidos se produjeron importantes cambios en su composición.

Cráter volcánico
El agua proveniente del interior del planeta era continuamente disociada por las radiaciones solares originando hidrógeno, el cual escapaba, y oxígeno, que era retenido a causa de su inferior velocidad de escape.

Erupción volcánica
El residuo de amoníaco que se hallaba presente en la composición de la primitiva atmósfera era atacado por el oxígeno, proceso que daba lugar a la formación de nitrógeno libre y de agua, mientras que los nitruros metálicos se descomponían originando igualmente nitrógeno libre.
El residuo de metano, por su parte, reaccionaba con el oxígeno dando lugar a anhídrido carbónico y agua.
Estos procesos determinaron la composición de la atmósfera actual, constituida en más de un 99 % por nitrógeno y oxígeno. También están contenidos en ella anhídrido carbónico y vapor de agua, pero, por supuesto, en cantidades infinitamente menores.
La hidrosfera se originó a partir del agua desprendida por las rocas del interior de la Tierra, y que alcanzaba la superficie a través de fenómenos volcánicos. Se admite actualmente que la hidrosfera ha aumentado progresivamente a través de los tiempos pre-geológicos y geológicos, pero más que por un incremento de la superficie de los océanos por un aumento de la profundidad de la cuenca de los mismos.

Colada de lava
Respecto al contenido salino de las aguas oceánicas, los geoquímicos sostienen que la mayor parte proviene del interior de la Tierra, llegando a la superficie a través de las erupciones volcánicas.

Diferenciación geoquímica primaria
Al principio del período pregeológico de la Tierra se produjo una diferenciación general de la materia terrestre acumulándose los elementos o sus compuestos más estables según sus afinidades químicas y según las condiciones de presión y temperatura existentes. En ese proceso diferenciador desempeñó un papel importante la acción de la fuerza gravitatoria. Como consecuencia de la diferenciación geoquímica, el planeta adquirió una estructura en capas concéntricas, con los materiales más densos acumulados en las zonas más profundas y los más ligeros progresivamente en capas más externas. La fase final de dicha diferenciación estuvo constituida, sin duda, por la formación de la atmósfera y de la hidrosfera.
La mayor parte de los autores que investigan el origen y formación de la Tierra sostienen que durante las primeras fases la temperatura era lo suficientemente alta como para que los constituyentes del protoplaneta estuviesen fundidos o muy cerca del estado de fusión. A causa de la pérdida de los gases predominantes, hidrógeno y helio, los elementos más abundantes en el protoplaneta en cuestión eran el hierro (Fe), el oxígeno (0), el silicio (Si) y el magnesio (Mg), con cantidades mucho menores de níquel (Ni), azufre (S), calcio (Ca) y sodio (Na). Como la cantidad de oxígeno no era lo suficientemente alta para oxidar los restantes elementos metálicos, la mayor parte del hierro y del níquel que no habían sido oxidados precipitaron hacia el centro de la masa planetaria y constituyeron el origen del núcleo metálico.
Una parte del hierro y casi todo el magnesio se combinaron activamente con el oxígeno y el silicio para formar los silicatos que se acumularon por encima del núcleo, dando lugar al manto silicatado. Por último, la corteza terrestre se originó por segregación de los elementos más ligeros del manto.

Mapa geológico de la Tierra: 1. Plataformas continentales. 2. Escudos arcaicos. 3. Llanuras y mesetas sedimentarias en escudos arcaicos. 4. Plegamientos alpinos. 5. Llanuras y mesetas sedimentarias en plegamientos alpinos. 6. Llanuras y mesetas sedimentarias en macizos primarios. 7. Macizos primarios. 8. Regiones de origen volcánico. 9. Fosas marinas. 10. Dirección de los pliegues. 11. Volcanes.

Composición química de la Tierra
Teniendo en cuenta la composición química de las zonas accesibles de la Tierra (corteza terrestre, hidrosfera y atmósfera) y la hipotética composición de las zonas profundas, en parte confirmada por procedimientos geofísicos, se puede afirmar que nuestro planeta no constituye una muestra representativa del Universo. En efecto, del estudio de la composición química terrestre se pueden extraer dos conclusiones importantes:
1) Los elementos gaseosos ligeros que componen la mayor parte de la materia cósmica son muy escasos en nuestro planeta;
2) ciertos elementos pesados, cuantitativa en peso es muy escasa. Otros cuantitativamente poco abundantes en el elementos abundantes en el cosmos, como cosmos, se presentan en nuestro planeta en el nitrógeno y el carbono, se encuentran en concentraciones elevadas. De entre los gases ligeros que abundaron en el protoplaneta terrestre únicamente se conservó el oxígeno debido a su gran capacidad para formar compuestos sólidos estables.

Galería en la cueva de Ojo Guareña (Burgos, España).
El hidrógeno sólo se encuentra en concentraciones apreciables en la hidrosfera, pero a nivel global de la Tierra su importancia cuantitativa en peso es muy escasa.

Formas de erosión fluvial en la misma cueva
Otros elementos abundantes en el cosmos, como el nitrógeno y el carbono, se encuentran en concentraciones escasas en la Tierra y totalmente concentrados en la atmósfera y biosfera. El silicio se presenta en concentraciones similares a la cósmica debido a su alta capacidad para formar silicatos con el oxígeno y ciertos metales. Esquemáticamente, puede afirmarse que durante su formación la Tierra se enriqueció en elementos pesados, especialmente hierro, y se empobreció en elementos gaseosos ligeros.

La electricidad atmosférica se manifiesta con gran aparato eléctrico en una tormenta sobre Nueva York.
La composición global del planeta es difícil de calcular, por carecerse de conocimientos directos acerca de los materiales que la constituyen a profundidades superiores a pocos miles de metros. Teniendo en cuenta las hipótesis aceptadas sobre la estructura interna de la Tierra y la composición y frecuencia de los distintos tipos de meteoritos conocidos se pueden extraer las siguientes conclusiones sobre la composición global de nuestro planeta:

1. la zona más interna de la Tierra, denominada núcleo, está formada por una aleación de hierro y níquel, con cantidades menores de silicio, carbono y azufre;
2. la zona intermedia o manto está formada esencialmente por silicatos, siendo su composición muy semejante a la de las pendotitas;
3. la composición media de la corteza terrestre, con escasa influencia en la composición global del planeta, ya que sólo representa el 1 % de la masa total, es prácticamente igual a la composición de las rocas eruptivas con predominio de oxígeno, silicio y aluminio.

Los meteoritos
Hasta la culminación de la misión del Apolo XI con el traslado a la Tierra de materiales lunares, los meteoritos eran las únicas muestras de materia extraterrestre de que se disponía en los laboratorios para efectuar análisis.
Los meteoritos son cuerpos sólidos del sistema solar que se mueven según órbitas muy elípticas alrededor del Sol y que con frecuencia caen sobre la Tierra. El estudio de estos fenómenos astronómicos ha sido y es de gran interés, pues permite la obtención de datos muy valiosos sobre el origen del sistema solar, sobre la formación de los planetas y sobre la probable estructura interna de la Tierra.
Anualmente caen sobre la superficie terrestre numerosos meteoritos, la mayoría de los cuales se pulverizan al atravesar la atmósfera llegando a la superficie terrestre en forma de polvo meteórico.

Cráter Meteor en Arizona (EE.UU.)
Todas las pruebas de datación radiactivas efectuadas por los diversos laboratorios y centros de investigación con meteoritos indican que se originaron hace aproximadamente unos 4.500 millones de años, es decir, mucho antes que las rocas más antiguas de la corteza terrestre, cuyas edades nunca superan los 3.500 millones de años.

Diversos tipos de meteoritos
Mineralógicamente, los meteoritos están formados por dos fracciones principales: aleaciones de hierro, níquel (camacita y tenita) y silicatos (especialmente olivino y piroxenos, es decir, los minerales característicos de las rocas básicas y ultrabásicas). Según el predominio de una u otra de ambas fracciones los meteoritos se dividen en tres grandes grupos:

1. Sideritos , constituidos esencialmente por una aleación de hierro (90 %) y níquel (8,5 %) y caracterizados por una elevada densidad (7,5);
2. Siderolitos , formados por aleación de ferroníquel y silicatos en proporciones aproximadamente equivalentes, con densidad alrededor de 5;
3. Aerolitos , constituidos predominantemente por silicatos, con una densidad aproximada de 3,5, es decir, igual que las rocas básicas de la corteza terrestre.

El estudio de la composición media y de la frecuencia de los diversos tipos de meteoritos antes descritos ha hecho suponer a los geoquímicos que el cuerpo o los cuerpos del sistema solar a partir de los que se originaron aquéllos presentaba una estructura zonada, con un núcleo denso y metálico a partir del cual se habrían formado los sideritos, una capa intermedia constituida por materiales ultrabásicos que dieron lugar a los siderolitos y una capa superficial poco densa a partir de la que se originaron los aerolitos. Dado que los cuerpos a partir de los cuales se formaron los meteoritos debían ser esencialmente similares a la Tierra, se supuso una estructura semejante para nuestro planeta, estructura que en parte ha sido confirmada por procedimientos geofísicos.
Recientemente el estudio de la composición química de ciertos meteoritos, denominados condritos carbonosos, ha proporcionado datos muy importantes. En efecto, dichos meteoritos contienen una fracción orgánica constituida por hidrocarburos aromáticos y alifáticos y por aminoácidos y pirimidinas, es decir, los constituyentes esenciales de los organismos terrestres. Estos descubrimientos permiten afirmar que en el sistema solar al que pertenece la Tierra, y probablemente en otros sistemas análogos, se han producido y se producen fenómenos de síntesis químicas en los que se originan estructuras químicas intermedias e imprescindibles en la génesis de los seres vivos.

Edad de la Tierra
Por edad de la Tierra se entiende el tiempo transcurrido desde que nuestro planeta posee una masa y un volumen semejantes a los actuales. El cálculo de la probable edad de la Tierra se ha intentado realizar en numerosas ocasiones y mediante diversos métodos. Los geólogos han intentado repetidamente evaluarla basándose en el estudio del ritmo de los procesos geológicos; por ejemplo, se ha intentado calcularla a partir del tiempo necesario para que se depositaran las series sedimentarias conocidas. Este método presenta dos defectos esenciales: por una parte, el espesor de un sedimento puede haber variado después de su formación, debido por ejemplo a una fase erosiva; por otra parte, la velocidad de formación de los sedimentos es muy variable.
En la actualidad los métodos de datación de los materiales terrestres se basan en la radiactividad. Desde cl descubrimiento de la misma por Becquerel en 1895 se sabe que ciertos elementos químicos, denominados radiactivos, son inestables y se desintegran espontáneamente y a ritmo constante por emisión de partículas, hasta dar lugar a un producto estable final. La velocidad y el modo de desintegración de los elementos radiactivos son característicos en cada uno de ellos y pueden hallarse experimentalmente. La velocidad de desintegración de un elemento radiactivo se expresa en función de su período de semidesintegración o vida media, es decir, el tiempo necesario para que dicho elemento reduzca su masa a la mitad por transformación de la otra mitad en elemento estable final.
Conociendo de una muestra rocosa las cantidades de elemento radiactivo que contiene y la de su producto estable final, así como el período de semidesintegración del primero, se puede calcular fácilmente la edad de la muestra rocosa mediante la fórmula:

T = P x período de semidesintegración / E _r
donde t es el tiempo de formación, P es el producto estable final de un elemento radiactivo expresado en gramos y E _r es el elemento radiactivo también expresado en gramos.
Mediante la aplicación de los métodos radiactivos se ha calculado que la edad de la Tierra, como la del resto de los planetas del sistema solar y de los meteoritos viene a ser, aproximadamente, de 4.500 millones de años.

Origen de la vida en nuestro planeta
Un acontecimiento importante en el desarrollo de nuestro planeta lo constituyó el origen y desarrollo de la vida.

A. I. Oparin, que en 1922 desarrolló la primera teoría científica sobre el origen de la vida
Se acepta en la actualidad que la vida se originó de manera espontánea cuando se dieron las condiciones necesarias para que ciertos elementos químicos se combinaran para generar moléculas orgánicas muy sencillas primero y progresivamente más complejas después, hasta originar un sistema capaz de autoduplicarse y relacionarse en el medio en que vivía, es decir, hasta un organismo viviente. La teoría más aceptada sobre el origen de la vida fue esbozada por el bioquímico ruso Oparin en 1922, teoría que posteriormente ha sido ampliada y comprobada en gran parte de sus puntos básicos. La vida, según Oparin, es el resultado de un proceso evolutivo de progresiva complicación de la materia orgánica. En dicho proceso se pueden distinguir cuatro etapas o eslabones principales, que se describen a continuación.

1. Primer eslabón o evolución nuclear, durante el cual se originaron los elementos organogénicos, es decir, los elementos básicos de las moléculas orgánicas, como hidrógeno, carbono, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre. Se sabe poco sobre el origen de dichos elementos, pero se supone que todos ellos se formaron a partir del hidrógeno por medio de reacciones termonucleares ocurridas en el interior de las estrellas.
2. Segundo eslabón o evolución molecular, durante el cual se originaron las moléculas orgánicas por combinación de los elementos organogénicos. Este segundo eslabón puede subdividirse en dos fases principales, una de formación de moléculas orgánicas simples y otra de formación de moléculas orgánicas complejas denominadas moléculas biológicas. Sobre la primera fase del eslabón molecular se dispone de numerosos datos. Por ejemplo, los modernos radiotelescopios han descubierto en nuestra galaxia moléculas de agua, de amoníaco (NH ₃ ), de formaldehído (HCHO), de monóxido de carbono (CO), de dióxido de carbono (CO ₂ ), de ácido do cianhídrico (HCN), de cianoacetileno (C ₂ HCN), etc., es decir de moléculas orgánicas muy simples. Durante la segunda fase del eslabón molecular se formaron las moléculas orgánicas más complejas, como los aminoácidos y los nucleótidos, elementos arquitectónicos básicos de las macromoléculas esenciales de los organismos. Sobre esta segunda fase se dispone de importantes datos experimentales. Así, S. L. Miller, en la Universidad de California, consiguió sintetizar aminoácidos a partir de los elementos y de la energía que debía existir en la primitiva atmósfera terrestre. Su experimento consistió en someter una mezcla de metano, agua y amoníaco a fuertes descargas eléctricas consiguiendo la formación de aminoácidos semejantes a los que constituyen las proteínas de los seres vivos. Por otra parte, el científico español Juan Oró, en la Universidad de Houston, ha conseguido sintetizar bases púricas y pirimidínicas (constituyentes básicos de los ácidos nucleicos) simulando las condiciones que debieron existir en la primitiva atmósfera terrestre.
3. Tercer eslabón o evolución protobiológica, durante el cual se produjeron los procesos de interacción entre las proteínas y los ácidos nucleicos para dar lugar al primer complejo molecular capaz de auto reproducirse. Un paso importantísimo en esta evolución protobiológica debió ser la aparición de los primeros complejos enzimáticos responsables y directores de las funciones vitales de los organismos.
4. Cuarto eslabón o evolución biológica, incluye desde la formación de los primeros y simples sistemas vivientes hasta la aparición de los organismos más complejos y el hombre. Sobre este eslabón, especialmente en sus fases más avanzadas, se dispone de numerosos datos facilitados por el hallazgo y la interpretación de los fósiles.

Capítulo 3
Características físicas de la Tierra

A la ciencia que estudia la forma de la Tierra la denominamos geodesia. Más en concreto los objetivos esenciales de esta rama de la Geofísica son la determinación de la forma geométrica externa de la Tierra y la determinación de la intensidad y de la dirección del campo gravitatorio terrestre en el mayor número de lugares posibles.

Coordenadas celestes.

Ambos objetivos se complementan, pues, como veremos, la forma de la Tierra depende en parte de su campo gravitatorio.

Posición de la Tierra en la esfera

El conocimiento de la forma de la Tierra y de su campo gravitatorio, son indispensables para elaborar las hipótesis geofísicas sobre el interior del globo terrestre y para realizar cualquier medida precisa en el dominio espacial.

Las primeras hipótesis más o menos fundadas sobre la forma de la Tierra fueron expuestas por los filósofos de la Antigüedad (Pitágoras, Ptolomeo, Aristóteles, Arquímedes, etc.), considerando todas que la Tierra era esférica.

El primero en dar una valoración aproximada de las dimensiones terrestres fue Eratóstenes (siglo III a.C.) basando sus cálculos en la medición del grado de meridiano que pasaba por las ciudades de Alejandría y Asuán.

Representación del hemisferio austral en una xilografía de A. Durero (1515).

Para Newton, la forma de nuestro planeta estaba en gran parte determinada por la ley de la gravitación universal y por la mecánica terrestre, especialmente por su movimiento rotacional. Newton dedujo que la Tierra es achatada por los polos debido al movimiento de giro sobre sí misma y al potente campo gravitatorio que crea a su alrededor.

El achatamiento de los polos, o, lo que es lo mismo, la protuberancia ecuatorial, es una consecuencia de la diferente velocidad de los diversos puntos de la Tierra en su movimiento rotacional, velocidad que es máxima en el ecuador (unos 1.600 km/h), disminuyendo a medida que nos acercamos a los polos, en donde es nula.

La gran velocidad de las zonas ecuatoriales determina que aparezcan fuerzas centrífugas intensas que tienden a concentrar la materia originando el abultamiento ecuatorial. El achatamiento terrestre se define como la relación entre la diferencia de los dos radios terrestres (ecuatorial y polar) y el radio ecuatorial.

Representación del hemisferio boreal una xilografía de A. Durero (1515).

Durante los siglos XVIII y XIX se realizaron numerosos trabajos con el fin de conocer con la máxima precisión la forma y dimensiones de la Tierra. A principios del presente siglo se adoptó como superficie de referencia de la Tierra un elipsoide de revolución cuyas medidas principales son:

• radio ecuatorial, 6.378,16 km;
• radio polar, 6.356,91 km;
• radio medio, 6.371 km, y
• achatamiento 1/297.

Actualmente se considera que la forma de la Tierra es la superficie equipotencial de la gravedad, según la cual se disponen las masas que constituyen la superficie terrestre sometidas a la acción de la gravedad; a cada punto de dicha superficie le corresponde una dirección invariable, denominada vertical del lugar, que representa en cualquier caso la dirección de la fuerza de la gravedad.

En una primera aproximación la superficie descrita, denominada geoide, es enormemente parecida a la superficie libre que tienen los océanos y a la prolongación imaginaria de éstos debajo de los continentes.

Conocidos el radio y el achatamiento de la Tierra es fácil calcular la longitud del meridiano terrestre, cuyo valor es de 40.008,548 km, y la del ecuador, de 40.075,704 km. El área de la superficie terrestre presupone 510.083.000 km ² y el volumen del globo terráqueo es de unos 1.083.819.000 km ³ .

Masa y densidad

El cálculo de la masa de la Tierra se realiza mediante la aplicación de la ley de la gravitación universal, existiendo diversos métodos, más o menos precisos, entre los cuales el más utilizado emplea la balanza de torsión.

Según estos cálculos, la masa de la Tierra es de 5,975 x 10 ²¹ toneladas. La densidad media de la Tierra es de 5,5 17 g/cm ³ . En comparación con los restantes planetas, la Tierra es el segundo por orden de densidad decreciente (Mercurio presenta una densidad de 5,9 a 6,1, Venus de 5 a 5,9 y Marte de 3,8), siendo muy superior a la que se ha calculado que poseen los planetas mayores, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.

Teniendo en cuenta el valor medio de la densidad terrestre (5,5) y el de las rocas de las zonas superficiales de la corteza, que raramente supera los 2,8-3 g/cm ³ , es válido suponer que la densidad de los materiales de las zonas internas de la Tierra ha de ser muy elevada. Esta suposición se confirma por los datos sismológicos.

Relación de las principales características físicas de la Tierra.

En efecto, las ondas sísmicas presentan velocidades de propagación que dependen en parte de la densidad de los materiales que atraviesan, siendo tanto más grande dicha velocidad cuanto mayor es la densidad del medio por el que se propagan.
De acuerdo con los datos sismológicos, se ha podido calcular la densidad de los materiales del interior de la Tierra a diversas profundidades.
Así, a unos 700 km de profundidad la densidad será aproximadamente de 4,3, a unos 2.900 km será de 5,5, a unos 5.100 km de 12,3 y a unos 6.300 km, muy cerca del centro, de 13. Para explicar el aumento del valor de la densidad de los materiales en el interior de la Tierra no es suficiente afirmar que es un efecto de las grandes presiones reinantes, ya que en su mayor parte se debe a cambios en la composición de los materiales, que son progresivamente más densos con la profundidad.

Movimientos de la Tierra

La Tierra, como los demás planetas del sistema solar, está sometida a las leyes de la dinámica celeste. Fundamentalmente son dos los movimientos que afectan a la Tierra; la traslación alrededor del Sol, siguiendo una órbita elíptica, y la rotación alrededor del eje de sus polos. Ambos movimientos determinan respectivamente la sucesión de las estaciones y la de los días y las noches.

Estos dos movimientos principales de la Tierra presentan diversas irregularidades conocidas con los nombres de precesión y nutación, debidas a las atracciones perturbadoras que provocan indistintamente el Sol y la Luna sobre la protuberancia ecuatorial terrestre.

Traslación
La Tierra, o más exactamente el centro de gravedad del sistema Tierra-Luna, se mueve alrededor del Sol describiendo una órbita de forma elíptica de escasa excentricidad (es decir, muy próxima a una esfera), en uno de cuyos focos se encuentra aquél. La distancia media de la Tierra al Sol durante dicho movimiento es de unos 149.675.000 km, su velocidad media de unos 29,6 km/seg y el tiempo que tarda en recorrer una órbita completa es un año sideral, es decir, aproximadamente 365,256 días.

Debido a la forma elíptica de la órbita de la Tierra en su movimiento de traslación alrededor del Sol, la distancia entre ambos no es constante, sino que presenta una posición de máximo alejamiento, denominada afelio, que se alcanza a primeros de junio, y una posición de máximo acercamiento, denominada perihelio, que se alcanza a primeros de enero.

Se denomina eclíptica al plano de la órbita terrestre en su movimiento de traslación y también al círculo de intersección de dicho plano con la esfera celeste. Debido al movimiento aparente del Sol alrededor de la Tierra, la eclíptica representa asimismo el camino aparente del Sol entre las estrellas.

El ecuador terrestre y la eclíptica no están contenidos en el mismo plano, sino que forman entre sí un ángulo de 23° 27′. Por tanto, el eje terrestre no será perpendicular a la eclíptica, sino que formará con la normal a la misma un ángulo de 23° 27.

La dirección de la inclinación del eje terrestre respecto a la eclíptica varía, como veremos más adelante, de manera secular. En la actualidad dicha inclinación determina que el polo norte celeste (punto donde la prolongación del eje terrestre corta a la esfera celeste) esté muy cerca de la estrella a de la Osa Menor, debido a lo cual se la denomina Estrella Polar.

El plano del ecuador terrestre y la eclíptica únicamente presentan dos puntos de intersección, que corresponden a los puntos en los que el Sol está en el cenit del ecuador. Dichos puntos se denominan equinoccios y corresponden a la situación de la Tierra el 21 de marzo y el 23 de septiembre. Los puntos de la eclíptica definidos por un diámetro perpendicular a la línea de los equinoccios se denominan solsticios y corresponden a los puntos en los que el Sol presenta una mayor distancia angular respecto al ecuador terrestre.

Arriba, movimiento de traslación de la Tierra alrededor del Sol. Abajo, debido al movimiento de precesión el eje de la Tierra no está fijo sino que se desplaza en el espacio sobre un cono imaginario (cono de precesión). El fenómeno es idéntico al que tiene lugar en una peonza cuyo eje de rotación no coincide con la vertical.

En los solsticios, que se alcanzan el 21 de junio y el 21 de diciembre, el Sol se encuentra en el cenit de los trópicos, círculos paralelos situados a 23° 27′ de latitud norte (trópico de Cáncer) y a 23° 27′ de latitud sur (trópico de Capricornio).

Por consiguiente, las estaciones corresponden a los tiempos que tarda la Tierra en recorrer los arcos de eclíptica determinados por los equinoccios y los solsticios. En cada hemisferio el solsticio de verano (inicio del verano) corresponderá al punto en el cual el Sol se encuentra en el cenit del trópico correspondiente del hemisferio, mientras que el solsticio de invierno (inicio del invierno) corresponderá al punto en el que el Sol está en el cenit del trópico del otro hemisferio. Esto explica la oposición entre las estaciones en los dos hemisferios terrestres. En la actualidad el verano corresponde en el hemisferio sur a la posición de máximo acercamiento de la Tierra al Sol (perihelio), mientras que en el hemisferio norte corresponde a la posición de máximo alejamiento (afelio), lo que determina que el hemisferio sur reciba durante su verano mayor cantidad de radiación solar que el hemisferio norte durante el suyo. Esta situación se invierte secularmente debido al movimiento de precesión como veremos más adelante.

Rotación
La tierra gira alrededor del eje de sus polos en sentido oeste-este (contrario a las agujas del reloj), dando una vuelta completa sobre sí misma en un día sideral, aproximadamente 23 h 56′.

A causa del movimiento rotacional de la Tierra se produce un movimiento aparente de toda la esfera celeste alrededor de un eje que es prolongación del eje terrestre.

Durante mucho tiempo se supuso que en realidad no era la Tierra la que giraba, sino la esfera celeste. Copérnico fue el primero en afirmar que el movimiento real era el de la Tierra, pero no presentó pruebas concluyentes en favor de su hipótesis.

Con posterioridad se han encontrado diversas pruebas que demuestran sin lugar a dudas que es la Tierra la que gira. Entre estas pruebas cabe mencionar el comportamiento del péndulo de Foucault, o la desviación constante que sufren los vientos atmosféricos debido al efecto de la aceleración de Coriolis, característica de los cuerpos en movimiento giratorio.

La forma de la Tierra, como hemos dicho anteriormente, con su característico ensanchamiento ecuatorial, es una consecuencia de ese movimiento rotacional.

El movimiento de rotación de la Tierra determina la sucesión de los días y las noches y fue la base para uno de los más primitivos sistemas de medición del tiempo. Sin embargo, cronométricamente hablando, la Tierra no es muy perfecta, pues su movimiento de rotación no es absolutamente uniforme.

En efecto, el período de rotación de la Tierra es afectado por la acción de frenado de las mareas que tienden a aumentar el período de rotación. Es probable que en un pasado muy remoto de la historia de este planeta, su período de rotación fuera mucho menor que en la actualidad y que, por tanto, las noches y los días se sucedieran con intervalos de unas 10 a 12 horas.

En los últimos doscientos años se han podido comprobar variaciones irregulares en su período de rotación que han sumado unos 30 minutos, primero en el sentido de aumento y después en el de disminución.

Precesión y nutación
Se designa con el nombre de precesión el fenómeno que altera el movimiento rotacional de la Tierra sobre su propio eje y que es debido a las atracciones newtonianas ejercidas por el Sol y la Luna sobre la protuberancia o ensanchamiento ecuatorial terrestre.

Debido a la precesión los dos semiejes terrestres describen sendos conos cuyos vértices coinciden con el centro de la Tierra.

El efecto más aparente de la precesión es que los polos terrestres y sus equivalentes celestes (puntos donde las prolongaciones del eje terrestre cortan a la esfera celeste) describen circunferencias completas en un período de tiempo de 25.800 años.

Por la precesión, la dirección de la inclinación del eje terrestre sobre la eclíptica varía gradualmente. Asimismo, a causa del movimiento de precesión del eje de la Tierra la estrella a de la Osa Menor (Estrella Polar) no marcará siempre el Polo norte. En los próximos doscientos años dicha estrella se acercará progresivamente al polo celeste norte, hasta llegar a una distancia mínima de 25′, para alejarse posteriormente y no alcanzar una posición semejante a la actual hasta dentro de 25.800 años.

Trayectoria del polo norte celeste debido al movimiento de precesión del eje terrestre.

Por el fenómeno de la precesión, en el año 3.000 a.C. la estrella polar era la a Draconis y dentro de unos 12.000 años lo será la brillantísima estrella Vega.

El movimiento de precesión del eje terrestre determina un desplazamiento gradual de los equinoccios a razón de 50,256” por año y, por consiguiente, la inversión de la sucesión de las estaciones entre los dos hemisferios.

Panorámica de las Montañas Rocosas en los EE.UU.

El fenómeno o movimiento de nutación, que se compone con el de la precesión, consiste en un movimiento oscilatorio de los polos terrestres alrededor de sus posiciones medias, describiendo en el espacio una pequeña elipse, cuyo semieje mayor tiene un valor de 18′, en un período de tiempo de 18 2/3 años. La nutación determina que la inclinación del plano del ecuador terrestre sobre la eclíptica varíe 18” cada 18 años 2/3 y que la situación de los trópicos oscile alternativamente, alrededor de una posición media, unos 9′ del lado polar y del lado ecuatorial.

Campo gravitatorio

Cualquier objeto situado en la superficie terrestre o en un cierto espacio a su alrededor es atraído hacia la misma con una fuera, denominada fuerza de la gravedad, dirigida hacia el centro de la Tierra, aproximadamente según un radio terrestre. Dicha fuerza, según la ley de la gravitación universal de Newton, puede expresarse por la fórmula

donde G es la constante de la gravitación universal, de valor + 6,67 x 10 ^-11 en newtons x m ² / kg ² ; donde M es la masa de la Tierra, m la masa del objeto y D la distancia entre el objeto y el centro del planeta. Según la ley de Newton, la fuerza de la gravedad terrestre decrece con la distancia a nuestro planeta.

La fuerza de gravedad representa la fuerza con que la Tierra atrae a cualquier masa situada en su campo gravitatorio (zona del espacio que rodea la Tierra donde se manifiesta la atracción newtoniana debida a la masa del planeta) y al mismo tiempo corresponde al peso de dicha masa.

Por el principio fundamental de la dinámica se sabe que una fuerza aplicada a una masa le comunica una aceleración constante. Este principio aplicado al campo gravitatorio terrestre se manifiesta en que cualquier cuerpo situado en el mismo sufrirá una aceleración, denominada aceleración de la gravedad y representada por g , debida a la fuerza de atracción de la Tierra, cayendo sobre la superficie de ésta según una trayectoria aproximada a un radio terrestre. Como valor medio de la aceleración de la gravedad se toma g = 9,8 m/seg. La aceleración de la gravedad es mínima en el ecuador, donde la distancia al centro de la Tierra es mayor, aumentando de forma regular hasta los polos, lugar en que alcanza los valores máximos, debido a que el radio polar es la menor distancia de cualquier punto de la superficie terrestre al centro de la Tierra.

Fuerza de atracción newtoniana (F _n ) y fuerza centrifuga (F _c ) actuando sobre un cuerpo situado sobre un lugar de la superficie terrestre de latitud l . El peso real del cuerpo (P) es el resultado de la composición de ambas fuerzas y su dirección no coincide con la vertical, formando un ángulo d con la misma excepto en el polo y en el ecuador donde d es igual a cero.

Al considerar la intensidad del campo gravitatorio terrestre en cualquier punto de la superficie de nuestro planeta hay que tener en cuenta que la rotación del mismo determina sobre todos los puntos de su superficie fuerzas centrifugas que contrarrestan en parte la atracción newtoniana debida a la masa de la Tierra. En realidad, la fuerza de la gravedad es la resultante entre la fuerza de atracción newtoniana provocada por la masa de la Tierra y la fuerza centrifuga debida a la rotación terrestre. En el esquema se representan ambas fuerzas y su resultante.

La fuerza de la gravedad varía en la superficie terrestre de la siguiente manera:

1. Con la altitud : como puede apreciarse fácilmente en la fórmula de Newton, el valor de la gravedad en cualquier punto es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia del mismo al centro de la Tierra. Según esto, la gravedad será menor en la cima de una montaña que en una llanura próxima. La intensidad de campo gravitatorio terrestre disminuye a medida que nos alejamos de la Tierra, hasta un límite en el que será prácticamente nula y las masas no serán ya atraídas hacia la Tierra, como se demuestra fácilmente en las experiencias astronáuticas. Al igual que la Tierra, los demás cuerpos de nuestro sistema solar desarrollan a su alrededor campos gravitatorios cuya intensidad depende de la masa de los mismos. En la Luna, y debido a la diferencia de tamaño y de masa respecto a la Tierra, la gravedad es 1/6 de la de la Tierra.
2. Con la latitud , debido a que la Tierra no es una esfera perfecta. En efecto, dado que el radio polar es ligeramente menor que el ecuatorial, la gravedad será mayor en los polos que en el ecuador, disminuyendo gradualmente de aquéllos a éste. Por otra parte, la fuerza centrífuga debida a la rotación terrestre, que en parte contrarresta a la atracción newtoniana, tampoco es igual en toda la superficie del planeta, siendo mínima en los polos y máxima en el ecuador. Según el efecto de la fuerza centrífuga la gravedad terrestre también disminuirá gradualmente de los polos al ecuador.

Efecto de las grandes masas topográficas sobre la atracción newtoniana ejercida por la Tierra (F _n ); el peso de los cuerpos (P) puede sufrir pequeñas variaciones locales a causa de las mismas

1. Con la topografía : el valor de la gravedad en cualquier punto de la superficie terrestre estará afectado por la presencia de masas próximas, por ejemplo cordilleras de montaña, que determinarán fuerzas newtonianas secundarias contrarrestando en parte la atracción terrestre. La ciencia que estudia la gravedad terrestre, la distribución del campo gravitatorio de la Tierra y las anomalías que presenta dicho campo se denomina gravimetría.

Campo magnético, geomagnetismo

La Tierra se comporta como un gigantesco imán, creando a su alrededor un campo magnético, como lo demuestra el hecho de que en cualquier punto de la superficie terrestre una aguja imantada que pueda girar libremente sobre su centro de gravedad se orienta siempre en una dirección próxima a la dirección geográfica norte.

Mapa de isoclinas en el que aparecen localizados los polos magnéticos.

El campo magnético terrestre se extiende por el espacio que rodea la Tierra hasta distancias considerables, siendo el factor responsable, por ejemplo, de la existencia de los cinturones de radiaciones de Van Allen.

El eje del imán que crea el campo magnético terrestre se denomina eje geomagnético y los puntos donde sus prolongaciones cortan a la superficie terrestre se denominan polos magnéticos. En las primeras mediciones que se hicieron del campo magnético terrestre se comprobó que el eje geomagnético no coincide con el eje geográfico de la Tierra, sino que forma con él cierto ángulo cuyo valor es en la actualidad de unos 11,5°. Debido a esto los polos magnéticos no coinciden con los geográficos. En la medición realizada en 1965 la situación aproximada de los polos magnéticos era de 100° de longitud oeste y unos 70° de latitud norte para el polo magnético norte, es decir, cerca de la Tierra del Príncipe de Gales, en el norte de Canadá, y de 75° de latitud sur y 154° de longitud este para el polo geográfico sur, cerca de la Tierra de Adelaida.

El eje geomagnético terrestre no pasa por el centro de la Tierra, debido a lo cual los polos magnéticos no están en posiciones diametralmente opuestas.

En cada punto de la superficie terrestre el campo magnético creado por la Tierra se puede definir por una magnitud vectorial, denominada intensidad de campo, cuyo valor numérico es máximo en los polos y decrece hacia el ecuador magnético (plano perpendicular al eje geomagnético que pasa por el centro de la Tierra).

Esquema de la magnetosfera.

La dirección del vector intensidad de campo se determina mediante dos parámetros, la declinación (D), ángulo formado por el vector campo con el meridiano del lugar, y la inclinación magnética (1), ángulo formado por el plano del vector campo y el plano horizontal.
En un momento dado las constantes del magnetismo terrestres no son las mismas de un punto a otro del Globo.

Mediante una red de estaciones magnéticas y recientemente desde aviones que registran de modo continuo los valores de la intensidad magnética de las zonas sobre las que vuelan, se tiene una información bastante completa sobre el campo magnético terrestre en superficie. Las estaciones o puntos que presentan una misma declinación se unen sobre un mapa mediante líneas denominadas isógonas, mientras que los que presentan una misma inclinación se unen por líneas denominadas isoclinas. Estas últimas constituyen un sistema de paralelos más o menos deformados. La isoclina de inclinación cero constituye el ecuador magnético que divide a la Tierra en dos hemisferios, el norte, donde la inclinación es positiva, y el sur, donde es negativa.

El lugar de los puntos con declinación nula es una línea sinuosa que rodea la Tierra pasando por los polos. Dicha línea divide al Globo en dos hemisferios, uno Atlántico, donde la declinación es oeste, y otro Pacífico, con declinación este.

Esquema de los cinturones de Van Allen. Alrededor de la Tierra existen dos bandas de partículas de alta energía que dejan tan sólo dos aberturas a la altura de los polos

Mediante los elementos definidos se pueden construir mapas geomagnéticos a partir de los cuales es posible calcular la intensidad, la declinación y la inclinación magnéticas de un lugar. Estos valores calculados pueden posteriormente confirmarse o no en las mediciones directas. Si el valor calculado de un lugar y el medido no coinciden se dice que existe una anomalía magnética, resultado de las imantaciones permanentes que presentan ciertas masas de rocas y que crean a su alrededor campos magnéticos locales. Algunas anomalías pueden deberse también a la presencia de imantación remanente en las rocas desde su formación e indican las características del campo magnético terrestre en los momentos en que aquéllas se originaron.
Los conocimientos que se tienen en la actualidad sobre el interior de la Tierra proporcionan ya una explicación lógica sobre el origen del magnetismo terrestre. En efecto, se supone que la Tierra se comporta como una gran dinamo en la que la parte más interna del Globo (el núcleo), de naturaleza metálica (muy probablemente férrica), se ha transformado en un gran imán por inducción de las corrientes eléctricas existentes en las zonas periféricas de dicho núcleo (se sabe que una barra de hierro dulce rodeada por un alambre se magnetiza por inducción cuando por éste circula una corriente eléctrica).
El campo magnético terrestre sufre variaciones de diversa intensidad y períodos, como las variaciones seculares, las estacionales o anuales, las diurnas y las accidentales o tormentas magnéticas.
En la actualidad es posible conocer ciertas características del campo magnético terrestre en épocas geológicas pasadas a través de los estudios paleomagnéticos basados en el estudio de la magnetización remanente o fósil que adquieren ciertas rocas durante sus procesos de formación. Por ejemplo, durante el enfriamiento y consolidación de una lava sus constituyentes ferromagnéticos se orientarán según la dirección del campo magnético existente en aquel momento. Dicha orientación preferente de los constituyentes ferromagnésicos persistirá en la posterior evolución de la lava.
Los estudios de paleomagnetismo han permitido asimismo conocer que el campo magnético terrestre ha sufrido, a través de los tiempos geológicos, grandes cambios: desplazamientos o migraciones de los polos magnéticos e inversiones en la polaridad.

La magnetosfera y los cinturones de radiaciones de Van Allen
En las primeras décadas del presente siglo se creía que el campo magnético terrestre, como el campo gravitatorio, se extendía en el espacio disminuyendo progresivamente su intensidad a medida que nos alejábamos de la Tierra.

Primero fueron S. Chapman y V. Ferrao quienes sugirieron que durante las tormentas magnéticas nubes de partículas (polvo solar) provenientes del Sol rodeaban y encerraban el campo magnético terrestre. Más tarde se descubrió que dicho fenómeno no ocurre de manera ocasional, sino de manera continua, pues el Sol emite permanentemente plasma en forma de polvo solar. El campo magnético terrestre está limitado, pues, por la cara iluminada a una cierta distancia, aproximadamente unos diez radios terrestres (unos 65.000 km). Esta región del espacio que rodea la Tierra y que está limitada por la acción del plasma solar se denomina magnetosfera o cavidad geomagnética. Por el lado no iluminado de la Tierra la magnetosfera se extiende a distancia mucho mayor.

En el interior de la magnetosfera, a varios miles de kilómetros de distancia de la superficie terrestre, existen dos bandas o cinturones de partículas de alta energía que rodean casi totalmente la Tierra, dejando tan sólo dos pasillos o aberturas a la altura de los polos magnéticos. Dichas bandas de partículas se conocen con el nombre de cinturones de Van Allen y fueron descubiertas por el científico norteamericano del mismo nombre al final de la década de los cincuenta. Los cinturones de radiación se originan por una acción combinada de las emisiones de plasma solar, especialmente abundante durante las tormentas magnéticas, y por el campo magnético terrestre.

Dos auroras boreales en Alaska. Las auroras polares reciben el nombre de boreales en el hemisferio norte y de australes en el hemisferio sur

En efecto, ciertas partículas del plasma solar (electrones, protones y neutrones) que no son reflejadas o desviadas por la magnetosfera alcanzan el campo magnético terrestre siendo aprisionadas por las líneas de fuerza del mismo. Cuando la concentración de esas partículas alcanza cierto nivel caen sobre la ionosfera cediendo parte de su energía y dando lugar al fenómeno conocido con el nombre de auroras polares.

La electricidad terrestre

La Tierra, tanto en sus componentes sólidos como en sus envolturas fluidas (hidrosfera y atmósfera), es sede de numerosas corrientes eléctricas, muchas de las cuales están relacionadas íntimamente con las variaciones del campo magnético terrestre.

Las corrientes que circulan por la parte sólida de la Tierra se denominan corrientes telúricas, originándose muy probablemente en el manto o en la zona más externa del núcleo a causa de las diferencias de temperatura que existen en ambos lugares del planeta.

Las corrientes eléctricas que se producen en la atmósfera se conocen mucho mejor. La conductividad eléctrica de la atmósfera depende de su estado de ionización, es decir, del número de partículas cargadas eléctricamente por unidad de volumen.

Cuando las partículas subatómicas capturadas por la magnetosfera alcanzan una cierta concentración, se precipitan sobre la ionosfera dando origen a las auroras polares.

El desplazamiento de dichas partículas, que provoca corrientes eléctricas, se produce durante las mareas atmosféricas creadas por la atracción newtoniana del Sol y de la Luna.

Calor interno de la Tierra: geotermia

Es fácil comprobar en minas y sondeos que la temperatura de los materiales del interior de la Tierra aumenta con la profundidad. En numerosos pozos petrolíferos se llega a los 100 °C a unos 4.000 m de profundidad. Por otra parte, las erupciones volcánicas llevan a la superficie terrestre materiales a elevadas temperaturas provenientes de zonas profundas.

La geotermia es la rama de la geofísica que estudia el régimen térmico interno de la Tierra, la distribución de las temperaturas en la misma, el flujo de calor que las determina y el probable origen del calor terrestre.

Main Geyser, en Nueva Zelanda. Los geyseres son manantiales intermitentes de agua a elevada temperatura y con un alto contenido de sales disueltas.

Una sutil capa de la corteza terrestre, que raramente supera unas docenas de centímetros de espesor, se caracteriza por el hecho de que sus temperaturas dependen de la temperatura existente en superficie, mostrando, por tanto, variaciones diurnas y estacionales.

La influencia de la temperatura externa es menor a medida que se profundiza, hasta llegar a cierto nivel, denominado nivel neutro o zona de temperaturas constantes, en el cual la temperatura es constante e igual a la media superficial del lugar.

La profundidad a que se encuentra el nivel neutro en una zona determinada varía entre 2 m y 40 m, y es tanto mayor cuanto más extremo sea el clima en superficie. Otros factores que influyen en la localización del nivel neutro son la composición de las rocas, sus características térmicas, su contenido en agua, etcétera.

Por debajo del nivel neutro la temperatura aumenta con la profundidad, aunque dicho aumento no es uniforme.

Para el estudio del régimen térmico de las zonas del interior de la Tierra se han establecido dos magnitudes, el grado geotérmico o número de metros que hay que profundizar en la Tierra para que la temperatura aumente 1 °C, y el gradiente geotérmico, número de grados que aumenta la temperatura al profundizar 100 m. El gradiente geotérmico expresa el valor del aumento de la temperatura con la profundidad.

Grado y gradiente geotérmico son magnitudes que están en relación inversa, pues si aumenta el primero disminuye el segundo, y viceversa.

Géiser del Parque de Yellowstone.

En los niveles más superficiales de la corteza terrestre el valor medio del grado geotérmico es de unos 33 m, es decir, hay que profundizar dicha distancia para que la temperatura aumente 1°C. A este valor del grado le corresponde un valor del gradiente geotérmico de 3°C cada 100 m.

Como hemos dicho, estos valores medios sólo son aplicables a las zonas más externas de la corteza, pues de mantenerse a todo lo largo del radio terrestre las temperaturas serían tan elevadas que los materiales fundirían a profundidades de solo unos centenares de kilómetros (teniendo en cuenta que el radio terrestre es de unos 6.367 km, si el gradiente geotérmico se mantuviera uniforme con el valor antes mencionado, en el centro de la Tierra se alcanzarían temperaturas de cerca de 200.000 °C, a la cual la Tierra sería una bola incandescente).

Aspecto de la central geotérmica de Wairakei (Nueva Zelanda).

En la actualidad, la mayor parte de los geofísicos admiten que las temperaturas de las zonas internas de la Tierra no superan unos pocos miles de grados, a lo sumo 4.000 a 5.000°C. El gradiente geotérmico, por tanto, disminuye con la profundidad.

Fumarola en el Vesubio

Los valores del grado y del gradiente geotérmico de una región determinada pueden ser afectados por factores locales entre los que cabe mencionar los siguientes:

1. Conductibilidad térmica de las rocas que formen el sector, siendo tanto mayor el gradiente geotérmico cuanto mayor sea la conductibilidad térmica de esas rocas.
2. Tipo de reacciones y procesos que se produzcan en las rocas de la zona. Si en un sector concreto de la corteza terrestre predominan reacciones exotérmicas, es decir con desprendimiento de calor, el gradiente geotérmico aumentará, mientras que si predominan las reacciones endotérmicas o de absorción de calor, el gradiente disminuirá
3. La proximidad de masas magmáticas (rocas en estado de fusión) provocará aumentos notables en el gradiente geotérmico debido al flujo calorífico que originan aquéllas. Esto se comprueba fácilmente en las regiones volcánicas de nuestro planeta, en las cuales las temperaturas en profundidad son siempre mucho más altas que las temperaturas medias.
4. Concentración de elementos radiactivos en las rocas, ya que en su desintegración natural se desprenden grandes cantidades de calor determinando aumento en el gradiente geotérmico.

La Tierra, nuestro planeta, ¡tiene tantos misterios por resolver!

Erosión glaciar en la costa oeste de Islandia.

Envolturas fluidas de la Tierra
La parte sólida de la Tierra está rodeada por dos envolturas fluidas, una continua, la atmósfera, constituida por gases, y otra discontinua, la hidrosfera, formada por agua. Ambas envolturas son de vital importancia para nuestro planeta, determinando numerosas características físicas del mismo.
La atmósfera ha evitado, por su función filtradora de las radiaciones solares, que la superficie de nuestro planeta presente unas condiciones extremas.
La hidrosfera, por su parte, es un gran termostato que regula la temperatura de la superficie terrestre.
La existencia de las dos envolturas fluidas rodeando la Tierra ha sido uno de los factores esenciales para la aparición y desarrollo de la vida en el planeta. Casi con toda seguridad la vida se originó en un medio oceánico primitivo, realizándose en el mismo las primeras etapas de su desarrollo. Hasta fases muy avanzadas en su evolución numerosos grupos de organismos dependieron totalmente del medio acuático. Por otra parte, la casi totalidad de los organismos existentes presentan un eleva do contenido en agua, cuantitativamente el más importante. Entre los constituyentes principales de la atmósfera se encuentran las sustancias básicas para el desarrollo de los organismos, como el anhídrido carbónico y el oxígeno.

Atmósfera
La atmósfera, que es la envoltura gaseosa que rodea la Tierra, con un espesor aproximado de 1.000 km y una masa de 5,6 x 10 ¹⁵ toneladas, ejerce sobre la superficie terrestre una presión uniforme de 1.033 g/cm ² .

Corte esquemático mostrando las diversas capas de la atmósfera.
Está formada por una mezcla de gases, el aire, de los cuales el más abundante es el nitrógeno, que constituye por si sólo el 78 % del volumen total de la atmósfera, seguido por el oxígeno, con un volumen del 21 % del total, y con cantidades mucho menores de argón (0,93 %) y de anhídrido carbónico (0,001 %). A estos cuatro componentes, que constituyen el 99,9 % del volumen de la atmósfera, hay que añadir el vapor de agua, cuya cantidad es variable con la altitud geográfica y con el tiempo, encontrándose concentrado siempre en los primeros 10 a 15 km de atmósfera. El vapor de agua atmosférico es simplemente agua extraída de la hidrosfera por evaporación y que volverá a ella mediante las precipitaciones.

La composición y las condiciones físicas de la atmósfera no son uniformes en todo su espesor, sino que varían de manera notable. En base a estas variaciones la atmósfera se divide en diversas capas o estratos superpuestos unos a otros. Las principales capas que constituyen la atmósfera son troposfera, estratosfera, mesosfera, ionosfera y exosfera, las cuales se describen a continuación.

Roca granítica con facturación concoidea (Piamonte, Italia).
Troposfera, que se extiende desde la superficie terrestre hasta una altura de 14 a 16 km en las zonas ecuatoriales y hasta unos 8 a 10 km en las zonas polares, debido a que en estas últimas zonas las bajas temperaturas provocan la contracción de los componentes atmosféricos. El límite superior de la troposfera, denominado tropopausa, corresponde a la zona donde se alcanzan las temperaturas más bajas.

Erosión debida a la acción de las aguas en los Riscos de Maroon (Colorado, EE.UU.).
La troposfera comprende las nueve décimas partes de la masa de la atmósfera y contiene la casi totalidad del vapor de agua de ésta, a partir del cual se forman las nubes. En la troposfera se producen la mayoría de los fenómenos meteorológicos. La temperatura decrece paulatinamente en la troposfera con la altura, alcanzando el índice más bajo, -63 °C, en la tropopausa.
Estratosfera, que se extiende por encima de la tropopausa hasta unos 50 km de altura de la superficie terrestre. Carece casi totalmente de nubes y su aire es menos denso que el de la troposfera. Debido a su función absorbente de las radiaciones solares la temperatura crece en la estratosfera con la altura hasta llegar a un máximo de 17 °C en la estratopausa.
La composición de la estratosfera es considerablemente diferente a la de la troposfera; en ella predomina el ozono, originado por la disociación del oxígeno por acción de los rayos ultravioletas. La capa de ozono de la estratosfera es de vital importancia para los organismos de la superficie terrestre, pues absorbe la casi totalidad de los rayos ultravioletas, que son letales para aquéllos.

Típicas formas erosivas (demoiselle coiffé) desarrolladas sobre rocas sedimentarias
Mesosfera, se extiende desde la estratopausa, aproximadamente a 50 km de la superficie terrestre, hasta los 80 a 85 km de altura. En la mesosfera la temperatura disminuye nuevamente hasta alcanzar mínimos de -70 °C y -80 °C. Desde el punto de vista de su composición, la mesosfera contiene una pequeña parte de ozono y vapores de sodio, que desempeñan un papel importante en los fenómenos luminosos de la atmósfera.
Ionosfera o termosfera, que se extiende desde la parte superior de la mesosfera hasta una altura de unos 500 km sobre la superficie terrestre. La característica esencial de esta capa de la atmósfera es la de que sus constituyentes gaseosos no forman moléculas eléctricamente neutras, sino que se presentan en forma de iones, es decir en forma de átomos y moléculas cargados eléctricamente. Esto se debe a que sobre la ionosfera se produce un continuo bombardeo de radiaciones solares cuyo efecto principal es la ionización de los constituyentes gaseosos de aquélla. Las capas inferiores de la ionosfera desempeñan un papel muy importante en las transmisiones por radio y televisión, ya que reflejan ondas de diversa longitud emitida desde la Tierra, posibilitando su captación por las emisoras receptoras. El límite superior de la ionosfera se denomina termopausa.

Ejemplo de la acción erosiva del viento en Borrego Desert (California)
Exosfera, capa que se extiende por encima de la termopausa hasta alturas donde la densidad de la atmósfera es igual a la del gas interespacial que la rodea.

Vista aérea del amazonas
Como hemos dicho, la existencia de una atmósfera de las características expuestas es de vital importancia para la habitabilidad de nuestro planeta.

Vista del Mar Caribe en la zona de Puerto Rico, tomada desde el satélite artificial Skylab.
Una primera y esencial misión de la atmósfera es la de impedir tanto un excesivo calentamiento de la superficie terrestre durante el día, es decir durante las horas de insolación, como un excesivo enfriamiento durante la noche. En efecto, durante el día la atmósfera refleja y absorbe gran parte de las radiaciones solares, que de llegar a la superficie terrestre elevarían excesivamente la temperatura de la misma. Durante la noche el calor radiante de la Tierra es absorbido por las capas bajas de la atmósfera impidiendo un excesivo enfriamiento. La falta de una atmósfera de las características de la terrestre en la Luna es en gran parte la causa de que en el satélite las oscilaciones térmicas diurnas sean muy amplias.
Por último, ciertos constituyentes de la atmósfera son esenciales para el desarrollo de los organismos. El anhídrido carbónico atmosférico es la base a partir de la cual los vegetales sintetizan (fotosíntesis) los compuestos orgánicos que serán el fundamento de la cadena alimentaria de la mayoría de los organismos.
Los animales, por su parte, necesitan el oxígeno atmosférico para la oxidación de los compuestos orgánicos y la obtención de energía.
Debido a que en la atmósfera, especialmente en sus capas bajas, se producen la gran mayoría de los fenómenos meteorológicos, puede afirmarse que desempeña un importante papel en los procesos erosivos desarrollados sobre la superficie terrestre. Por ejemplo, el viento es el principal agente de la erosión en grandes zonas continentales; las oscilaciones térmicas diurnas son causa importante de la fragmentación de las rocas, especialmente en las zonas donde las oscilaciones son grandes; el agua meteorológica cargada de anhídrido carbónico es uno de los principales agentes disolventes de las rocas de la superficie de la corteza terrestre.

Hidrosfera
Se la puede definir como el conjunto de las aguas superficiales de la corteza terrestre. La Tierra es el único planeta del sistema solar que posee gran cantidad de agua: algo más del 70 % de su superficie está cubierta por agua, tanto en estado líquido, formando los océanos, mares, lagos y ríos, como sólida, en los glaciares, y gaseosa formando el vapor de agua de las capas bajas de la atmósfera. Las cantidades aproximadas de los diversos tipos de agua que constituyen la hidrosfera son las siguientes:

Con gran diferencia, la fracción más importante de la hidrosfera la constituyen las aguas oceánicas, que cubren aproximadamente el 65 % de la superficie terrestre con un espesor medio acuoso de 4.000 m. La segunda fracción en cantidad la constituyen los glaciares continentales que ocupan en la actualidad una superficie de unos 15 millones de km ² . Si el agua inmovilizada en los glaciares se fundiera rápidamente y retornara a los océanos, el fenómeno provocaría un aumento de 60 m en el nivel de éstos.
El agua de la hidrosfera está sometida a una serie de movimientos y cambios de estado que se conocen con el nombre de ciclo hidrológico o ciclo del agua en la naturaleza. Los océanos son los grandes depósitos de los cuales proviene toda el agua del ciclo y a los cuales retornará cerrando el mismo; en su superficie se produce una continua evaporación, de diversa intensidad según la latitud, mediante la cual se originan grandes masas de vapor de agua que en las capas bajas de la atmósfera forman las nubes. A partir de éstas y por condensación de su vapor de agua se originarán las precipitaciones, en forma de lluvia, nieve y granizo, parte de las cuales caen directamente sobre el mar, otra sobre los continentes, alimentando los ríos y lagos, aunque finalmente vuelve a los océanos, y otra más se infiltrará en el subsuelo generando las aguas subterráneas.

Diversas manifestaciones del ciclo del agua en la naturaleza. En las cumbres de las altas montañas en forma de nieve, en un glaciar en forma de hielo y en las nubes bajo la apariencia de vapor de agua
Las especiales características térmicas del agua (alto calor específico, elevado calor de evaporación, etc.) determinan que la hidrosfera sea un gran termostato regulador de la temperatura superficial de la Tierra. En efecto, el agua, por su alto calor específico (calor necesario para elevar en 1 °C la temperatura de 1 g de una sustancia) es poco sensible a las variaciones térmicas, debido a lo cual se caliente y se enfría menos rápidamente que los materiales rocosos de la superficie terrestre de calor específico inferior. Es fácil comprobar que en pleno verano las rocas, los asfaltos de las calles y carreteras, etc., se calientan mucho más rápido que las aguas marinas, las fluviales o las de una piscina.

Ciclo geológico del agua en la naturaleza.
La vaporización de agua en la hidrosfera es máxima en la zona intertropical, absorbiendo gran cantidad de calor e influyendo en moderar la temperatura.

Formas morfológicas típicas de los desiertos de arena.
Cuando la humedad originada en la zona intertropical es transportada en las capas más bajas de la atmósfera, hasta zonas de latitudes más altas, precipita en forma de lluvia, liberando gran parte de calor absorbido durante la evaporación y cooperando en la elevación de las temperaturas en las zonas más frías.

Erupción volcánica en una isla oceánica.
Como dato importante para entender la importancia de la hidrosfera como regulador térmico hay que destacar que la mayor parte de las regiones desérticas de la superficie terrestre se encuentran alejadas de las influencias oceánicas.

“Cráter en cráter” en el (El Salvador). El agua de la hidrosfera es de vital importancia para los organismos, que no podrían vivir en un medio carente de ella.

Cráter de un volcán durante su erupción.
Todos los organismos presentan un alto contenido en agua, que alcanza hasta un 97 % de su masa corporal en las medusas y que en el ser humano es del orden del 65-75 %. Asimismo, es el líquido biológico por excelencia y el medio natural que permite la realización de los procesos metabólicos. Además, es el principal agente del ciclo geodinámico externo, pues debido a su gran poder disolvente es el principal agente de la disolución de las rocas superficiales de la corteza terrestre. Por otra parte, las aguas continentales constituyen el principal medio de transporte de los materiales detríticos resultantes de la erosión, mientras que las aguas oceánicas son el principal medio de la sedimentación de tales materiales.

El interior de la Tierra
El conocimiento del interior de la Tierra puede ser realizado mediante dos tipos de estudios, los geológicos y los geofísicos. La mayoría de los datos que se poseen en la actualidad sobre el interior de nuestro planeta son datos indirectos obtenidos por mediciones efectuadas desde la superficie terrestre y posteriormente interpretados.
Los estudios geológicos proporcionan muy pocos datos sobre la constitución de las capas profundas del planeta. Las observaciones geológicas directas únicamente alcanzan unos pocos miles de metros de profundidad en las minas y sondeos más profundos. Este tipo de observaciones muestran que las rocas, a dichas profundidades, son esencialmente del mismo tipo que las existentes en la superficie terrestre.

Dos muestras deformaciones
Un segundo tipo de datos geológicos, los indirectos, los suministran los estudios de los materiales más profundos llegados a la superficie terrestre a través de las erupciones volcánicas.

Propagación de las ondas transversales y longitudinales. La mayor parte de los datos que se poseen acerca de la composición y estructura del interior de la Tierra han sido facilitados por las mediciones geofísicas, se fundamentan siempre en la interpretación de mediciones efectuadas desde la superficie terrestre, interpretación que muchas veces es problemática y conduce a varias soluciones lógicas, a diversos modelos geológicos.

Los principales datos aportados por la geofísica al conocimiento del interior de la Tierra se basan en: estudios sismológicos, más concretamente el estudio de las trayectorias seguidas por las ondas sísmicas en el interior del planeta; estudios gravimétricos, que han permitido, mediante el conocimiento de las anomalías de la gravedad, conocer el equilibrio de los diversos bloques de la corteza terrestre y sus movimientos en sentido vertical; estudios geomagnéticos y paleomagnéticos, que mediante el estudio de la variabilidad del campo magnético terrestre han puesto de manifiesto la movilidad horizontal de los bloques de la corteza terrestre, permitiendo una reelaboración de la teoría de la deriva continental.
Un tercer grupo de datos, también indirectos, sobre el interior de la Tierra se obtiene del estudio de la composición y del origen de los meteoritos, fragmentos de cuerpos celestes de nuestro sistema solar, de estructura y composición semejante a la de la Tierra.

Datos sismológicos
Cada año se originan en las capas más superficiales de la corteza terrestre gran número de movimientos sísmicos o terremotos, la mayoría de los cuales pasan desapercibidos para el hombre y únicamente son detectados por aparatos especiales de registro, denominados sismógrafos. La mayoría de los terremotos se originan a menos de 100 km de profundidad.

A la izquierda, propagación de las ondas sísmicas a través de las diversas capas de la Tierra. A la derecha, propagación de las ondas sísmicas a partir del hipocentro.
El punto o foco en el que se origina un terremoto se denomina hipocentro, y a partir de él se generan las ondas sísmicas que se propagan en todas direcciones. Dichas ondas son esencialmente movimientos vibratorios que afectan a las partículas materiales. Se distinguen dos tipos principales de ondas sísmicas, las longitudinales y las transversales. Las primeras son las ondas en las que las partículas afectadas sufren oscilaciones adelante y atrás en la misma dirección en que se propaga el movimiento sísmico, es decir, son ondas originadas por compresión.

Propagación de las ondas sísmicas a través de la Tierra.
Las ondas transversales son aquellas en las que las partículas materiales afectadas vibran perpendicularmente a la dirección de propagación del movimiento sísmico.
Las ondas longitudinales se propagan a mayor velocidad que las transversales, debido a lo cual son las primeras en llegar a las estaciones registradoras, y se las denomina ondas primarias o simplemente ondas P. Las ondas transversales se denominan también secundarias u ondas 5, y se caracterizan porque no se propagan a través de medios líquidos. La velocidad de propagación de las ondas sísmicas en un medio material cualquiera depende de las características elásticas de éste y de su densidad. En general, dicha velocidad aumenta con la rigidez y con la densidad, debido a lo cual en el interior de la Tierra la velocidad de las ondas sísmicas aumenta con la profundidad.
Al propagarse en un medio heterogéneo, es decir, con cambios en la composición o estado físico de sus materiales constituyentes, las ondas sísmicas sufren reflexiones y refracciones (cambios en la dirección de propagación debidos a variaciones en su velocidad de transmisión) que indicarán los cambios en las propiedades del medio.
Tras numerosos años de experimentación, tanto en terremotos naturales como en los provocados por explosiones subterráneas, se conoce en la actualidad la velocidad de propagación de las ondas sísmicas en diversos medios rocosos.
Las ondas longitudinales, por ejemplo, se propagan a velocidades de 1,5 a 2,5 km/seg en sedimentos poco coherentes, a 3 a 3,5 km/seg en rocas sedimentarias consolidadas, a 6,2 a 6,7 km/seg en el granito, etc.
Debido a que las velocidades de propagación de las ondas sísmicas varían con la densidad de los materiales que atraviesan, los estudios sismológicos han permitido extraer conclusiones aproximadas sobre la densidad de los materiales del interior de la Tierra.

Esquema mostrando diversas hipótesis sobre la estructura interna de la Tierra.
El estudio de las trayectorias seguidas por las ondas sísmicas en el interior del Planeta ha permitido comprobar la no homogeneidad de éste. En efecto, a ciertas profundidades, las velocidades de propagación de las ondas sísmicas sufren cambios bruscos que revelan necesariamente cambios en el medio por el que se propaga, muy probablemente debidos a variaciones en la composición de los materiales.
Las superficies del interior de la Tierra donde se producen cambios bruscos en la velocidad de propagación de las ondas sísmicas reciben el nombre de discontinuidades sísmicas. En la actualidad se han detectado tres discontinuidades principales o de primer orden, una, situada a una profundidad de 35 a 40 km por debajo de los continentes y a unos 10 km por debajo de los océanos, denominada discontinuidad de Mohorovicic; otra situada a unos 2.900 km de profundidad, llamada discontinuidad de Gutenberg, y otra a unos 5.100 km, denominada discontinuidad de Wiechert. Estas tres discontinuidades marcan cambios importantes en la composición de los materiales del interior de la Tierra y son la base a partir de la cual se ha establecido la estructura del globo terrestre en capas concéntricas. Otras discontinuidades de menor importancia se localizan a unos 15 km por debajo de los continentes, la discontinuidad de Conrad, y a unos 700 km de profundidad, la discontinuidad de Repetti.
Teniendo en cuenta los datos facilitados por la sismología, la Tierra se puede considerar formada por capas concéntricas de diferente composición, separadas por superficies de discontinuidad igualmente concéntricas. La capa más superficial, limitada inferiormente por la discontinuidad de Mohorovicic, se denomina corteza terrestre. Entre esta discontinuidad y la de Gutenberg, a 2.900 km de profundidad, se extiende el manto, y por debajo de esta discontinuidad, y hasta el centro de la Tierra, se extiende el núcleo terrestre.
El estudio sismológico de la capa más interna de la Tierra, es decir, del núcleo, permite suponer que, al menos en su parte más externa, hasta los 5.100 km, se comporta como un líquido, ya que no transmite las ondas transversales u ondas S , al mismo tiempo que las longitudinales u ondas P sufren una gran refracción. Debido a este comportamiento del núcleo, para cualquier terremoto originado en un punto A de las zonas superficiales de la Tierra se produce una zona de sombra sísmica (de no recepción de las ondas sísmicas) a distancias de 105 a 140° del foco del seísmo.

Estructura interna de la Tierra
Desde que se iniciaron los estudios acerca del interior de la Tierra se han propuesto numerosos modelos para explicar la estructura interna de la misma.
Todos ellos se basan esencialmente en una estructura concéntrica constituida por tres capas principales, la corteza terrestre o capa más externa, el manto o capa intermedia y el núcleo interno. En todos los modelos propuestos el elemento común es el núcleo terrestre, que la mayor parte de los autores consideran constituido por una aleación de hierro y níquel. En cuanto a la constitución del manto y de la corteza terrestre hay notables diferencias entre los modelos que han sido propuestos por los diversos autores que han tratado el tema en muchas ocasiones.

La estructura interna de la Tierra.
En el esquema se exponen distintas interpretaciones de la estructura interna de la Tierra, las debidas a Goldschmidt (1922), Washington (1925), Buddington (1943) y Bullen (1953).

Núcleo terrestre
Es la capa más interna de la Tierra, extendiéndose desde la discontinuidad de Gutenberg, 2.900 km de profundidad, hasta el centro del globo terrestre. El núcleo representa aproximadamente el 14 % del volumen de la Tierra y el 31 a 32 % de su masa.
Los datos más recientes sobre el comportamiento sísmico del núcleo permiten suponer que está formado por dos partes claramente diferenciadas, el núcleo externo y el núcleo interno. El primero se extiende desde 2.900 km de profundidad (discontinuidad de Gutenberg) hasta 5.100 km (discontinuidad de Wiechert). Las características sísmicas del núcleo externo, especialmente la no transmisión de las ondas S a su través, hacen suponer que se comporta como un líquido (para numerosos autores sus materiales estarían en estado de fusión). El núcleo interno se extiende desde 5.100 km de profundidad hasta el centro de la Tierra.
Acerca de la composición de los materiales del núcleo terrestre se han elaborado numerosas hipótesis. En la actualidad, la mayoría de los geólogos y geofísicos consideran que el núcleo es esencialmente metálico, y que está constituido por hierro, con cantidades menores de níquel y mucho menores aún de silicio metálico, azufre y carbono, formando estos dos últimos sulfuros y carburos metálicos respectivamente. La hipótesis de una composición esencialmente férrica se basa en el hecho de que el hierro es uno de los elementos pesados de mayor abundancia en el sistema solar y su preponderancia en los meteoritos metálicos o sideritos.
El núcleo metálico sería el principal factor estructural del campo magnético terrestre, al imantarse por inducción debido a las corrientes eléctricas que circulan en el núcleo externo y en las capas profundas del manto.

Cañón de Bryce Utah (EE.UU.) con formas características de la erosión fluvial.
La densidad de los materiales del núcleo, teniendo en cuenta la hipotética composición expuesta y las velocidades de transmisión de las ondas sísmicas a través del mismo, oscilará entre 10, en sus zonas más externas, y 13,6 en sus zonas más internas.
Sobre las condiciones termodinámicas de los materiales del núcleo se tienen pocos datos, pero se admite que las presiones alcancen valores de varios centenares de miles de atmósferas y las temperaturas sean del orden de algunos miles de grados centígrados, como máximo 4.000 a 5.000°C.

Manto
Es una capa intermedia dispuesta inmediatamente encima del núcleo, que se extiende desde unos 2.900 km de profundidad (discontinuidad de Gutenberg) hasta la discontinuidad de Mohorovicic, que la separa de la corteza terrestre. Por consiguiente, su espesor será de poco menos de 2.900 km. El manto representa aproximadamente el 83 % del volumen del globo terrestre y el 65 % de su masa.

Profundo valle glaciar (Leigh Canyon, Wyoming, EE.UU.)
La existencia de una discontinuidad de segundo orden a 700 km de profundidad permite suponer que el manto presente dos zonas, el manto externo desde la discontinuidad de Mohorovicic hasta los 700 km de profundidad (discontinuidad de Repetti), y el manto interno, desde esta última discontinuidad hasta la de Gutenberg, a 2.900 km de profundidad.

Esquema mostrando las corrientes de convección del manto
La densidad de los materiales del manto oscilará entre 3,3 g/cm ³ en sus zonas más superficiales, hasta 5 a 6 g/cm ³ en sus partes más profundas.

El monte Everest, en el Nepal.
Sobre la composición de los materiales del manto se admite en general que está formado por rocas ultrabásicas que contienen grandes cantidades de olivino y piroxenos.

Manifestación del calor interno de la Tierra.
El manto, especialmente en sus zonas más superficiales, presenta desde el punto de vista geológico gran importancia, pues con toda seguridad la corteza terrestre se formó por diferenciación a partir de los materiales del manto superior. Por otra parte, numerosos e importantes fenómenos geológicos que afectan a la corteza terrestre, como la orogénesis, el vulcanismo, los fenómenos sísmicos, etc., tienen su origen en el manto superior.

Escorias volcánicas
La fuerza motriz que provoca los más importantes cambios en la corteza terrestre tiene su origen en el manto subcortical y se trata simplemente de las corrientes de convección existentes en el mismo. El primero en sostener la existencia de corrientes de convección en el manto fue Vening Meinesz, en 1948, quien suponía que en ciertas áreas locales o regionales del manto, y debido a las altas temperaturas existentes, las rocas se dilataban y ascendían hasta zonas subcorticales, extendiéndose lateralmente bajo la corteza terrestre, enfriándose y descendiendo. En esencia, el mecanismo sería el mismo que se puede observar en el líquido contenido en un vaso cuando es expuesto a un rápido calentamiento.
Recientemente, el descubrimiento de las dorsales submarinas y el estudio de sus características, parece probar la existencia de las corrientes de convección del manto. Dichas dorsales, caracterizadas por altos flujos de calor y por una gran inestabilidad sísmica, corresponderían a las crestas de las corrientes de convección, que, por otra parte, serían la fuerza motora que produce el desplazamiento de los continentes.

Corteza terrestre
Es la capa más superficial de las que forman la Tierra, constituyendo únicamente el 1 % de la masa de la misma. Pese a su escasa importancia cuantitativa, sobre la corteza terrestre versan el 99 % de los conocimientos directos existentes acerca del planeta.

Superposición de mantos de lava en la corteza terrestre. La corteza terrestre se originó probablemente en épocas avanzadas del período pregeológico de la Tierra, a partir de materiales del manto, de manera semejante a cómo se origina la escoria en una masa pétrea fundida.
Como ya se ha indicado, el límite inferior de la corteza terrestre lo constituye la discontinuidad de Mohorovicic. Su espesor no es uniforme, pues mientras bajo los continentes llega a los 3 5-40 km, debajo de los fondos oceánicos raramente supera los 10 km de espesor.
La corteza terrestre, especialmente en sus zonas continentales, es la parte más heterogénea de la Tierra, y está sometida a continuos cambios provocados por la acción de fuerzas antagónicas, las endógenas o constructoras del relieve (orogénesis, vulcanismo, etc.) y las exógenas o destructoras de los relieves (erosión).

Rocas basálticas en la costa del Senegal.
Los conocimientos actuales sobre la estructura de la corteza terrestre permiten distinguir las tres capas que se describen a continuación.

1. Capa sedimentaria superficial, discontinua, constituida por rocas sedimentarias, cuyo espesor puede llegar en ciertas zonas continentales a varios miles de metros, mientras que en los fondos oceánicos raramente supera los 500 a 1.000 m y en ciertas zonas de los mismos, falta por completo.
2. Capa granítica intermedia, también denominada corteza continental, constituida por rocas de composición semejante a la del granito. El espesor de esta capa es de 15 a 20 km bajo los continentes, faltando por completo en los fondos oceánicos. Antiguamente se la denominaba SIAL.
3. Capa basáltica inferior, también denominada corteza oceánica, constituida por materiales de composición muy semejante a la de los basaltos. En los fondos oceánicos la falta de la capa granítica intermedia determina que la corteza oceánica se encuentre directamente bajo la capa sedimentaria y en los puntos donde falta ésta aflora directamente debajo de las aguas. En la terminología antigua esta capa constituía el SIMA.

Expansión de los océanos y tectónica de placas
Los numerosos estudios geológicos y geofísicos que desde hace 15-20 años se están realizando sobre la constitución, origen y desarrollo de los océanos han empezado a suministrar datos importantes que permiten iniciar una interpretación global sobre las distintas partes de la corteza terrestre y de los principales procesos que en ella se desarrollan, como el origen de los continentes, la formación de las cordilleras de montaña, etcétera.

Distribución de los sedimentos en las proximidades de las dorsales oceánicas. En los últimos años numerosas expediciones oceanográficas interdisciplinarias, como las del Lamont Geological Observatory, llevada a cabo en el océano Atlántico, las del laboratorio de La Jolla. en California, en aguas del océano Pacífico, la campaña de estudio del Atlántico Norte bajo patrocinio francés y los proyectos actualmente en desarrollo, como el de estudio del océano Indico, están aportando numerosos datos para un mejor conocimiento de estos problemas, datos que se pueden agrupar en:

1. estudio de la estructura de las dorsales submarinas;
2. distribución y estudio de las edades de los sedimentos oceánicos, y
3. descubrimiento e interpretación de las anomalías magnéticas en relación con las dorsales oceánicas.

Con fundamento en estos nuevos datos se ha elaborado la hipótesis de la expansión de los océanos o de la expansión del fondo oceánico, formulada por Hess (1960) y ampliada por Vine y Mattews (1963), y se intenta esbozar un esquema de tectónica global basada en la teoría de la tectónica de placas.

Dorsales oceánicas
Las dorsales oceánicas son alineaciones de relieves submarinos desplegadas a modo de cordilleras sumergidas, de varios miles de kilómetros de longitud y con alturas de 1.500-2.500 m sobre las llanuras abisales oceánicas. La primera dorsal descubierta y estudiada fue el dorsal medio-atlántico, que se extiende desde Islandia hasta el sur del océano Atlántico, dividiendo a éste en dos mitades bastante simétricas. Dicha dorsal se continúa por el sur de África con la dorsal índica, la cual a su vez está estrechamente relacionada con el sistema de fosas tectónicas (rifts valleys) de África oriental. La dorsal del océano Índico continúa por el sur de Australia con la dorsal del océano Pacífico.

Las dorsales conocidas hasta la actualidad están, pues, relacionadas entre sí, presentan una longitud de más de 60.000 km y ocupan una superficie equivalente a la de los continentes.
El progresivo conocimiento de la estructura de las dorsales oceánicas está aportando datos importantes sobre la dinámica de la corteza terrestre. Las dorsales serían, de acuerdo con las más modernas teorías geológicas, elementos fundamentales de la corteza.
Un corte transversal de una dorsal típica muestra que está formada por dos alineaciones montañosas de varios centenares de kilómetros de anchura, separadas por una fosa tectónica, denominado rift mediooceánico, que ocupa el eje axial de la dorsal y que presenta una anchura de 20 a 50 km. Longitudinalmente, las dorsales están formadas por segmentos rectilíneos desplazados unos respecto a otros y separados por fallas, las llamadas fallas de transformación, de dirección perpendicular a la de la dorsal. El funcionamiento de dichas fallas, provocando el desplazamiento de los sectores o bloques que delimita, es la causa principal de los numerosos movimientos sísmicos cuyos focos se localizan en las dorsales.
Las dorsales oceánicas emergen en di versos puntos y dan lugar a archipiélagos e islas de naturaleza volcánica. Por ejemplo, la dorsal medio-atlántica es el soporte de diversos archipiélagos, como el de Islandia, el de las Azores, etc.

Emersión de la dorsal medio-atlántica en las Islas Azores.
Por el estudio de los materiales constituyentes de las islas relacionadas con las dorsales y de los obtenidos mediante sondeos se sabe que aquéllas están formadas por rocas basálticas alcalinas densas, productos de la consolidación de masas magmáticas provenientes de las zonas superficiales del manto.
Las dorsales oceánicas son zonas de gran inestabilidad sísmica y de notable actividad volcánica. En la dorsal medio-atlántica se localizan los hipocentros del 80 % de los terremotos que afectan al océano Atlántico.
Otra característica muy importante de las dorsales, y más concretamente de sus rifts centrales, es la de presentar valores del flujo térmico (cantidad de calor que fluye hacia la superficie terrestre proveniente de zonas profundas) muy superiores a los valores medios de otras zonas oceánicas. En ciertos puntos de la dorsal del Atlántico el elevado flujo térmico determina valores del gradiente geotérmico de 315 °C/km, es decir, que por cada kilómetro que se profundiza la temperatura aumenta 315°C. Teniendo en cuenta este valor del gradiente geotérmico, hay que admitir que el punto de fusión de las rocas se alcanzará a muy pocos kilómetros de profundidad.
No obstante la existencia de numerosas características comunes, las dorsales que se conocen actualmente presentan una diversidad bastante acusada, debida, según la mayoría de los geofísicos, más a una diferente edad y estado de evolución que a una distinta estructura y naturaleza original.

Mapa mostrando la distribución de las dorsales o zonas de expansión (<—>) y de las zonas de compresión o de subducción (—><—).
Esquemáticamente, se distinguen dos tipos principales de dorsales: las de tipo atlántico y las de tipo pacífico. Las primeras son estructuras relativamente jóvenes (unos 150 millones de años para la dorsal atlántica), ocupan posiciones centrales en los océanos, dividiéndolos en dos mitades casi simétricas, y presentan un trazado longitudinal paralelo, en líneas generales, a los bordes de los continentes. En las dorsales de tipo atlántico los sectores limitados por fallas de transformación están poco desplazados unos respecto a los otros. Las dorsales de tipo pacífico son mucho más antiguas que las de tipo atlántico, ocupan posiciones marginales en los océanos (es decir, cerca de líneas de costa) y están constituidas por segmentos longitudinales muy desplazados entre sí, debido a un período mucho más largo de actuación de las fallas de transformación. Las características de las dorsales de tipo pacífico indican probablemente un estado muy avanzado en su evolución.
Pese a que el conocimiento de las dorsales está en sus inicios se admite que son grandes fracturas de tensión a través de las cuales asciende y se derrama lateralmente material magmático proveniente del manto.

La emersión de la dorsal medio-atlántica formó el archipiélago de Islandia. Vista de la costa oeste.
Según numerosos geofísicos, las dorsales corresponderían a las “crestas” de las corrientes de convección del manto.

Distribución de los sedimentos en los fondos oceánicos
El estudio del espesor, de la distribución y de la edad de los sedimentos de los fondos oceánicos proporciona datos importantes que pueden ayudar a conocer el origen y la evolución de las grandes cuencas.
Una primera conclusión que se obtiene es que el espesor de los sedimentos oceánicos, en las zonas donde es mayor, raramente supera los 1.000 m, mientras que en las áreas continentales las series sedimentarias alcanzan en numerosos puntos varios miles de metros de espesor. El escaso espesor de los sedimentos oceánicos y su relativa poca edad (unos 150 millones de años para los sedimentos más antiguos del Atlántico) permite suponer que la mayoría de los océanos son unidades estructurales de la corteza terrestre de formación relativamente reciente en comparación con numerosas áreas continentales donde se han datado rocas de más de 3.000 millones de años de antigüedad.
Por otra parte, la distribución de los sedimentos oceánicos es muy peculiar. En las dorsales y en las zonas próximas a las mismas los sedimentos faltan por completo o se presentan en espesores muy pequeños, encontrándose directamente en los fondos la corteza oceánica constituida por rocas volcánicas y, probablemente, por materiales provenientes del manto superior. A medida que nos alejamos a ambos lados de las dorsales el espesor de los sedimentos aumenta progresivamente hasta alcanzar sus máximos valores en las zonas próximas a los continentes.

Efectos de la abrasión marina en el Cabo de Gato (Almería, España).
Esta característica distribución de los sedimentos oceánicos podría intentarse explicar considerando que las áreas continentales son las fuentes principales de materiales a partir de los cuales se forman gran parte de los sedimentos oceánicos. Esta explicación sería bastante satisfactoria si no interviniese el factor edad de los sedimentos, la cual es tanto más reciente cuanto más cerca están de las dorsales.
Una primera explicación global de la distribución de los sedimentos de los fondos oceánicos y de sus edades estriba en suponer que en épocas pasadas la sedimentación se producía únicamente en zonas próximas a los continentes, debido a que es muy probable que los océanos presentasen una menor extensión, y que dichas zonas se fuesen ensanchando con el tiempo a causa de la expansión del fondo a partir de sus dorsales.

Anomalías magnéticas en zonas próximas a las dorsales
El estudio de las características magnéticas y paleomagnéticas de las rocas de zonas próximas a las dorsales oceánicas (entre 400 y 700 km a ambos lados de los ejes de las mismas) ha permitido descubrir importantes anomalías magnéticas de difícil explicación, no obstante haberse recurrido a todos los medios de que dispone actualmente la oceanografía geofísica.
Estudiando el magnetismo remanente de las rocas según perfiles submarinos perpendiculares al eje de una dorsal, se detectan con facilidad anomalías magnéticas caracterizadas por presentar una alternancia en su signo. A un lado y a otro de la dorsal los perfiles magnéticos muestran la sucesión, alternada, de bandas rocosas con anomalías positivas y negativas. Dado que las bandas están formadas por rocas de igual o muy similar composición, las anomalías de distinto signo no pueden ser el resultado de la heterogeneidad de las rocas. La mayoría de los geofísicos admiten que la alternancia en el signo de las anomalías deriva de inversiones de la polaridad del campo magnético terrestre en los períodos en los que se formaban las rocas de las dorsales.
Las bandas rocosas con anomalías positivas se formarían en períodos durante los cuales la polaridad (situación de los polos) del ampo magnético terrestre era semejante a la actual, mientras que las bandas con anomalías negativas se originaron en períodos en los cuales la polaridad del campo magnético terrestre era inversa respecto a la polaridad actual.

Bandas de anomalías magnéticas a ambos lados de las dorsales medio-oceánicas. Las bandas de rocas en verde se originaron en períodos en los cuales la polaridad del campo magnético terrestre era la inversa de la actual.
Esta interpretación de las anomalías magnéticas en relación con las dorsales oceánicas se ha visto confirmada por los estudios paleomagnéticos en otras zonas de la corteza terrestre, donde se ha podido comprobar que a lo largo de los tiempos geológicos se han producido frecuentes inversiones de la polaridad del campo magnético del planeta.

Expansión de los fondos oceánicos
En un intento de obtener una explicación correcta de los datos facilitados por la oceanografía sobre la constitución de los océanos (existencia de las dorsales, distribución de los sedimentos, anomalías magnéticas en las dorsales, etc.), Hess propuso en 1960 la teoría de la expansión de los fondos oceánicos, que posteriormente ha sido ampliada por numerosos geofísicos.

Corte geológico mostrando la dorsal atlántica y la zona de subducción del Pacífico a lo largo de la costa americana.
Según dicha teoría, las dorsales oceánicas son zonas de ascenso de materiales del manto (lo que explica su elevado flujo de calor) que se derraman a ambos lados de las mismas y dan lugar a la corteza oceánica. Debido a este proceso los océanos se irían ensanchando y los continentes se separarían paulatinamente a ambos lados de las dorsales.
La teoría de la expansión de los fondos de los océanos explica los datos aportados por la geofísica y la geología, como por ejemplo la escasez y la poca edad de los sedimentos en las proximidades de las dorsales, debido a que éstas son zonas de reciente formación y aún no se han podido depositar en ellas importantes espesores de sedimentos. También explica la distribución simétrica de las bandas de anomalías magnéticas a ambos lados de una dorsal; cada banda de rocas presenta una anomalía cuyo signo dependerá de la polaridad del campo magnético terrestre en el momento de formación de la banda rocosa. Lógicamente, las bandas con anomalías magnéticas serán simétricas pues las rocas se forman al mismo tiempo a ambos lados de la dorsal.
La expansión de los océanos sería la fuerza motriz que provoca los desplazamientos (deriva) que han experimentado los continentes en los tiempos geológicos.
Según ciertos geofísicos, algunos sectores continentales caracterizados por presentar grandes fosas tectónicas, como el sistema de rifts valleys de África oriental, son potenciales zonas de expansión de la corteza terrestre que podría llegar a constituir las dorsales de futuras cuencas oceánicas.

Zonas de subducción
Si se admite que la expansión de los océanos o de formación de la corteza oceánica se ha producido con mayor o menor continuidad a través de la historia geológica de la Tierra, hay que admitir también un cierto mecanismo de destrucción de dicha corteza, pues la mayor parte de los geólogos admiten que la relación entre la superficie ocupada por los océanos y los continentes ha variado poco a través de los períodos geológicos. Ese mecanismo de destrucción de la corteza oceánica se produciría en el borde de ciertos continentes, por choque de ésta con la corteza continental y reintegración de los materiales de la corteza oceánica en el manto. Los lugares donde se produce la destrucción o reabsorción de la corteza oceánica se denominan zonas de subducción.

Esquema mostrando fragmentos de una dorsal oceánica a partir de la cual se genera la corteza terrestre y de una zona de subducción.
Esas zonas constan en esencia de una fosa oceánica estrecha y alargada, paralela a un arco insular o al borde de un continente, generalmente constituido por cordilleras de reciente plegamiento.

Arriba, izquierda, esquema detallado de una zona de subducción Abajo, vista de un fondo marino, colonizado por organismos, cercano a la costa.
Las zonas de subducción son regiones de máxima actividad sísmica de la corteza terrestre, localizándose en ella todos los seísmos de foco profundo, profundidad que puede llegar a 700 km. Los hipocentros o focos de dichos seísmos se localizan en zonas inclinadas hacia el continente, denominadas zonas de Benioff, y el origen de los mismos parecen ser las grandes fricciones que son producidas por el choque entre la corteza oceánica y la continental. Estas fricciones serían igualmente la causa del intenso volcanismo que se observa en las zonas de subducción. Las fosas que constituyen parte importante de las zonas de subducción son sede de una intensa sedimentación (geosinclinales) y de plegamiento de los materiales depositados en ellas.

En la actualidad se conocen varias zonas de subducción, como la que se halla situada en el borde oeste del océano Pacífico, que engloba los arcos insulares, desde las Kuriles a Nueva Zelanda, y también la que comprende el borde este del mismo océano a lo largo de América del Sur.

Tectónica global de la corteza terrestre: tectónica de placas
Haciendo un breve resumen de lo expuesto anteriormente, podemos afirmar que en la superficie de la corteza terrestre existen unas zonas de expansión, las dorsales oceánicas, en las que se genera la corteza oceánica a partir de los materiales del manto, y unas zonas de compresión o subducción, en donde se reabsorbe dicha corteza y se generan las principales fuerzas orogénicas.

El hielo en su acción erosiva.
Estudiando la distribución de las dorsales y de las zonas de subducción se comprueba que la litosfera está formada por una serie de fragmentos o placas de unos 70 a 100 km de espesor, limitadas por dorsales y por zonas de subducción. Dichas placas son: placa norteamericana, que comprende América del Norte y la mitad occidental del océano Atlántico norte hasta la dorsal media de este mismo océano; placa sudamericana, que comprende América del Sur y la mitad occidental del Atlántico sur hasta su dorsal media.

Diversos esquemas de una zona de subducción en la que la corteza oceánica se reintegra al manto.
Esta placa presenta un movimiento relativo hacia occidente y en su borde occidental está limitada por una zona de compresión que ha originado la cordillera de los Andes; placa pacífica, exclusivamente oceánica, comprendiendo la mayor parte del océano Pacífico (todo su borde occidental corresponde a una zona de fuerte compresión); placa eurasiática, que comprende la mayor parte de Europa y Asia y la mitad oriental del Atlántico norte hasta su dorsal media (la compresión ejercida sobre ella por las placas africana, indoaustraliana y pacífica dieron lugar a las cadenas montañosas del sistema alpino-himalayo); placa africana, que comprende el continente africano, la mitad oriental del Atlántico sur y la mitad occidental del océano Indico (en su sector oriental presentan una zona de distensión o expansión constituida por el sistema de fosas tectónicas que se extiende desde el mar Rojo hasta el lago Nyasa); placa indoaustraliana, que comprende el subcontinente de la India, Australia, gran parte del océano Indico y parte del océano Pacífico sudoccidental (queda separada de la placa pacífica por la zona de compresión de Nueva Zelanda), y placa antártica, que comprende el continente Antártico, limitado por las placas sudamericana, africana, índica y pacífica.
Las placas que constituyen la litosfera se mueven unas respecto a las otras, alejándose o acercándose entre sí. El principal problema de la teoría de la tectónica de placas consiste en determinar cuál es la fuerza motriz capaz de movilizar y desplazar dichas placas.

Recuperación de un tubo de sondeo en un buque oceanográfico.
La hipótesis más aceptada para explicar tales fuerzas es la de las corrientes de convección del manto. En efecto, se supone que debido a las altas temperaturas reinantes en el manto se producirán en su interior movimientos de convección consistentes en grandes desplazamientos verticales de materiales a alta temperatura (posiblemente en estado de fusión), que en zonas superficiales de la litosfera se enfrían, se derraman lateralmente y descienden reintegrándose a zonas profundas del manto.

Acción de las aguas superficiales en un relieve arcilloso.
Las dorsales oceánicas corresponderían a zonas de ascenso (crestas) de las corrientes de convección, mientras que las zonas de subducción corresponderían probablemente a zonas de descenso de los materiales enfriados.

Mapa mostrando la disposición actual de las placas más externas de la Tierra.
La actual disposición de las placas de la litosfera sería el resultado de una compleja evolución. Según Dietz y Holmes (1970), durante la era primaria o paleozoica existía una única área continental, el pangea, que se fue fragmentando por la aparición de grietas de expansión (embriones de dorsales oceánicas).

Fragmentación del primitivo y único continente terrestre a través de los tiempos geológicos.
Primero se originaron dos grandes conjuntos continentales, uno meridional, el continente de Gondwana, y otro septentrional, el continente Laurasiático, entre los cuales se extendía una amplia franja frecuentemente ocupada por el mar y denominada Mesogea.
Durante la era secundaria el continente de Gondwana se fragmentó por formación de grietas de expansión, como por ejemplo la que originó la dorsal atlántica y posteriormente el océano del mismo nombre, y la que dio lugar a la dorsal del Indico. En el continente septentrional la aparición del Atlántico provocó la separación de América del Norte de Eurasia. En la figura se muestran diversos esquemas en los que se representa la fragmentación del primitivo continente de Pangea, indicándose las principales líneas de expansión y los movimientos relativos de unas placas con respecto a otras.
Las teorías de la expansión de los fondos de los océanos y de la tectónica de placas hacen pensar en la antigua teoría de la deriva continental elaborada por el geofísico Wegener entre 1912 y 1915.
En efecto, Wegener sostenía que los continentes actuales provenían de la fragmentación de una única masa continental y que a partir de su separación iniciaron un movimiento de deriva o de desplazamiento relativo entre ellos. Wegener elaboró su teoría basándose en las semejanzas de las líneas de costa de ciertos océanos, especialmente las del Atlántico, y en las semejanzas entre las faunas y floras fósiles de ciertos continentes. En efecto, al estudiar las faunas y flores de la era primaria de los continentes meridionales (América del Sur, África, India y Australia) se comprueban grandes semejanzas entre ellas, que únicamente pueden ser explicadas suponiendo que dichos continentes han presentado amplias relaciones entre ellos, es decir, que han constituido una masa única.

Mapas paleogeográficos que explican la teoría de la deriva continental según Wegener.
Por otra parte, América del Norte y Eurasia muestran también analogías entre sus faunas y floras fósiles, lo que indicaría que se originaron a partir de una sola masa continental.

Acumulación de cenizas volcánicas en Tenerife (Canarias, España).
Sin embargo, si se comparan las faunas y flores fósiles de los continentes septentrionales con los continentes meridionales se comprueba que existen muy pocas semejanzas entre ellas. En la figura se representan los esquemas elaborados por Wegener para explicar su teoría de la deriva de los continentes.

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Autor:

emilio silvera

Fecha de creación:

15 mayo de 2009

Ciudad, país:

Huelva, España

Categorías:

Ciencia, Tecnología e Internet

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El Blog está dedicado a exponer al público temas de Física y de Astronomía como actividad principal y, comentarios y trabajos de otras ciencias en general.

Simplemente se trata de llevar algunas respuestas que muchos quisieran conocer y que, nunca nadie, les supo explicar.

Aquí, la Ciencia se trata de manera sencilla y cercana, las cosas se explican con lemguaje de la calle. En todo momento procuramos evitar tecnicismos, fórmulas y ecuaciones que, raramente aparecen en nuestros trabajos.

Ya está hecho y, como no tengo ni idea de cómo funciopna esto…ya nos enteraremos de lo que pueda pasar.

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