Los Planetas (Primera Parte)

Hola nuevamente gente aficionada a la ciencia. Espero que estén listos y preparados para querer aprender más acerca de ciencia. Ahora les hablaré acerca de los Planetas, sobre cuáles son, cómo se formaron, qué características tienen, etc. Para ello intentaré explicar de una manera sencilla y didáctica todos estos datos y hacer que comprendan un poco más cómo funciona nuestro Sistema Solar. Espero les guste.

Antes de comenzar hay que preguntarnos exactamente ¿Qué es un Planeta? Y ¿Cómo se formaron?

Un planeta es un cuerpo celeste que orbita alrededor de una estrella o remanente de ella; que tiene suficiente masa para que su gravedad supere las fuerzas del cuerpo rígido, de manera que asuma una forma casi esférica; y que ha limpiado la vecindad de su órbita de planetesimales, es decir tiene dominancia orbital (según la definición adoptada por la Unión Astronómica Internacional el 24 de agosto de 2006). Según la definición mencionada, nuestro Sistema Solar consta de ocho planetas: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Plutón, que hasta 2006 se consideraba un planeta, ha pasado a clasificarse como Planeta Enano, junto a Ceres. De esta manera, esta nueva definición de planeta introduce el concepto de Planeta Enano, que incluye a Ceres, Plutón, Haumea, Makemake y Eris (en ese orden); y tiene la diferencia de definición en que no ha despejado la zona local de su órbita y no es un satélite de otro cuerpo.

Etimológicamente hablando, la palabra "Planeta" proviene del latín planeta, que a su vez deriva del griego “planētēs”, que significa vagabundo o errante. Esto se debe a que antiguamente, siguiendo la teoría geocéntrica de Aristóteles, se creía que en torno a la Tierra, la cual era considerada el centro del cosmos, giraban el Sol y las cinco errantes o los cinco planetas errantes (Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno), llamadas así por obstinarse a desobedecer la ley del círculo, es decir se les consideraba "errantes" debido a que, a simple vista, no trazaban ningún círculo alrededor de la Tierra, a diferencia del Sol y vagaban libremente por el cosmos.

Contestando la segunda pregunta, los Planetas se formaron muy tempranamente, casi al mismo tiempo en el que se estaba formando nuestro Sol, hace alrededor de 4600 millones de años. En general, los materiales ligeros que no se quedaron en el Sol cuando se estaba formando se alejaron más que los pesados. Esto hizo que se formaran nubes de gas y polvo original girando en espirales alrededor del Sol y que poco a poco se volvieron más densas, lo que más tarde harían que se formen los Planetas. A esto hay que añadirle que la gravedad y las colisiones llevaron más materia a estas zonas y el movimiento rotatorio las fue redondeando. Luego de ello, los materiales y las fuerzas de cada planeta se fueron reajustando (todavía lo hacen). Así, de esta forma, es como se formaron, como una danza sin parar girando alrededor de nuestra estrella, el Sol, que aún no termina y que seguirá así, por lo menos, unos 5000 millones de años más.

Habiendo aclaro ambos temas, ahora habría que preguntarnos ¿Cómo se clasifican los Planetas? Y ¿Cuáles son las características de cada uno?

Los planetas del Sistema Solar se clasifican conforme a dos criterios básicos: dependiendo de su estructura o de su movimiento aparente.

Según su estructura hay Planetas terrestres pequeños, de superficie rocosa y sólida, densidad alta. Son Mercurio, Venus, Tierra y Marte y también son llamados planetas interiores. Y los Planetas Jovianos (similares a Júpiter) con grandes diámetros, esencialmente gaseosos (hidrógeno y helio) y una densidad baja. Estos son Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, los planetas gigantes del Sistema Solar y también son llamados planetas exteriores.

Según sus movimientos en el cielo los planetas inferiores son aquellos que no se alejaban mucho del Sol y que, por tanto, no pueden estar en oposición, como Mercurio y Venus. Mientras que los planetas superiores son aquéllos que hacen oposición, y se toma como referencia a la Tierra. Es decir que, todos los que se alejan del Sol, más allá de la órbita terrestre, son superiores,  y tienen órbitas más alejadas del Sol. Sus tamaños gigantescos y su composición líquida y gaseosa los hace muy diferentes de los planetas interiores, siendo bastantes menos densos que estos.

Los planetas tienen diversas características, entre ellas el que giran alrededor del Sol, no tienen luz propia, sino que reflejan la luz solar. También tienen diversos movimientos, entre los más importantes son dos: el de rotación y el de translación. El de rotación giran sobre sí mismos alrededor de su propio eje, esto determina la duración del “día” del Planeta. El de translación estos describen órbitas alrededor del Sol y cada órbita es el “año” del planeta. Cada planeta tarda un tiempo diferente para completarla y cuanto más lejos, más tiempo tardarán. Giran casi en el mismo plano, excepto Plutón, que tiene la órbita más inclinada, excéntrica y alargada.

Ahora bien hay que hablar sobre las características de cada uno y en esta primera parte hablaré solamente de los Planetas Interiores, es decir Mercurio, Venus, Tierra y Marte.

Mercurio:

Este Planeta adopta su nombre del dios romano del comercio y es el planeta del Sistema Solar más próximo al Sol y el más pequeño. Forma parte de los denominados planetas interiores o rocosos y  no tiene satélites naturales (en nuestro caso nuestro satélite es la Luna).

Es el planeta más cercano al Sol y es menor que la Tierra, pero más grande que la Luna. Si nos situásemos sobre Mercurio, el Sol nos parecería dos veces y media más grande. El cielo, sin embargo, lo veríamos siempre negro, porque no tiene atmósfera que pueda dispersar la luz. Los romanos le pusieron el nombre del mensajero de los dioses porque se movía más rápido que los demás planetas. Da la vuelta al Sol en menos de tres meses, en cambio, gira lentamente sobre su eje, una vez cada 58 días y medio. Antes lo hacía más rápido, pero la influencia del Sol le ha ido frenando.

Cuando un lado de Mercurio está de cara al Sol, llega a temperaturas superiores a los 425 ºC (por ello no hay vida) y las zonas en sombra bajan hasta los 170 bajo cero. Los polos se mantienen siempre muy fríos, lo cual lleva a pensar que puede haber agua congelada. La superficie de Mercurio es muy parecida a la de la Luna, con un paisaje  lleno de cráteres y grietas, en medio de marcas ocasionadas por los impactos de los meteoritos. La presencia de campo magnético indica que Mercurio tiene un núcleo metálico, parcialmente líquido. Su alta densidad, la misma que la de la Tierra, indica que este núcleo ocupa casi la mitad del volumen del planeta.

Venus:

Venus obtiene su nombre de la diosa romana del amor. Es el segundo Planeta del Sistema Solar y el más semejante a La Tierra por su tamaño, masa, densidad y volumen. Los dos se formaron en la misma época, a partir de la misma nebulosa, sin embargo, es, a la vez, diferente de la Tierra, ya que no tiene océanos y su densa atmósfera llena de gases como el dióxido de azufre, provocando un efecto invernadero que eleva la temperatura hasta los 480 ºC. Es abrasador e imposible que contenga vida con tales condiciones.

Los primeros astrónomos pensaban que Venus eran dos cuerpos diferentes porque, unas veces se ve un poco antes de salir el Sol y, otras, justo después de la puesta. Venus gira sobre su eje muy lentamente y en sentido contrario al de los otros planetas (sentido retrógrado), es decir el Sol sale por el oeste y se pone por el este, al revés de lo que ocurre en La Tierra. Además, el día en Venus dura más que el año, o sea su “año” dura unos 225 días nuestros y su “día” unos 243 días nuestros, con lo cual nos generaría una sensación extraña si estuviéramos en aquel Planeta. Venus tiene muchos volcanes. El 85% del planeta está cubierto por roca volcánica y la lava ha creado surcos, algunos muy largos. Hay uno de 7.000 km. En él también hay cráteres de los impactos de los meteoritos. Sólo de los grandes, porque los pequeños se deshacen en la espesa atmósfera. Las imágenes tomadas al Planeta muestran el terreno brillante, como si estuviera mojado, pero es imposible, ya que no puede tener agua líquida, a causa de la elevada temperatura. El brillo lo provocan compuestos metálicos y sus hermosas, aunque peligrosas, nubes que la rodean. No tiene satélites naturales conocidos.

La Tierra:

La Tierra se formó hace unos 4.650 millones de años, junto con todo el Sistema Solar. Aunque las piedras más antiguas de la Tierra no tienen más de 4.000 millones de años, los meteoritos, que se corresponden geológicamente con el núcleo de la Tierra, dan fechas de unos 4.500 millones de años, y la cristalización del núcleo y de los cuerpos precursores de los meteoritos, se cree que ocurrió al mismo tiempo, unos 150 millones de años después de formarse la Tierra y el Sistema Solar.

Después de condensarse a partir del polvo cósmico y del gas mediante la atracción gravitacional (como los demás problemas), la Tierra era casi homogénea y bastante fría. Pero la continua contracción de materiales y la radiactividad de algunos de los elementos más pesados hicieron que se calentara. Después, comenzó a fundirse bajo la influencia de la gravedad, produciendo la diferenciación entre la corteza, el manto y el núcleo, con los silicatos más ligeros moviéndose hacia arriba para formar la corteza y el manto y los elementos más pesados, sobre todo el hierro y el níquel, cayendo hacia el centro de la Tierra para formar el núcleo. Tiene un satélite natural conocido como la Luna.

Marte:

Es el cuarto planeta del Sistema Solar y es conocido como el planeta rojo por sus tonos rosados, es por ello que los romanos lo identificaban con la sangre y le pusieron el nombre de su dios de la guerra. El planeta Marte tiene una atmósfera muy fina, formada principalmente por dióxido de carbono, que se congela alternativamente en cada uno de los polos. Contiene sólo un 0,03% de agua, mil veces menos que la Tierra. Los estudios demuestran que Marte tuvo una atmósfera más compacta, con nubes y precipitaciones que formaban ríos y sobre la superficie se pueden ver surcos, islas y costas. Las grandes diferencias de temperatura provocan vientos fuertes y la erosión del suelo ayuda a formar tempestades de polvo y arena que degradan todavía más la superficie. Cuando se halla más cerca de la Tierra, a unos 55 millones de kilómetros, Marte es, después de Venus, el objeto más brillante en el cielo nocturno. Puede observarse más fácilmente cuando se forma la línea Sol-Tierra-Marte (cuando está en oposición) y se encuentra cerca de la Tierra, cosa que ocurre cada 15 años. El tono rojizo de su superficie se debe a la oxidación o corrosión más que nada. Las zonas oscuras están formadas por rocas similares al basalto terrestre, cuya superficie se ha erosionado y oxidado y las regiones más brillantes parecen estar compuestas por material semejante, pero contienen partículas más finas, como el polvo. Existe también la posibilidad de que en alguna época de su pasado albergara vida (vegetal o animal) y tuviera agua y una atmósfera aceptable para estas condiciones, como lo tiene la Tierra. A Se le conocen dos satélites naturales a este Planeta, los cuales son Fobos y Deimos en honor a los dioses del miedo y terror respectivamente.

Espero les haya gustado esta primera parte acerca de los Planetas. En la siguiente edición de este blog les hablaré sobre la segunda parte de este mismo tema, continuando con los exteriores y luego con los Planetas Enanos. Nos vemos pronto y recuerden que siempre deben preguntar, indagar y experimentar, nunca dejen de hacerlo porque la ciencia es su amiga.

Los Cometas

Hola nuevamente aficionados a la ciencia ¿Cómo han estado estos días? Espero que estén listos y preparados para querer aprender más acerca de ciencia, en especial ahora que vamos a hablar sobre unos objetos que pasan a menudo por nuestro y nos visitan. Me estoy refiriendo a los Cometas. Ahora les hablaré sobre este tema que quizás ya sepan al respecto pero que les sigue causando curiosidad. Por ello intentaré explicar de una manera sencilla su formación, comportamiento y otros aspectos más acerca de los Cometas.

Antes de comenzar hay que preguntarnos exactamente ¿Qué es un Cometa?

Los Cometas son cuerpos celestes constituidos básicamente por hielo, polvo y rocas que orbitan alrededor del Sol (nuestra estrella) siguiendo diferentes trayectorias elípticas, parabólicas o hiperbólicas, dependiendo de cada caso.

Los cometas, junto con los asteroides, planetas y satélites, forman parte del Sistema Solar. La mayoría de estos cuerpos celestes describen órbitas elípticas de gran excentricidad, lo que produce su acercamiento al Sol con un período considerable, pero a diferencia de los Asteroides, los Cometas son cuerpos sólidos compuestos de materiales que se subliman en las cercanías del Sol, es decir cambian su estado sólido de hielo para pasar al gaseoso. A gran distancia, a partir de 5-10 UA (1 Unidad Astronómica = la distancia media de la Tierra al Sol, es decir unos 150 millones de km), desarrollan una atmósfera que envuelve al núcleo, llamada coma o cabellera. Esta coma está formada por gas y polvo y a medida que el Cometa se acerca al Sol, el viento solar azota la coma y se genera la cola característica que todos podemos ver a simple vista cuando pasan cerca a la Tierra, la cual está formada por polvo y gas de la coma ionizado.

Ahora bien hay que preguntarnos ¿De dónde vienen los Cometas?

Los cometas provienen principalmente de dos lugares, la Nube de Oort, situada entre 50.000 y 100.000 UA del Sol (en los límites del sistema solar), y el Cinturón de Kuiper, localizado más allá de la órbita de Neptuno.

Se cree que los Cometas de largo periodo tienen su origen en la Nube de Oort, el cual lleva el nombre del astrónomo Jan Hendrik Oort. Esto significa que muchos de los cometas que se acercan al Sol siguen órbitas elípticas tan alargadas que sólo regresan al cabo de miles de años. Cuando alguna estrella pasa muy cerca del Sistema Solar, las órbitas de los Cometas de la Nube de Oort se ven perturbadas y algunos salen despedidos fuera del Sistema Solar, pero otros acortan sus órbitas y se acercan más al Sol. Para explicar el origen de los Cometas de corto periodo, como el Cometa Halley, Gerard Kuiper propuso la existencia de un cinturón de cometas situados más allá de Neptuno, el Cinturón de Kuiper.

Las órbitas de los cometas están cambiando constantemente y sus orígenes están en el sistema solar exterior, y tienen la propensión a ser altamente afectados por acercamientos relativos a los planetas mayores. Algunos son movidos a órbitas muy cercanas al Sol que los destruyen cuando se aproximan, mientras que otros son enviados fuera del sistema solar para siempre, como quien lanza una pelota de beisbol con el bate fuera del estadio.

Si su órbita es elíptica y de período largo o muy largo, proviene de la hipotética Nube de Oort, pero si su órbita es de período corto o medio-corto, proviene del cinturón de Edgeworth-Kuiper, a pesar de que hay excepciones como la del Halley, con un período de 76 años (corto) que proviene de la Nube de Oort.

Conforme los cometas van sublimando, es decir cambiando su estado sólido de hielo a gaseoso por acercarse al Sol y cumpliendo órbitas, y van perdiéndolo, por consecuencia, su magnitud. Tras un cierto número de órbitas, el cometa se habrá "apagado", y en el final de su combustible, se convertirá en un asteroide normal y corriente, ya que no podrá volver a recuperar masa. Existen numerosos ejemplos de cometas sin combustible y podemos mencionar a dos de ellos que son: 7968-Elst-Pizarro y 3553-Don Quijote.

Los cometas presentan diferentes tipos de colas. Las más comunes son la de polvo y la de gas (como el Cometa Halley). La cola de gas se dirige siempre en el sentido perfectamente contrario al de la luz del Sol, mientras que la cola de polvo retiene parte de la inercia orbital, alineándose entre la cola principal y la trayectoria del cometa. El choque de los fotones que recibe el cometa como una lluvia, aparte de calor, aportan luz, siendo visible al ejercer el cometa de pantalla; reflejando así cada partícula de polvo la luz solar. En el cometa Hale-Bopp se descubrió un tercer tipo de cola compuesta por iones de sodio, la cual no es tan común como las otras dos mencionadas.

Por último habría que aclarar, ¿Cuál es la diferencia entre un Asteroide y un Cometa? Y ¿Cuáles son los Cometas más conocidos?

La principal diferencia entre asteroides y cometas es de lo que están hechos, es decir  los asteroides están hechos de metales y material rocoso, mientras que los cometas están hechos de hielo, polvo y material rocoso. Ambos, asteroides y cometas, fueron formados tempranamente en la historia del Sistema Solar hace alrededor de 4 600  millones de años. Los asteroides se formaron mucho más cerca del Sol, donde era muy cálido para los hielos como para permanecer sólidos, es por ello que con el tiempo se fueron agrupando por medio de la Gravedad y es así como se formaron los 4 primeros Planetas rocosos. Los cometas, sin embargo, se formaron más lejos del Sol donde los hielos no se derretirían (alrededor de la órbita de Neptuno).

Finalmente hay que mencionar que los aunque hay muchos cometas conocidos, algunos se han hecho más famosos que otros por diversos motivos, por ejemplo:

El Cometa Halley: En 1705 Edmond Halley predijo, usando las leyes del movimiento de Newton, que el cometa visto en 1531, 1607 y 1682 volvería en 1758, y fue así que volvió tal y como predijo, y posteriormente se le dio nombre en su honor. El periodo medio de la órbita del Halley es de 76 años, pero no se pueden calcular las fechas de sus reapariciones con exactitud, ya que la fuerza Gravitacional de los Planetas mayores (Júpiter y Saturno) altera el periodo del cometa en cada órbita. Otros efectos, como la reacción de los gases eyectados durante el paso cerca del Sol, también desempeñan un papel importante en la alteración de la órbita.

La órbita del Halley es retrógrada e inclinada 18º respecto de la eclíptica (La eclíptica es la línea curva por donde “transcurre” el Sol alrededor de la Tierra, en su movimiento aparente visto desde la Tierra) y, como la de todos los cometas, altamente excéntrica. El núcleo del cometa Halley mide aproximadamente 16x8x8 kilómetros. La densidad del núcleo del Halley es muy baja: unos 0.1 gramos/cm3, indicando que probablemente es poroso, quizá debido a la gran cantidad de polvo que queda después de que los hielos se hayan sublimado. El Cometa Halley es casi único entre los cometas, ya que es a la vez grande y activo, y tiene una órbita regular y bien definida. Pero, aunque famoso, puede no ser representativo de los cometas en general,  ya que volverá al sistema solar interior recién el año 2061.

El Cometa Hale-Bopp: Es un Cometa periódico que regresa cada 3.000 años y que se acercó a la Tierra en 1997, causando una gran expectación. Alan Hale en Nuevo México e, independientemente, Thomas Bopp de Arizona, descubrieron el cometa que ahora lleva el nombre de ambos. Al poco tiempo del descubrimiento quedó claro que este cometa podría ser uno de los más brillantes en los últimos años.

El Cometa Hale-Bopp fue en ese momento uno de los astros más brillantes en el cielo, alcanzando una magnitud -0.8, lo cual significa que el cometa era más brillante que cualquier objeto en el cielo nocturno en esas fechas, con la excepción de la Luna, Sirio (estrella más brillante) y el planeta Marte. A pesar de su brillo, el cometa Hale-Bopp no se acercó mucho a la Tierra. En su máximo acercamiento estuvo a 194 millones de kilómetros de distancia, es decir un poco más lejos de nosotros que el Sol.

Se cree que el núcleo del cometa es relativamente grande, de unos 40 kilómetros de acuerdo a las estimaciones, ya que no es posible verlo directamente. Sin embargo, más que el núcleo, el factor determinante en cuanto al brillo del cometa es la coma, la envolvente de gas y polvo que rodea al núcleo del cometa. Al acercarse al Sol parte del cometa se sublima. Algunos cometas desarrollan varias colas, y en particular en el Hale-Bopp fue posible observar dos colas, una de gas y otra de polvo. La cola del cometa Hale-Bopp, difícil de observar desde las ciudades, alcanzó varios millones de kilómetros de longitud.

El Cometa Ison: Fue descubierto el 21 de septiembre de 2012 por Vitali Nevski (Vítebsk, Bielorrusia) y Artyom Novichonok (Kondopoga, Rusia) del observatorio ISON-Kislovodsk. La órbita del cometa, llamado C2012 S1 ISON, se logró encontrar gracias a unas imágenes previas tomadas el 28 de diciembre de 2011 en el observatorio Mount Lemmon Survey, y otra imagen tomada el 28 de enero 2012, desde el Pan-STARRS. Con ambos informes se pudo calcular su posición con cierta certeza.

Las observaciones preliminares de su órbita, sugieren que el cometa llegará a su perihelio (punto más cercano al Sol) el 28 de noviembre de 2013 a una distancia de 0.012 UA (1.800.000 km) del punto central del Sol. Si el cometa no se desintegra, su tamaño puede ser similar al del Gran Cometa de 2007 C/2006 P1, el Gran Cometa de 1680 o también comparable a C/2011 W3 (Lovejoy), el cual podrá ser observado en todo el mundo sin necesidad de telescopios o prismáticos. Las observaciones preliminares muestran que el cometa pasó a 0,07 UA (10.000.000 km) de Marte el 1 de octubre de 2013, y se acercará a 0,4 UA (60.000.000 km) de la Tierra el 26 de diciembre de 2013, así que estén atentos a esa fecha en el cual todos podremos disfrutarlo en el cielo nocturno.

Espero les haya gustado este tema acerca de los Cometas. En la siguiente edición de este blog les hablaré, sobre los Planetas, empezando por los interiores y luego por los exteriores en otra publicación. Nos vemos pronto y recuerden que siempre deben preguntar, indagar y experimentar, nunca dejen de hacerlo porque la ciencia es su amiga.

Las Manchas Solares

Hola nuevamente gente aficionada a la ciencia ¿Qué tal les ha ido estos días? Espero que estén ansiosos de aprender sobre nuevos temas en este su blog preferido. En esta ocasión hablaré sobre un tema que quizás no muchos sepan al respecto pero que intentaré explicar de una manera didáctica y sencilla el tema de las Manchas Solares.

Antes de comenzar a hablar sobre las Manchas Solares habría que preguntarnos ¿Cómo es que funciona nuestra estrella más cercana, es decir nuestro Sol?

La estrella más cercana a nosotros, es decir el Sol, es nuestra principal e irreemplazable fuente de energía. Esto ocurre gracias a la fusión nuclear dentro de sí mismo, cuando los átomos se golpean entre sí a altas velocidades y, literalmente, se fusionan. Para que esto suceda las condiciones deben ser las correctas.

Esto se debe a que los protones siempre tienen una carga positiva cada uno, por lo que se repelen al acercarse unos a otros, como los imanes entre sí. Es por ello que es necesario que se acerquen mucho, y para eso tienen que estar muy calientes, lo que significa que las partículas se mueven muy rápido y pueden acercarse lo suficiente como para fusionarse. El núcleo del Sol es el lugar perfecto para esa fusión nuclear, ya que es el lugar más caliente del Sistema Solar, llegando a los 15 millones de ºC. También es increíblemente denso, tanto así que tiene 10 veces la densidad del plomo y, con ello, cualquiera pensaría que con esa alta densidad sería sólido, pero no lo es porque está tan caliente que se mantiene como Plasma (estado de la materia entre gaseoso y líquido). Un ejemplo de ello sería Si se calienta un gas a altas temperaturas, entonces los electrones se “caen” de los átomos y flotan como en una nube. Esta nube tiene un comportamiento diferente al de un gas y de esta manera es que se puede crear el Plasma. Para ejemplificar lo antes mencionado podríamos decir que el Sol es como una mesa de billar cósmica, a una escala inimaginable, es decir un lugar donde hay millones de partículas colisionando e interactuando entre ellas. En el billar, sin embargo, no importa cuán fuerte golpees una bola, nunca se podría pegarle lo suficientemente fuerte como para fusionarla con otra bola, pero hay tanta presión y, tan alta densidad en el núcleo del Sol, que dos objetos que impacten se van a  fusionar. 

En el Sol los objetos que colisionan son átomos de Hidrógeno (en un principio) reunidos por una inmensa presión (Fusión) para formar átomos de Helio. A cada segundo, dentro del Sol 600 millones de toneladas de Hidrógeno son fusionados y se transforman en 595 millones de toneladas de Helio, una cantidad tan grande que no podemos ni imaginarla. Esas 5 millones de toneladas de masa perdida se convierten en energía equivalente a un millón de bombas de hidrógeno de un megatón cada una, expulsadas hacia el espacio, es decir todo ese calor que recibimos de nuestro Sol es gracias a ello y esto se da cada segundo, en otras palabras con solo un segundo el Sol podría darle suficiente energía a toda la humanidad por cientos de miles de años.

Habiendo aclarado cómo funciona el Sol entonces hay que preguntarnos ¿Qué son y cuál es la causa de las Eyecciones de Masa Coronal? Y ¿Cuál es su relación con las manchas solares?

La Eyección de Masa Coronal (CME) es una onda hecha de radiación y viento solar que se desprende del Sol en el periodo llamado Actividad Máxima Solar. Esta onda se forma por una gran actividad en nuestro Sol, o en cualquier estrella, ya que ellas, al igual que nuestro planeta, tiene “estaciones” y es cíclico este proceso. Todo esto se debe a que el Sol contiene tanta energía acumulada que se “desprende” de forma violenta en forma de llamaradas gigantescas (nuestro planeta entero podría caber en una de ellas fácilmente) que eyectan una cantidad sorprendente de masa y energía al espacio y es muy peligrosa, ya que podría dañar los circuitos eléctricos, los transformadores y los sistemas de comunicación dependiendo de su magnitud. Cuando esto ocurre, se dice que hay una tormenta solar y se da cada 11 años y el Sol entra en un turbulento ciclo (Actividad Máxima Solar) que representa la época más propicia para que el planeta sufra una tormenta solar. Dicho proceso acaba con el cambio de polaridad solar (no confundir con el cambio de polaridad terrestre). Como ejemplo nos podemos remontar al 13 de marzo de 1989, en la ciudad de Quebec, Canadá, la cual fue azotada por una fuerte tormenta solar y como resultado de ello seis millones de personas se vieron afectadas por un gran apagón que duró 90 segundos. La red eléctrica de Montreal estuvo paralizada durante más de nueve horas. Los daños que provocó el apagón, junto con las pérdidas originadas por la falta de energía, alcanzaron los cientos de millones de dólares.

Ahora bien, veamos qué relación tiene lo antes mencionado con el título de este artículo. Para comenzar hay que señalar que las Manchas Solares son una región del Sol que tiene una temperatura más baja que sus alrededores y con una intensa actividad magnética debido a una fuerte Actividad Máxima Solar. Una mancha solar típica consiste en una región central oscura, llamada "umbra", rodeada por una "penumbra" más clara. Una sola mancha puede llegar a medir hasta 12.000 km (casi tan grande como el diámetro de la Tierra), pero un grupo de manchas puede alcanzar 120.000 km de extensión e incluso algunas veces más.

Las manchas solares aparecen, crecen, cambian de dimensiones y de aspecto y luego desaparecen tras haber existido tras una o dos rotaciones solares, es decir durante uno o dos meses, aunque su vida media es aproximadamente dos semanas. Al principio se observa una formación brillante, luego la granulación de la fotosfera que empieza a oscurecerse. Al día siguiente ya hay una pequeña mancha, mientras en el poro gemelo a unos pocos grados de distancia aparece otra. Ya a los pocos días ambas manchas tienen el aspecto muy característico: una región central oscura llamada sombra con temperaturas alrededor de 2.500 K (1 grado Kelvin = -273 grados Celsius el cero absoluto) y brillo un 20% de la fotosfera. Todas las manchas tienen movimientos propios con velocidades de hasta centenares de kilómetros por hora y el grupo de manchas alcanza su máxima complejidad hacia el décimo día.

Las dos manchas principales de cada grupo se comportan como si fuesen los polos de un enorme y potente imán, ya que entre ambos existe un campo magnético con una intensidad entre 0,2 y 0,4 T mientras que el campo magnético terrestre tiene una intensidad de sólo 0,05 mT. La mancha que está al oeste solar se llama conductora y la que está al este solar conducida. En casi todos los grupos el eje entre las dos manchas no se dispone en la dirección este-oeste, sino más bien la mancha conductora está en ambos hemisferios más cercana a su Ecuador.

En las manchas hay un campo magnético con una intensidad de 0,3 T, con lo cual esta muy relacionado con la Eyección de Masa Coronal y con el Máximo Solar.  Aunque los detalles de la creación de las manchas solares todavía son cuestión de investigación, está bastante claro que las manchas solares son el aspecto visible del tubo de flujo magnético que se forma debajo de la fotosfera. Si la tensión en el flujo del tubo alcanza cierto límite, el tubo magnético se riza como lo haría un cabello al estirarlo mucho. La transmisión del flujo de energía desde el interior del sol se inhibe, y con él la temperatura de la superficie. A continuación aparecen en la superficie dos manchas con polaridad magnética opuesta en los puntos en las que el tubo de fuerza corta a la fotosfera.

Las recientes observaciones del satélite (SOHO) usando las ondas sonoras que viajan a través de la fotosfera del Sol permiten formar una imagen detallada de la estructura interior de las manchas solar, debajo cada mancha solar se forma un vórtice giratorio, esto hace que se concentren las líneas del campo magnético. Las manchas solares se comportan en algunos aspectos de modo similar a los huracanes terrestres.

Espero les haya gustado este tema acerca de las Manchas Solares. En la siguiente edición de este blog les hablaré, sobre los Cometas y sus inmensos recorridos a través del Universo. Nos vemos pronto y recuerden que siempre deben preguntar, indagar y experimentar, nunca dejen de hacerlo porque la ciencia es su amiga.

Partículas Subatómicas y Partículas Elementales

Hola nuevamente aficionados a la ciencia ¿Cómo han estado? Espero que con muchas ganas de ponernos al tanto y aprender sobre nuevos temas en este blog. Ahora desarrollaré un tema algo más complejo y quizás no sea algo común que lo sepa todo el mundo. Me refiero al tema de las Partículas Subatómicas y Elementales.

Antes de comenzar habría que preguntarnos exactamente ¿Qué son las Partículas Subatómicas?

En un principio se le llamaba Partícula Subatómica a aquella partícula más pequeña que un átomo, es decir son sus componentes principales, los cuales son el Protón (en el núcleo del átomo y carga positiva), el Neutrón (en el núcleo también y carga neutra) y el Electrón (en la corteza con carga negativa).

Más adelante el descubrimiento de la estructura interna de Protones y Neutrones, reveló que estas eran partículas compuestas, es decir que existían elementos inclusive más pequeños que ellos, que las conformaban. Además el tratamiento cuántico usual de las interacciones entre las partículas nos dice que la cohesión del átomo requiere otras partículas bosónicas como los piones, gluones o fotones.

Los Protones y Neutrones por su parte están constituidos por Quarks (que son partículas Elementales y más adelante las explicaré a profundidad), como por ejemplo un Protón, el cual está formado por dos Quarks arriba (up) y un Quark abajo (down). Estos Quarks se unen mediante partículas llamadas Gluones, el cual significa “pegar” y mantiene unidos a los Quarks por medio de la fuerza Nuclear Fuerte.

Existen seis tipos diferentes de Quarks (Arriba o Up, Abajo o Down, Fondo o Bottom, Cima o Top, Extraño o Extrange y Encanto o Charm). Los protones se mantienen unidos a los neutrones por el efecto de los piones, que son mesones compuestos formados por parejas de quark y antiquark (a su vez unidos por Gluones). Existen también otras partículas elementales que son responsables de las fuerzas electromagnética (los Fotones) y Nuclear Débil (los Neutrinos y los Bosones W y Z). Los neutrones por su parte son partículas neutras con una masa muy similar a la del protón. Los distintos isótopos de un mismo elemento contienen el mismo número de protones pero distinto número de neutrones. El número másico de un elemento es el número total de protones más neutrones que posee en su núcleo.

Ahora bien, teniendo en cuenta que ya se tiene claro lo que son las partículas Subatómicas, habría que preguntarse ¿Qué son las Partículas Elementales?

Como ya se mencionó líneas arriba, las Partículas Elementales son aquellos componentes que forman Partículas Subatómicas tales como el Protón y el Neutrón, es decir son los constituyentes elementales de la materia, y más precisamente son partículas que no están constituidas por partículas más pequeñas ni se conoce que tengan estructura interna, hasta el momento.

Originalmente el término Partícula Elemental se usó para toda partícula subatómica como los Protones y Neutrones, los Electrones y otros tipos de partículas llamadas “exóticas” que solo pueden encontrarse en los rayos cósmicos o en los grandes aceleradores de partículas (como el que se encuentra en Europa), como los Piones o los Muones. Sin embargo, a partir de los años 70’s quedó claro que tanto los Protones como los Neutrones son Partículas Compuestas de otras partículas más simples, es decir que cuentan con elementos internos que la conforman y actualmente el nombre Partícula Elemental se usa para aquellas partículas que, hasta donde se conoce, no están formadas por partículas más simples, que en cuyo caso se descubriera algún componente más, habría que llamarlas diferente en un futuro.

La mayoría de las partículas elementales que se han descubierto y estudiado no pueden encontrarse en condiciones normales en la Tierra, generalmente porque son inestables (se descomponen en partículas ya conocidas), o bien, son difíciles de producir de todas maneras. Estas partículas, tanto estables como inestables, se producen al azar por la acción de los rayos cósmicos al chocar con átomos de la atmósfera, y en los procesos que se dan en los aceleradores de partículas, los cuales imitan un proceso similar al primero, pero en condiciones controladas. De esta manera, se han descubierto docenas de partículas subatómicas, y se teorizan cientos de otras más. Ejemplos de partícula teórica es el Gravitón (actúa con la fuerza de Gravedad); sin embargo esta y muchas otras no han sido observadas en aceleradores de partículas modernos, ni en condiciones naturales en la atmósfera (por la acción de rayos cósmicos).

Ya sabiendo esto podemos preguntarnos ¿Cuáles son estas Partículas Elementales?

En la actualidad se cree que los Fermiones, formados por los Leptones y los Quarks y los Bosones Gauge, son todos los constituyentes más pequeños de la materia y por tanto serían partículas propiamente elementales.

Por un lado tenemos a los Fermiones, llamados así por su descubridor Enrico Fermi, los cuales, como ya lo dijimos, están separados en dos grupos, los Leptones y los Quarks. Los Leptones son una partícula con espín -1/2 en el caso de los neutrinos y +/- 1/2 en los demás leptones (un fermión) que no experimenta interacción fuerte. Estos están compuestos en 3 elementos que son el Electrón, el Muón y el Tau representado a su vez por su contraparte de carga neutra (Neutrino) el cual forma otros 3 elementos llamados Electrón Neutrino, Muón Neutrino y Tau Neutrino. 

Por otro lado tenemos a los Quarks que son las únicas partículas fundamentales que interactúan con las cuatro fuerzas fundamentales (Gravedad, Electromagnetismo, Nuclear Fuerte y Nuclear Débil) y se separan en seis categorías: Arriba o Up, Abajo o Down, Fondo o Bottom, Cima o Top, Extraño o Extrange y Encanto o Charm. Son partículas parecidas a los Gluones en peso y tamaño, y esto se asimila en la fuerza de cohesión que estas partículas ejercen sobre ellas mismas. Son partículas de espín 1/2, por lo que son fermiones y forman, junto a los Leptones, la materia visible de todo el Universo.

Y por último tenemos a los llamados Bosones Gauge que son uno de los dos tipos básicos de partículas elementales de la naturaleza (el otro tipo son los Fermiones). La denominación para llamarlos “Bosón” fue dada en honor al físico indio Satyendra Nath Bose. Para ser considerado un Bosón tiene que cumplir con 3 características generales:

1. Tener un espín entero (0, 1, 2, etc).
2. No cumplen el principio de exclusión de Pauli y siguen la estadística de Bose-Einstein. Esto hace que presenten un fenómeno llamado condensación de Bose-Einstein (el desarrollo de máseres y láseres fue posible puesto que los fotones de la luz son bosones).
3. La función de onda cuántica que describe sistemas de bosones es simétrica respecto al intercambio de partículas.

Algunos bosones, aunque se comportan como bosones, de hecho están compuestos de otras partículas, como por ejemplo, los núcleos de átomos de helio, que bajo ciertas condiciones, se comportan como bosones aún cuando están compuestos por cuatro Fermiones que, a su vez, no son Elementales cuando son examinados en experimentos de muy alta energía. En resumen podemos decir que la interacción de estas Partículas Elementales entre si permite que se formen las Partículas Subatómicas (Protón, Neutrón y Electrón) y estas, a su vez, conformen toda la materia visible que conocemos y que seguiremos conociendo a través de sus elementos más pequeños.

Espero les haya gustado este tema acerca de las Partículas Subatómicas y Elementales. En la siguiente edición de este blog les hablaré, sobre las Manchas Solares y en qué nos afectan. Nos vemos pronto y recuerden que siempre deben preguntar, indagar y experimentar, nunca dejen de hacerlo porque la ciencia es su amiga.

Fuerzas Fundamentales del Universo (Segunda Parte)

Hola nuevamente, ahora seguiré desarrollando el tema sobre las Fuerzas Fundamentales del Universo, el cual deje sin explicar qué eran las Fuerzas Nuclear Fuerte, Nuclear Débil y la Gravitatoria, así que sin más, continuemos.

¿Qué es la Fuerza Nuclear Fuerte y Cómo interactúa con nosotros?

La Fuerza Nuclear Fuerte es la que mantiene unidos los componentes de los núcleos atómicos, y actúa indistintamente entre dos nucleones cualesquiera, protones o neutrones. Su alcance es del orden de las dimensiones nucleares, pero es más intensa que la fuerza electromagnética.

La interacción fuerte, también conocida como interacción nuclear fuerte, es aquella que permite unirse a los quarks (partículas sub-atómicas) para formar hadrones. La interacción electromagnética se da entre partículas cargadas eléctricamente, aquí las partículas también tienen carga, la carga de color. A pesar de su fuerte intensidad, su efecto sólo se aprecia a distancias muy cortas del orden del radio atómico. Según el modelo estándar, la partícula mediadora de esta fuerza es el gluón. La teoría que describe a esta interacción es la cromodinámica cuántica (QCD) y fue propuesta por David Politzer, Frank Wilczek y David Gross en la década de 1980.

Como resultado colateral de la interacción entre quarks, existe una manifestación de la Fuerza Nuclear Fuerte que explica que dentro del núcleo atómico a los protones y neutrones. Debido a la carga positiva de los protones, para que éstos se encuentren estables en el núcleo debía existir una fuerza más fuerte que la electromagnética para retenerlos. Ahora sabemos que la verdadera causa de que los protones y neutrones no se desestabilicen es la llamada interacción fuerte residual. Esta interacción entre nucleones (protones y neutrones) se produce a través de parejas de quark-antiquark en forma de piones.

¿Qué es la Fuerza Nuclear Débil y Cómo interactúa con nosotros?

La Fuerza Nuclear Débil es la responsable de la desintegración beta de los neutrones; los neutrinos son sensibles únicamente a este tipo de interacción. Su intensidad es menor que la de la fuerza electromagnética y su alcance es aún menor que el de la interacción nuclear fuerte.

La interacción débil, también conocida como interacción nuclear débil, se acopla a un tipo de carga llamada sabor, que la poseen los quarks y los leptones. Esta interacción es la causante de los cambios de sabor en estas partículas, en otras palabras es la responsable de que los quarks y leptones decaigan en partículas más livianas, además es la que produce desintegraciones beta.6 La teoría de Glashow-Weinberg-Salam estudia la interacción débil y la electrodinámica cuántica de manera unificada en lo que se llama Modelo electrodébil.

Según el modelo estándar, la interacción débil es mediada por los bosones W y Z que son partículas muy masivas. Su intensidad es menor que la intensidad de la electromagnética y su alcance es menor que el de la interacción fuerte. Al igual que la interacción fuerte y la gravitatoria es esta una interacción únicamente atractiva.

¿Qué es la Fuerza Gravitatoria y Cómo interactúa con nosotros?

La Gravitatoria es la fuerza de atracción que alguna materia ejerce sobre otra y afecta a todos los cuerpos. La gravedad es una fuerza muy débil y de un sólo sentido pero de alcance infinito.

Es la más conocida de las interacciones y al mismo tiempo la que plantea mayores problemas teóricos, ya que el Modelo Estándar no da cuenta de ellas, es muy débil y afecta a todas las partículas, e incluso a las que no cuentan con masa, como el fotón, debido a que a grandes distancias, por su efecto acumulativo con la masa, tiene mayor efecto que las demás. Junto al Electromagnetismo, son las interacciones que actúan a grandes distancias y contrariamente al Electromagnetismo sólo tiene carácter atractivo. A distancias atómicas, y en comparación con el resto de interacciones, es la más débil de todas.

La interacción gravitatoria, hace que cualquier tipo de materia provista de energía interaccione entre sí, como lo vemos en nuestro día a día, el porqué hace girar los planetas alrededor del Sol, etc. Para formas de materia ordinaria cuyo tensor energía-impulso satisface ciertas condiciones de positividad, tendrá un carácter atractivo. La teoría de la relatividad general estudia el comportamiento de esta interacción a escala planetaria y supragaláctica describiéndola como una Curvatura del espacio-tiempo. En otras palabras, la interacción gravitatoria es una manifestación de la deformación que sufre el espacio-tiempo por la presencia de grandes masas. La teoría newtoniana de la gravitación es una aproximación no-relativista a la interacción gravitatoria, es decir que la Gravedad en vez de “jalarnos” hacia abajo lo que hace en verdad es curvar el espacio-tiempo y, de esta manera, lo que haría es empujarnos hacia abajo, es decir como si quisiera achatarnos en vez de jalarnos.

Según la hipótesis del modelo estándar, la interacción gravitatoria, gravitación o fuerza de la gravedad, es transmitida por el gravitón (partícula hipotética). Cabe indicar que la teoría de la gravitación, en su formulación actual, no es una interacción que sea muy consistente con la descripción usual de la física de partículas, sin embargo, debido a que la gravitación es sólo perceptible en distancias muy por encima del radio atómico esto permite en la práctica usar ambas teorías simultáneamente sin encontrar conflicto en la mayoría de situaciones prácticas.

Y con estas nuevas teorías podemos saber también que se pueden observar y estudiar una nueva serie de sucesos antes no explicables o no observados como:

Desviación Gravitatoria de luz hacia el rojo en presencia de campos con intensa gravedad: la frecuencia de la luz decrece al pasar por una región de elevada gravedad. Confirmado por el experimento de Pound y Rebka (1959).

Dilatación gravitatoria del tiempo: los relojes situados en condiciones de gravedad elevada marcan el tiempo más lentamente que relojes situados en un entorno sin gravedad. Demostrado experimentalmente con relojes atómicos situados sobre la superficie terrestre y los relojes en órbita del Sistema de Posicionamiento Global (GPS por sus siglas en inglés). También, aunque se trata de intervalos de tiempo muy pequeños, las diferentes pruebas realizadas con sondas planetarias han dado valores muy cercanos a los predichos por la relatividad general.

Precesión geodésica: debido a la curvatura del espacio-tiempo, la orientación de un giroscopio en rotación cambiará con el tiempo. Esto está siendo puesto a prueba por el satélite Gravity Probe B.

Espero les haya gustado esta segunda parte acerca de las Fuerzas Fundamentales del Universo. En la siguiente edición de este blog les hablaré, esta vez sí, sobre las Partículas Sub-Atómicas y el Bosón de Higgs. Nos vemos pronto y recuerden que siempre deben preguntar, indagar y experimentar, nunca dejen de hacerlo porque la ciencia es su amiga.