diumenge, 3 de juny de 2018

Nanes vermelles i exoplanetes


La meitat de les estrelles tenen algun tipus de planeta. En el nostre veïnat, posem una esfera de 300 anys-llum de radi, poden existir uns 3.700 exoplanetes.

La majoria de les 300 estrelles més properes al Sol son nanes vermelles (NV). Aquestes representen un 70% del total d'estrelles de la Via Làctia. Son més fredes que el Sol, superficialment arriben fins a 3.500º C, en lloc dels 6.000º C del nostre astre i no poden arribar a cremar heli, només hidrogen, com combustible nuclear. Viuen fins a 100 vegades més anys que la nostra estrella. També tenen una massa més petita, entre un 8 i un 50% del Sol.

Dels diversos mètodes per a detectar exoplanetes, principalment el de velocitats radials i el trànsits, les NV ofereixen entre 50 i 200 cops més de facilitats per a trobar-los al seu voltant. Aquest exoplanetes tenen el període de translació més curt i es troben més a prop de la seva estrella, és a dir son sistemes més compactes. En proporció estarien més a prop que Mercuri del Sol. Així el seu trànsit pot ser de 20 dies quan el de la Terra és d'un any.

Encara i tot de trobar-se tan a prop de la seva estrella, NV, aquest planetes es troben dins de la zona habitable atès que aquest tipus d'estrelles son més fredes. La zona habitable es considera la que permet que al damunt de la superfície de l'exoplaneta estudiat hi pugui haver aigua líquida, o sigui, estigui entre 0 i 100º C. Per tan, susceptible de contenir vida tal com l'entenem.

Fins el 2016 s'havien identificat 496 estrelles segons el program Pale Red Dot. Aquesta investigació dirigida per l'astrònom nascut a Ullastrell (Barcelona) el 1979 i que treballa a la Universitat Queen Mary a Londres, va ser la que va identificar l'exoplaneta proper a Pròxima Centauri B a l'agost de 2016.

Actualment estan estudiant altres dues estrelles NV, la de Barnard i la coneguda com Ross 154, ambdues properes al sistema solar.
El que ara intentaran serà caracteritzar l'exoplaneta. Saber si té atmosfera i veure si existeixen biomarcadors en ella, com anhídrid carbònic CO2, ozò O3 i metà CH4. Per ara, no tenim cap indici de que no és habitable, encara que no ho sabem. Cal estudiar la quantitat d'aigua inicial que tenia l'exoplaneta, veure quants ha perdut com volàtils, per la radiació rebuda degut a la seva proximitat a l'estrella. També caldrà estudiar si posseeix camp magnètic que la protegeixi o no i com actuen sobre ella la força de marea que la poden fer escalfar.

El mateix com si estudiéssim el nostre planeta. Cal fer un estudi complert per conèixer les condicions originals de creació de l'exoplaneta i veure quina ha estat la seva evolució

Si estiguéssim a la superfície d'aquest exoplaneta veuríem la NV, el seu sol, tres cops més gran que el nostre Sol en el cel i rebríem 60 cops més de radiació.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 222 del juny de 2018

dimecres, 2 de maig de 2018

MareNostrum


Tal com ho defineix el seu Director associat, en Josep M. Martorell, el Supercomputador d'alta eficiència MareNostrum de Barcelona és un accelerador per la ciència i un productor d'innovació. Aplicable a totes les ciències i amb l'objectiu de transferir el seu coneixement a la societat.

Es va instal·lar a Barcelona fa una mica més de 10 anys, el 2005, i proveeix de serveis de computació a tota la comunitat científica europea. Porta a terme investigacions en profunditat per diferents camps i col·labora amb múltiples centres de recerca i desenvolupament tecnològic dins de diferents sectors de la societat. Abans, des del 1991, era el Centre Europeu de Paralel·lisme de Barcelona (CEPBA). Com ara però en menor escala.

Es troba a la part alta de Barcelona dins del paraigües de la UPC, situat dins d'una església dessacralitzada de la Torre Girona a Pedralbes. Té una superfície de 12.000 m2 i hi treballen uns 500 experts i professionals en R+D en disciplines tan variades com matemàtiques, física, química, biologia, geofísica, etc., i la seva recerca es focalitza en quatre camps: Ciències Computacionals, Ciències de la Vida, Ciències de la Terra i Aplicacions Computacionals en Ciència i Enginyeria.

Així es dedica a química computacional i ciència dels computadors, genòmica, bioinformàtica, canvi climàtic, meteorologia. Totes les simulacions necessàries no es podrien dur a terme sinó es disposés d'un supercomputador d'alta eficiència com aquest.

Aquesta màquina és capaç d'efectuar milers de milions d'operacions per segon. Seria com tenir 10.000 ordinadors personals treballant alhora. De fet, els seus components són els mateixos que els ordinadors personals però en grans quantitats i connectats amb una xarxa d'alta velocitat de fibra òptica i amb un bon programari. El seu sistema operatiu és SUSE Linux Enterprise Server 12 SP2.

La versió actual del MareNostrum ja és la quarta. Treballa 24 hores diàries els 365 dies a l'any ocupant més del 90% de la seva capacitat. Té una capacitat de 13.7 petaflop/s de potència de computació i un espai de disc superior als 14 petabytes. Està fabricat per IBM amb una arquitectura iDataPlex. Els flops mesuren la potència de computació i peta equival a 10 elevat a la 15a potència.

Durant els 11 anys que porta en marxa a desenvolupat més de 3.000 projectes científics. Del seu temps, un 24% l'utilitza la Xarxa Espanyola de Supercomputació, un 70% la xarxa europea PRACE i el 6% restant pels investigadors del propi BSC.

Els seus projectes principals actualment son Human Brain Project (Projecte Cervell Humà) que proveeix de models i mètodes que permeten simular el cervell humà a diferents nivells i el PanCancer Analysis of Whole Genomes (Anàlisi de Genomes Complets de Pancàncer), una col·laboració internacional per identificar patrons comuns de mutacions en més de 2.800 genomes de tots els tipus de càncer de pacients de tot el món.



Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 221 de maig de 2018

dilluns, 2 d’abril de 2018

Stephen Hawking (1942-2018)


El passat mes de març va morir a l'edat de 76 anys, Stephen Hawking, prestigiós cosmòleg que va revolucionar la forma de pensar i entendre l'Univers. Nascut a Cambridge on va estudiar física, decantant-se després per la física teòrica, tot i que ell volia iniciar-se en matemàtiques.

Va fer el doctorat amb un altre gran cosmòleg anglès, en Dennis Sciama, i el va obtenir el 1966 fent una tesi sobre Les propietats de l'univers en expansió. Des del 1979 va ocupar el lloc de professor titular de la Càtedra Lucasiana de matemàtiques fins el 2009, càrrec havia estat ocupat prèviament per Sir Isaac Newton.

Als 21 anys se li va diagnosticar la malaltia de l'ELA, esclerosi lateral amiotròfica, i els metges li van donar, com a molt tres anys de vida. Encara i tot, es va casar i va tenir tres fills.

La seva imatge s'ha convertit en la del major divulgador de la ciència, especialment l'astronomia, a un nivell similar al de Carl Sagan. Si haguéssim que triar entre les seves activitats més destacables, hauríem de començar sense cap dubte pel treball sobre els forats negres, intentant fer una descripció de la seva evolució des del punt de vista de la física quàntica. També va descriure (1976) la radiació, anomenada de Hawking, que permet que un forat negre, en contra del que es pensava, es pugui arribar a evaporar. Això sí, en milers de milions d'anys.

També va estudiar les lleis bàsiques que governen l'univers. Amb en Roger Penrose van proposar que el forats negres eren com el Big Bang, però del revés. Partint de la Teoria General de la Relativitat d'Einstein deduïren que l'espai i el temps va tenir el seu principi en el moment del Big Bang i tindran la seva fi com forats negres. Encara que aquesta fi sigui d'aquí a 20.000 milions d'anys.


Un altre estudi sobre la qual va destacar va ser la Teoria del Tot, on suggereix que l'univers evoluciona segons unes lleis ben definides. Deia que aquestes ens poden dur a trobar les respostes de com va ser l'origen de l'univers. Igualment cap a on va i com acabarà. Abans del moment del Big Bang, defensava, que no existia res, que aquell moment va ser una singularitat en la qual no aplicaven les lleis de la física.

Tota aquesta temàtica tan complexe intentava difondre-la de forma senzilla tal com va assajar a La breu història del temps (1988), llibre del qual va vendre 10 milions d'exemplars. I el va tornar a atacar de nou amb Brevíssima història del temps (2005) on intentava fer-se comprendre millor.

Altres llibres seus van ser Forats negres i universos primitius i altres assajos (1993), L'univers en una closca de nou (2001), El gran disseny (2010).

Darrerament es va interessar en temes d'intel·ligència artificial, que veia com un risc per la humanitat, o en el canvi climàtic, indicant que el planeta Terra es convertiria en inhabitable, tal com ho és Venus, si no es frenava el descontrol de temperatura ambiental.

Descansi en pau.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 220 de l'abril de 2018

dilluns, 5 de març de 2018

Més coses de la Lluna


A un anterior article sobre la Lluna, març 2012, ja vaig explicar les coses més comunes sobre el nostre satèl·lit. Avui aprendrem unes quantes més.

Quan va haver l'impacte d'un cos planetari amb la Terra, fa uns 4.500 milions d'anys, el satèl·lit que es va formar, la Lluna, es trobava només a 22.000 km, molt més a prop que ara. Al cap de cent-mil anys ja estava a 65.000 km i ara està prop dels 400.000 km. Aquest distanciament ha implicat una variació de la durada del dia. Tot al principi era d'unes 6 hores. Fa 500 milions d'anys ja durava 20,5 hores, i, ara, 24.

Això és degut a un principi físic denominat conservació del moment angular, el mateix que afecta als patinadors quan giren sobre sí mateixos. L'origen de tot plegat són les forces de marea. La Terra no és un cos sòlid, sinó deformable, i amb una certa forma el·lipsoide. És 1/300 més ampla que alta.
Aquests bonys tiren de la Lluna i l'acceleren, fent-la marxar una mica de nosaltres. Se'n va 37 mm cada any i el dia s'allarga 2 mil·lisegons cada segle.

De fet, el sistema Terra-Lluna està considerat com un sistema planetari doble, com Plutó i Caront.

Respecte la seva composició interna el seu nucli és només el 3%, format per ferro o sulfurs de ferro fosos. El mantell forma un 90% i l'escorça, de gruix variable, seria la resta.
En aquesta trobem terres altes i mars. Aquests darrers no són d'aigua, sinó grans planúries de lava. Les terres altes són de color més clar i abruptes amb molts accidents. El terra està format per un material nomenat regolita, pols molt fina procedent de l'impacte de meteorits amb les roques lunars.

Lluna creixent.
Foto de Santiago Llobet (Wikicommons)

Per observar la Lluna amb un telescopi el pitjor moment és quan es troba en fase de plena o 3-4 nits abans o després i és recomanable utilitzar un filtre protector. No causa cap problema fer-ho sense, però acabes enlluernat en pocs segons. L'única avantatge de fer-ho en aquest període és la possibilitat d'observar els sistemes radials dels cràters de Tycho, Copèrnic i Kepler, tres grans astrònoms.

El millor és mirar-la quan es troba en un quart, creixent o minvant, ja reflexa prou llum i ofereix la possibilitat de veure més contrastos del seu relleu. Els raigs de llum solar incideix més obliquament i el relleu es destaca amb més contrast. També ajuda el poder-la mirar quan estigui el més amunt possible en el cel per evitar la turbulència atmosfèrica. Cal dedicar una especial atenció a la zona coneguda com terminador, el límit entre la part il·luminada i la fosca a l'ombra. Aquí destaquen molt millors les ombres dels cràters i muntanyes.

És millor començar-la a observar amb pocs augment i anar pujant per poder aprofundir a les zones que captin el nostre interès. L'observació continuada ens permetrà veure com avancen les ombres o la claror i observar els contrastos. Si ens animem poden portar un quadern i un llapis i entretenir-nos en fer un dibuix, es tracta també d'una branca de l'astronomia que arrossega molts aficionats.



Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 219 del març de 2018

divendres, 2 de febrer de 2018

Sismes al Sol


Ens pensem que només existeixen sismes a la Terra, o sigui terratrèmols. Però estem equivocats, les estrelles també en tenen i la branca de la ciència que els estudia s'anomena Heliosismologia, car bàsicament estudia el Sol, l'única estrella al nostre abast. Potser els podríem nomenar com soltrèmols?. Però també existeixen també a les altres estrelles. Ara es coneix que totes les estrelles vibren, fins les nanes blanques. El seu estudi és l'astrosismologia.

A la Terra es produeixen per raó del xoc entre plaques tectòniques que generen ones sísmiques de vibració i permeten conèixer què passa al subsòl del planeta. En el Sol ocorre el mateix.
Els científics ja havien predit teòricament, el 1972, la generació d'ones sísmiques a l'interior del Sol a partir de les erupcions solars. El 1996 es va capturar unes imatges pel satèl·lit SOHO de la NASA, veure foto, on s'aprecien clarament la formació i propagació d'aquestes ones, tal com l'aigua a un estany. Va ser just després d'una erupció solar i la seva energia es va calcular en 500 cops superior al terratrèmol més important ocorregut mai a la Terra. Correspondria a una magnitud d'11,3.

Es va comprovar que les ones recorrien una distància de 10 diàmetres terrestres en una hora. La seva velocitat accelerava des dels 35.000 km/h inicials fins un màxim de 400.000 km/h quan desapareixia.

Amb aquesta tècnica s'ha pogut determinar millor l'estructura dinàmica de les zones radiatives i convectives del Sol. S'ha pogut saber quina és la velocitat de rotació del Sol a diverses profunditats. A la superfície gira més ràpidament que als pols i es manté igual fins a uns 2/7 parts del radi. Més a l'interior tot gira com si fos un sòlid rígid, amb la mateixa rotació a tots els punts. Per sobre d'aquest límit el moviment, i transport energètic, s'efectua per convecció. És a dir, per una combinació de diferència de densitat i gravetat.

Les mesures a la part del nucli són molt més difícils de fer i menys precises.

Aquestes ones sísmiques s'estudien tan mitjançant telescopis terrestres com per sondes espacials com la SOHO amb heliosismògrafs. Amb aquests aparells podem estudiar les freqüències de les ones que es propaguen pel seu interior i deduir les característiques físiques de l'interior solar. Aquests sons ens permeten conèixer com és el Sol, o altre estrella, per dintre. Sembla que el Sol gira interiorment quatre cops més ràpid que la seva superfície. Altres sondes que també fan aquests estudis són la MOST, la primera llançada pel Canadà el 2003. També la Corot, Wire, i Kepler.

Per poder estudiar el Sol de forma continuada, s'ha creat una xarxa nomenada Global Oscillation Network Grup (Grup de la Xarxa d'Oscil·lació Global,GONG). Formada per sis estacions d'imatges de velocitat extremadament sensibles i estables situades a la Terra per obtenir observacions, gairebé continuades, de les oscil·lacions o pulsacions del "cinc minuts" del Sol. Aquesta és la freqüència a la que el Sol «respira».


Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 218 del febrer de 2018

dilluns, 8 de gener de 2018

La Teoria del TOT

Quan els humans van començar a veure que les lleis de la naturalesa es podien descriure amb fórmules matemàtiques, a les que van anomenar lleis, van intentar cada cop anar més enllà en la formulació d'aquestes. Les primeres que podríem dir eren universal van ser les de Kepler i després Newton. Altres podrien ser, per exemple, les d'Ohm, Maxwell o Mendel.

Poc a poc es van anar descobrint interrelacions entre la matèria i es va trobar la nova força electromagnètica. La força de la gravetat ja es coneixia. Molt més endavant, cap el 1970, es van conèixer les forces relatives a les partícules que formen els àtoms, com són les forces nuclears fortes i febles, però que a nivell quotidià no les podem apreciar per no ser de llarg abast i actuar només a nivells atòmics.

Quan va aparèixer Einstein en el món de la física, a primers del segle XX, tot el coneixement fins el moment va trontollar. En part també el va ajudar Planck, creador de la teoria quàntica. Les coses ja no van ser com fins aleshores. Einstein va intentar tota la seva vida unificar la força gravitatòria amb la quàntica sense aconseguir-ho. El que volia era ajuntar en una única fórmula matemàtica les lleis que afecten la matèria macroscòpica (gravetat) amb la microscòpica (quàntica)

No va ser fins els anys 60 del segle XX en que van començar a sorgir teories que unificaven les noves forces aparegudes, ja conegudes d'uns anys abans. Així el 1969 Weinberg, Glashow i Salam van definir una teoria per ajuntar la força electromagnètica i la nuclear feble dins del model electrofeble. Posteriorment es va definir el Model Estàndard de la física de partícules que descriu les relacions entre interaccions fonamentals conegudes, tres de les quatre forces, i les partícules elementals que composen tota la matèria. És una teoria quàntica de camps desenvolupada entre 1970 i 1973 i que és consistent amb la mecànica quàntica i la relativitat especial, per tan no inclou la gravetat, la quarta força existent.


El que es busca és aquesta Teoria del Tot, en anglès se la coneix com ToE (Theory of Everything), és que permeti unificar la mecànica quàntica amb totes les altres quatre forces fonamentals, inclosa la gravetat. Ara per ara, els esforços es concentren en la Teoria de Cordes, coneguda també com Teoria M. Aquestes cordes tindrien una mida de 10-35 metres que correspon a la distància de Planck.
Segons la freqüència de vibració d'aquestes cordes s'originaria una partícula o una altra, així podríem obtenir un electró o un protó.

Però no acaben aquí els problemes, aquesta teoria necessita per poder funcionar l'existència de 10-11 dimensions, quan nosaltres nosaltres només som capaços de percebre quatre, les tres dimensionals i la del temps. Segons aquesta teoria la resta de dimensions estan plegades i no les notem. Per ara els físics i matemàtics treballen sobre el tema però encara l'han de continuar desenvolupant, fins i tot els hi falta teoria matemàtica per arribar a resoldre-la.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 217 de gener de 2018


dissabte, 2 de desembre de 2017

60 anys de l'Sputnik

El 4 d'octubre de 1957 va fer 60 anys que va començar la carrera espacial amb el llançament del satèl·lit artificial Sputnik per part de l'URSS, l'antiga Unió Soviètica. Així va començar l'exploració, i al temps, l'explotació de l'espai al voltant del nostre planeta.

Perquè aquest any?, bastant fàcil. Aquell any va ser l'Any Geofísic Internacional, promogut pel Consell Internacional d'Unions Científiques, entitat fundada el 1931 com una organització internacional no governamental abocada a la cooperació internacional per l'avanç de la ciència.
I aprofitant el fet, el president Eisenhower dels Estats Units va declarar que, al llarg de l'any, posarien un satèl·lit en òrbita.

Els russos, Koroliov, enginyer en cap de l'oficina de disseny OKB-1, i Tijonràrov, col·laborador seu, ja estaven preparant un llançament. Tenien un coet propulsor, un Semiorka modificat, capaç per pujar un satèl·lit d'1,4 tones de pes i posar-lo en òrbita. Però vista l'amenaça de que el nord-americans guanyessin la partida, van optar per reduir el pes del satèl·lit i deixar-lo en 30 kg. Així va néixer el Proteishi Sputnik, el Satèl·lit Simplificat, o PS-1.

Com podeu veure a la imatge es tracta d'una esfera metàl·lica polida de 58 cm de diàmetre i 83 kg de pes. Eren dos hemisferis fabricats en alumini de 2 mm de gruix units amb 36 cargols i una junta de goma. El seu interior estava pressuritzat amb nitrogen a 1,3 atm. No tenia cap sistema d'estabilització i al seu interior contenia un parell de transmissors i un sistema de control de temperatura i pressió molt senzill. Les seves típiques antenes feien 2,4 i 2,9 m de llargada.

Viatjava a una velocitat de 29.000 km/h i es podia veure amb dificultat, magnitud 6, des de la Terra. Cada 96,2 minuts feia una òrbita. El que sí que es veia era una etapa del coet de 27 m. visible amb magnitud 1. El van llançar des de les estepes del Kazakhstan, on encara es troba el Cosmòdrom de Baikonur.

Els científics russos van obtenir informació de la densitat de les capes altes de l'atmosfera i la propagació de les seves senyals de ràdio va ajudar a comprendre millor la ionosfera.

Els EEUU no van llançar el seu primer satèl·lit orbital fins l'1 de febrer del 1958 amb l'Explorer 1 el que va descobrir els cinturons de radiació de Van Allen. Però els russos els hi havien guanyat la partida. Segur que molts radioafeccionats del moment van seguir la seva pista capturant el seu conegut bip-bip.

Va ser l'nici de les deixalles espacials que actualment ja puja fins a 17.000 objectes residuals dels 40.000 enviats. De tots ells només un 10% estan actius.

Els senyals van continuar durant 21 dies fins que la vida de tres bateries de plata-zinc, que pesaven 51 kg, dues per als transmissors i l’altra per a la ventilació, es van esgotar el 26 d’octubre. Sputnik es va cremar en tornar a entrar a l’atmosfera de la Terra el 4 de gener de 1958 després de fer 1.440 òrbites. El camí cap a les estrelles era obert, va dir en Koroliov.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 216 del desembre de 2017