LHC

Aquets acrònim correspon a les inicials de Large Hadron Collider, o sigui, Gran Col·lisionador d’Hadrons. Aquest últim substantiu és molt especialitzat i segur que poca gent el coneix. Els hadrons són unes partícules subatòmiques, formades per quarks, una altra partícula encara més petita, i que són sensibles a la força nuclear forta, una de les forces fonamentals de la naturalesa.

El que pretén aquest gran aparell, situat entre França i Suïssa, és el de fer xocar aquestes partícules subatòmiques entre elles per trencar-les i estudiar els seus components. Així es van descobrir una gran quantitat d’elles.

Les partícules s’acceleren fins a una velocitat propera a la de la llum i es fan col·lidir dos feixos de partícules que viatgen en sentits oposats. Al xocar es trenquen i es descomposen en els seus components més elementals. Els feixos estan gairebé a -271,3ºC gràcies a l’heli líquid i en condicions d’un buit quasi absolut, com el de l’atmosfera de la lluna. La direcció del feix es guia per imants, més de 1.600 unitats, uns que el fan agafar el sentit corbat de l’aparell i altres l’acceleren.

L’entitat que l’aixopluga és el CERN, Centre Europeu de Recerca Nuclear, fundat el 1954. L’LHC es va inaugurar el 2008 i consisteix en un anell de 27 km de circunferència dedicat a fer xocar partícules amb molt alta energia per intentar reproduir els moments inicials del Big Bang, la gran explosió inicial, amb l’objectiu de conèixer les partícules que el formaven en aquell moment. Així estudia l’univers primitiu, la matèria fosca, l’antimatèria, tot per confirmar la validesa del Model Cosmològic Estandar. El seu darrer gran èxit va ser identificar el bosó de Higgs, l’any 2012, el qual dona massa a totes les partícules.

Cada protó dona més d’11.000 voltes a l’anell cada segon. Els dos feixos de protons a la màxima energia serien equivalents a un tren d’alta velocitat amb un pes de 400 tones movent-se a 150 km/h. 

L’energia equivalent dels feixos de protons és de 7 TeV, per tant l’energia màxima actual és el doble, quan xoquen dos feixos. 1 TeV equival a l’energia que porta un mosquit volant, però l’energia està concentrada en una superfície un bilió de vegades més petita.

La gran quantitat de dades que es generen en els xocs i la necessitat de comunicar-se entre sí de tots els científics els va portar a crear la base de la xarxa Internet, originada al CERN el 1989 pel britànic Tim Berners-Lee.

Les dades originades pels milions d’impactes originen 50.000 discs dur d’1Tb cada any. Els seus imants contenen 10.000 tones de ferro, més que la torre Eiffel.

Actualment, en les condiciones d’energia en les que es treballa estan estudiant el moment en que l’univers tenia una vida de 10 ^-12 segons després del Big Bang, quan l’univers visible era un plasma de quarks i gluons, tenia un radi de 300 milions de km i una temperatura de 10¹⁶ ºC. Esperem continuin els bons resultats.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 228 del desembre de 2018

Mart

Ara que fa poc que Mart va estar en oposició (juliol 2018), que vol dir la mínima distància a la Terra, vam poder observar clarament el puntet vermell que fa destacar aquest planeta en el cel.

Encara i això es trobava més enllà del 57 milions de quilòmetres de distància, però, vaja, estava més a prop que gairebé mai, doncs pot arribar a allunyar-se fins a 400 milions de quilòmetres.

Els grans astrònoms com Brahe, Kepler, Galileu, Herschel o Cassini, ja el van observar i dibuixar. Però no va ser fins el 1877 que Giovanni Schiaparelli no va fer el millor mapa fins a l’època i va batejar nombroses zones del planeta. També va ser ell qui va començar a parlar de canali, que va comportar, per una mala traducció a l’anglès a pensar que eren canals fets per l’home en lloc de naturals. Tema que va defensar, amb deler, l’astrònom americà Percival Lowell, convençut de l’existència de vida marciana intel·ligent.

Observacions posteriors van desmuntar aquesta teoria i les sondes enviades el segle XX van confirmar la total normalitat dels accidents geogràfics trobats. Per ara no s’ha trobat cap rastre de vida, encara, que fa poc, es va confirmar l’existència d’un llac d’aigua salada de 20 km de llargada, soterrat a un 1,5 km sota la superfície. D’altre banda, dos robots de la NASA fa temps que hi circulen per la seva superfície, així com altres sondes estan en òrbita permanent.

La seva superfície és vermellosa per l’existència de derivats d’òxid de ferro. Presenta una clara dicotomia entre l’hemisferi nord, pràcticament pla, i el sud escarpat. Ambdues part es troben separats per una mena de divisòria abrupta de diversos quilòmetres de desnivell que separa els hemisferis. Va ser conseqüència de l’activitat volcànica de fa 3.000 milions d’anys. Cal destacar el Mont Olimp de 22 km d’alt i una base de 600 km de diàmetre.

Altre accident geogràfic notable és el Valles Marineris, un canó de 4.000 km de llarg, fins a 600 d’ample i d’entre 2 i 7 km de fondària.

En quant a similituds amb el nostre planeta, també en tenim. El dia marcià dura 24 h 37 m i degut a la seva inclinació també posseeix estacions, encara que aquestes duren el doble que a la Terra, doncs el seu any és de 687 dies. Per contra la temperatura mitjana és de -55ºC, amb mínimes de -133º i màximes de +20ºC a pocs centímetres del sòl.

L’atmosfera marciana actual és molt tènue, amb un 95 % de CO2, un 2,7% de nitrogen molecular i un 2,3% d’altres gasos, com argó o oxigen. D’aigua només hi ha un 0,03% en forma de vapor. La pressió atmosfèrica 0,07% la terrestre. El 1999 es van descobrir traces de metà, però encara s’està discutint si és d’origen mineral o biològic. Igualment el 2018 s’han descobert altres molècules orgàniques complexes, de les quals tampoc es coneix l’origen.

Al voltant de Mart giren dos petits satèl·lits, Fobos i Deimos. Es creu que són dos asteroides capturats pel planeta, degut al seu albedo i densitat, més similars a asteroides del grup C, del cinturó extern.

La Matèria fosca

Si fem una repartició de la matèria i energia existents a l'Univers, sortiria que un 69% és energia fosca, un 26% matèria fosca i un 5% matèria normal com la que coneixem. Ni l'energia ni la matèria fosca sabem de què es composa. Només hi ha intuïcions i proves indirectes. La matèria fosca és transparent a la radiació electromagnètica, la llum, i només interacciona amb la gravetat.

El primer científic en parlar de matèria fosca va ser en Fritz Zwicky, un astrònom nascut a Bulgària, que va fer la seva tasca a Caltech a Estats Units, a on es va nacionalitzar. Va estudiar les velocitats de les estrelles al cúmul de Coma i va observar que al girar voltant-lo, tenien massa velocitat i que havien de sortir ejectades del cúmul. Però això no passava, per tant, va deduir que existia una massa no visible que exercia una força d'atracció gravitatòria, 400 cops superior a l'observada, que mantenia les estrelles voltant, sense escapar-se.

Però aquí va quedar la proposta. Fins el 1970 no va tornar a sortir el tema. Va ser l'astrònoma Vera Rubin qui va estudiar la corba de rotació galàctica i va observar que la galàxia d'Andròmeda havia de tenir 10 cops més massa que l'observada per poder fer aquell gir. Des del 2006, la mostra indirecta més fefaent la presenta el cúmul Bala. Per un efecte de lent gravitatòria a una zona on no es detecta res, però on s'acumula la matèria fosca que envoltava les galàxies del cúmul al xocar, es produeix l'efecte lent i desvia la trajectòria de la llum provinent d'un objecte al darrera per efecte de la gravetat.

Actualment és la forma més concreta, encara que indirecta, de detectar matèria fosca.

Altre estudi que també valida l'existència de matèria fosca va ser el de la detecció del fons de micro-ones. Si no hagués hagut matèria fosca l'estructura de l'univers no seria com la que tenim ara. La matèria que coneixem, no hagués pogut arribar a ajuntar la matèria per començar a formar estrelles. Aquests estudis també validen l'existència d'energia fosca.

Els candidats actuals a formar aquesta matèria fosca són:

-Matèria fosca calenta, el seu representant seria el neutrí, però està acceptat que seria una part molt petita de la matèria fosca i no seria suficient per formar les estructures de l'univers, estrelles.

-Matèria fosca freda, els seus noms serien SIMP i WIMP (partícules massives que interaccionen fortament o feblement amb la matèria normal). No estan descrites en el model estàndard actual, encara que en la teoria de supersimetria, sí que apareixen. No existeix cap prova de la seva existència ni cap model teòric que les reconegui.

-Matèria fosca bariònica que seria matèria normal però que no emet gairebé radiació. Podrien ser les nanes marrons i els objectes anomenats MACHO, que serien acumulacions interestel·lars d'elements pesants situades a l'halo de les galàxies, l'esfera que les envolta, molt més gran que elles.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 226 de l'octubre de 2018

La Via Làctia (2)

El setembre de 2015 ja es va publicar un article parlant d'aquest tema. Ara cal enfocar-lo des d'un altre punt de vista, ja sigui actualitzant les dades proposades o revisant altres opinions.

Les opinions actuals dels científics són que les mides de la nostra galàxia són 130.000 anys-llum de diàmetre, abans 100.000 a.l., i uns 2.000 de gruix, abans 1.000. Les estrelles es troben distribuïdes tot al llarg del disc, donant la típica forma aixafada, ja coneguda, a l'estructura galàctica, com un barret sobre el que s'ha assentat algú.

Aquest disc està compost d'estrelles, gas hidrogen i pols interestel·lar. De fet, aquesta pròpia pols és la que ens impedeix de veure la concentració més brillant d'estrelles cap el centre. Aquesta pols absorbeix el llum que generen i no permet veure-les. Només es poden visualitzar i ho observem en la freqüència corresponent a l'infrarroig, on la pols no absorbeix.

Al centre també es troba el forat negre central conegut com SagitariA* amb una massa de quatre milions de masses solars. Tot el voltant de la nostra galàxia tenim una halo, com una mena d'esfera, que ens rodeja constituït per matèria fosca. Mesura uns 650.000 a.l. de diàmetre. Contindria de l'ordre d'un bilió de masses solars.

Aquesta matèria fosca es va condensar primer i va atreure a la matèria ordinària per constituir la via Làctia. Això va passar a totes les galàxies. La distribució de la matèria, la normal i la fosca és el més curiós. La normal pot col·lapsar en el típic disc degut a la seva interacció amb la radiació electromagnètica, tot mantenint el seu moment de rotació, que l'obliga a girar. A l'irradiar fotons, perd energia i es refreda, originant la condensació en forma de disc, donant origen a una zona de major concentració.

Per contra, la matèria fosca, com que no interactua amb la llum i no condensa, roman en la forma esfèrica difusa abans descrita, embolcallant tota la Via Làctia. La hipòtesi actual proposa que inicialment es van formar aquest halos de matèria fosca que van anar creixent fins que van arribar a una densitat crítica en la que van deixar de créixer i van començar a capturar matèria normal per poder arribar a formar estrelles i, posteriorment, galàxies.

La matèria fosca només és observable de forma indirecta, per les conseqüències de la seva interacció. Una forma seria la velocitat de gir de les estrelles dins de la pròpia galàxia, pel fet de que giren tan ràpidament les interiors com les exteriors. Aquest fet dona peu a pensar en l'existència de matèria fosca no visible.

El més clar exemple d'aquesta existència ha estat l'estudi del cúmul de la Bala, Bullet Cluster. En ella s'observa com dues galàxies van xocar fa 150 milions d'anys. Els estudis indiquen que la matèria normal, en vermell, interacciona d'una forma determinada, tal com es veu en visible i raig X. La matèria fosca, en blau, no interacciona segons l'estudi fet per lents gravitacionals.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 225 del setembre de 2018

Radioastronomia

Nosaltres veiem la llum que ens arriba de les estrelles perquè els nostres ulls estan adaptats a la llum que emet el Sol, i, per tant només som capaços de detectar la part que correspon a la part visible de l'espectre. Però aquest és molt ampli i per poder veure en aquestes altres parts de l'espectre necessitem uns altres «ulls», o sigui, uns altres detectors que siguin sensibles tan a les ones curtes (microones) com llargues (ràdio).

Aquí és on neixen els radiotelescopis, que ens permeten veure coses que ocorren a l'espai i que amb els nostres ulls no veiem, com serien els naixements i creixement d'estrelles, el gir de les galàxies, l'eco del Big Bang i la formació de les primeres galàxies i estrelles o la petjada química que deixen els compostos orgànics, precursors de l'ADN, que suren per l'espai, sense deixar de banda l'observació de púlsars i quàsars.

La radioastronomia va néixer cap els anys 1920 quan l'empresa Bell Laboratories investigava sobre transmissions de ràdio transatlàntiques. Necessitava saber què hi havia que pogués interferir-les i va encarregar a un dels seus físics, en Karl G. Jansky, americà d'origen txec (1905-1950) que es posés mans a l'obra. Aquest va construir una mena d'antena en forma de cavallets giratoris que abastava tota la volta celeste i li permetia poder anar apuntant cap el cel per trobar interferències. Feia uns 30 metres d'ample i 4 d'alçada, girant sobre quatre neumàtics d'un vell cotxe Ford-T. Es va situar a la localitat de Holmdel a Nova Jersey, lluny del possible soroll de les ciutats.

Fent això va trobar cap el 1933 que el centre de la Via Làctia, a Sagitari, emetia un lleuger xiu-xiu en ones de ràdio, exactament a 14,5 metres, i que es movia seguint la rotació de la Terra. També interferien les tempestes amb llamps i trons i el mateix Sol. En el seu honor s'anomena Jansky la unitat de la lluentor aparent d'una estrella.

En Grote Reber el 1937, al pati de casa seva a Chicago, va confirmar les descobertes de Jansky i li va servir per publicar el 1944 el primer mapa de ràdio de la Via Làctia.

El primer radiotelescopi europeu va ser el de Jodrell Bank a Manchester, inaugurat el 1957 amb una antena de 76,2 m. A Rússia tenen el Ratan-600 posat en marxa el 1974 amb 576 m de diàmetre. Fins aquell moment el major era el d'Arecibo, a Puerto Rico, de 305 m i construït el 1963. A finals del 2017 la Xina també en tindrà un de 500 m de diàmetre.

A Socorro, Nou Mèxic (EEUU) es troba el Very Large Array amb 27 radiotelescopis units per a fer interferometria i a Atacama (Xile) es troba el Atacam Large Millimeter/Submillimeter Array, més conegut per ALMA, a la planura de Chajnantor a 5.000 metres d'altitud, format per 66 radiotelescopis de 12 i 7 metres de diàmetre i que tindrà una capacitat de resolució 20 cops superiors al de Socorro.

Ara són aquests interferòmetres els «ulls» més sensibles que tenim per mirar el cel.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 224 de l'agost de 2018

Un Univers del no res

Acabo de llibre escrit per en Lawrence M. Krauss que porta aquest títol i haig de dir que m'ha agradat. De fet les idees que proposa, més elaborades i consistents que les meves, per descomptat, són molt afins.

La seva idea bàsica és que l'univers va néixer d'una fluctuació quàntica fa 13.720 milions d'anys. És a dir, el moment de l'explosió del Big Bang, l'espai va començar a créixer, inflant-se, i, tal com succeeix en els canvis d'estat, va anar alliberant l'energia que tenia acumulada, l'energia del buit, de forma que encara s'està expandint. La força gravitacional de la massa creada, per la transformació d'energia en massa, no ha estat capaç d'aturar-lo. Recordem que el buit és inestable i que l'energia que conté pot crear partícules de matèria-antimatèria.

També es planteja si el nostre univers és l'únic plausible i conclou que no. Poden existir milions d'altres amb moltes característiques diferents, els multiversos. Amb el mateix nombre de dimensions que el nostre o no. Amb les mateixes lleis físiques o diferents. Uns podran prosperar i d'altres avortaran sense arribar a enlloc. Alguns podran hostatjar vida, altres mai.

Planteja que estem a un moment fantàstic de la cosmologia. A un moment en que la ciència, la tècnica i, sobre tot, el temps de vida de l'univers ens permet mirar enrere i entendre el que va passar.

Els cosmòlegs de fa un segle no tenien prou tècnica i els d'un futur llunyà (un bilió d'anys), ja no hi veuran res més que la nostra pròpia galàxia. Totes les altres s'hauran allunyat tant que serà impossible estudiar-les. Tampoc podrem obtenir cap informació del Big Bang, ja no ens arribarà cap informació en forma de llum o altre ona electromagnètica. Només ho sabran per la informació que els hi podrem deixar nosaltres.

Tot això ens ha permès entendre perquè hi quelcom en lloc del no res. Es planteja d'on provenen les lleis de la física, si d'un ésser diví que no està sotmès a aquestes regles o si, pel contrari, sorgeixen d'un mecanisme menys sobrenatural. Ni Aristòtil ni Sant Tomàs d'Aquino sabien res de l'existència de la nostra galàxia, ni del Big Bang ni de mecànica quàntica. Ells ho interpretaven a la llum dels coneixements que tenien. Ara podem fer un pas endavant i la ciència ho està buscant i investigant.

El mètode empíric necessita que tot sigui demostrat. Així treballa la ciència. La quàntica permet l'aparició de massa a partir de l'energia, sempre dintre d'unes limitacions de probabilitats, però aquestes han permès l'existència del nostre univers.

Sense l'aportació de la ciència tot seria un miracle. Amb ella queda la possibilitat de que res ho sigui. La creença religiosa de cadascú es torna menys necessària i menys rellevant cada dia. La ciència no avança per efecte d'una revelació sinó per un coneixement profund dels fets. La teologia i la filosofia, encara que ho debatin, no ho poden respondre.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 223 del juliol 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

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 15^a 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

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

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

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

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