Temperatures baixes

Si ens preguntéssim a quin lloc de l’Univers trobaríem la temperatura més baixa, abans de donar una resposta ens hauríem de tornar a preguntar si ens referim a temperatures naturals o artificials, és a dir, aconseguides per científics en un laboratori.

En aquest darrer cas la resposta és molt clara. Segons la revista de física Phys. Rev. Lett. 127, 100401 – Published 30 August 2021, la temperatura més baixa aconseguida ha estat a la Drop Tower de la Universitat de Bremen. Es va arribar a una temperatura de 38 bilionèsimes de grau Kelvin (38*10-12 K).

La temperatura en graus Kelvin s’utilitza com una ampliació de les diverses escales de temperatures, Celsius o Centígrads (ºC), Farenheit (ºF) - aquesta última en països saxons. L’equivalència d’escales es representa als punts de congelació i ebullició de l’aigua. 0ºC equivalen a 273ºK i 100ºC són 373ºK. Per contra 0ºK són -273,15ºC.

Aquesta escala és tècnicament per ús científic, doncs és absoluta, no existeixen els números negatius, o sigui, sota zero. Així en el punt 0ºK, el zero absolut, els àtoms no es mouen, estan com congelats, no tenen ni la més mínima energia per a moure’s. Recordem que el sentit de temperatura ens ve donat per la velocitat a que es mouen els àtoms. Normalment notem els de l’aire, quan més ràpidament es mouen més sensació de temperatura tenim quan ens impacten.

Ara anem al Sistema Solar, quin deu ser el lloc més fred? El més lògic seria pensar que quan més allunyat del Sol, més fred i, bàsicament, és cert. Però la temperatura més baixa no la trobarem a Neptú, sinó a la Lluna. Just al cràter Hermite, de 110 km de diàmetre, a prop del seu pol nord. La sonda Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA va mesurar una temperatura de 26K, o uns -247ºC. Aquest punt interior del cràter no rep cap mena de llum del Sol ni directa ni indirecta, ni per reflexió a cap paret del mateix cràter, i com que no hi ha atmosfera tampoc pot rebre escalfor per cap altre sistema.

Foto: LRO -NASA

Aquest gel semblaria ser una possible font d’aigua per a futures naus espacials que evitaria haver-la que transportar des de la Terra, però potser no seria tan fàcil. A 80º sota zero el gel es torna dur com l’acer i a la temperatura de l’Hermite podria ser que fos tan dur com un diamant, per tant, difícil de trencar i transformar en aigua.

La segona temperatura més freda mai trobada va ser mesurada per la sonda New Horizons al planeta nan Plutó, 244º sota zero i al seu satèl·lit Caront 233ª sota zero. A l’atmosfera de Tità, satèl·lit de Saturn, 203º sota zero i a Europa, satèl·lit de Júpiter, 184º sota zero. A Mart s’han arribat a mesurar 143º negatius i a la Terra, fins a 89º negatius.

A fora, a l’espai, la mínima temperatura trobada ha estat a la nebulosa del Boomerang, detectat pel radiotelescopi ALMA (Xile) el 1995. Es troba a -272ºC, un grau més calent que el fons còsmic de microones que abasta tot l’univers.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 300 del desembre de 2024

Neutrí, una partícula fantasma

L’any 2012 es va descobrir el bosó de Higgs, una partícula que es va anunciar com la partícula de Déu. Ara descriurem la història d’una altra partícula, el neutrí, encara que no es coneix gaire per la dificultat que representa detectar-la i estudiar-la. Els especialistes la descriuen com la partícula fantasma.

El nostre cos és travessat cada segon per milions d’aquestes partícules, però no sentim res. Ens travessen i prou, no interactuen. De fet, travessen el planeta, de banda a banda, sense interactuar. Caldria que un neutrí viatgés 2 anys per l’interior d’una peça de plom per ser aturada. 

El neutrí és una partícula subatòmica, sense càrrega elèctrica i molt poca massa. Tècnicament es defineix com un leptó, amb un spin d’1/2. Això vol dir que no l’afecta la força nuclear forta però sí la feble. Unes de les forces bàsiques de la natura, com la gravetat o electromagnetisme.

La història del seu descobriment va anar, més o menys, d’aquesta manera. Cap el 1896, Becquerel i Rutherford van descobrir la radioactivitat i la desintegració coneguda com beta (β). Però no arribaven a entendre el què passava en el trencament d’un nucli radioactiu en dues parts. Era com si els faltés energia en la reacció, com si l’haguessin perduda durant la reacció. No va ser fins el 1930 que en Wolfgang Pauli, físic austríac, (1900-58), hi va trobar una explicació. L’energia que els faltava corresponia a un neutrí, una nova partícula desconeguda, que s’emportava una part de l’energia de la reacció, però que no eren capaços de  detectar. 

Enrico Fermi va confirmar el 1933 que la proposta de Pauli s’adaptava a la teoria de la desintegració, però no va ser fins el 1956 que d’una forma experimental es va confirmar l’existència del neutrí. Els experiments van detectar fins a tres neutrins per hora. El 1962, altres experiments van descobrir que hi havia diferents tipus de neutrins i el 1967 es van començar a estudiar els neutrins que ens arribaven des del Sol. Aquí va sorgir un nou problema, doncs només es detectaven entre un terç i la mitat dels que predeia la teoria. Es va conèixer com el problema dels neutrins solars. Faltaven neutrins. El 2002 es confirma que només es detectava la tercera part. Ray Davis i Masatoshi Koshiba van guanyar part del Premi Nobel de Física per aquest motiu.

Segons el Model Estàndard de Física de Partícules, les partícules subatòmiques estan classificades en tres famílies, segons la seva massa, així els neutrins podien saltar de família, a una altra amb més massa, però allà no els buscaven els físics, i, lògicament, els trobaven a faltar. De fet tampoc es coneix amb certesa quina massa tenen, perquè no viatgen a la velocitat de la llum. Tanmateix ens falten detectors capaços d’analitzar aquests neutrins d’alta massa.

En l’actualitat hi ha construïts dos grans detectors de neutrins, el Superkamiokande al Japó i el DUNE a Estats Units. Estan ubicats en mines abandonades a més d’un quilòmetre sota el terra. A Candanchú (Osca) també existeix un lloc per estudiar-los, a dins del túnel de Canfranc.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 299 del novembre de 2024

Quant pesaries a Mart?

Abans de donar-te la resposta, hem d'entendre la raó per la qual pesaríem diferent que aquí a la terra.

En física hi ha dos conceptes que molt fàcilment ens porten a engany: pes i massa. Pels científics són dos termes completament diferents. La massa d’un cos és una mesura de la quantitat de matèria que conté. A més, la massa té una qualitat, la inèrcia. Un objecte amb massa, una pedra, necessita una empenta per a moure’s. Si està quieta, continuarà quieta i si està en moviment voldrà seguir en moviment, caldrà fer una mica de força per aturar-la.

El pes és diferent, cada objecte de l’Univers amb massa, atreu a tots els altres objectes amb massa. La quantitat d’atracció depèn de la mida de les masses i de la distància entre elles. Per a objectes de mida normal és molt petita, però l’atracció entre un objecte molt gran com la Terra i altre objecte, com tu, es pot mesurar molt fàcilment. Només cal pujar-se a una bàscula, aquesta escala, mostra la força d’atracció entre la Terra i tu, el teu pes.

De fet, hi ha una fórmula que els lliga : Pes= massa x gravetat

Al damunt del planeta Terra, el pes és la mesura en que la força de gravetat atreu els cossos contra el terra, i es calcula multiplicant la massa pel factor gravitacional.

La massa serà sempre constant en tots els planetes, el que variarà serà el pes en funció de la gravetat que afecti a cada planeta o cos celestial que visitem. La massa s’expressa en quilos i el pes en Newtons, en honor del descobridor de la fórmula de la gravetat.

Així una persona que pesi 70 kg (massa) tindrà un pes de 70 x 9,8 m/s² = 686 Newtons (Nw) al damunt del nostre planeta.

Si anem de viatge a Mercuri, gravetat 3,7 m/s², tindria una massa de 26,4 kg i un pes de 259 Nw.

A Venus, com que té una gravetat similar a la nostra, la massa seria de 63,4 kg.

Foto: NASA/JPL-Caltech/Cornell Univ./
Arizona State Univ.

A Júpiter, un planeta gasós, i el major del nostre sistema solar, la massa seria de 177,3 kg, ja que la gravetat és més del doble que la nostra, 24,8 m/s². Als altres tres planetes gasosos, no superaríem aquesta massa, estaríem entre els 60 i els 80 kg de massa.

Si poguéssim viatjar a la superfície del Sol, la nostra massa seria de 1.895 kg. Per contra, damunt de la Lluna, només seria d’11,6 kg, perquè la seva gravetat és gairebé la sisena part de la terrestre. A les llunes de Júpiter la massa seria al voltant dels 10 kg.

Prepara’t per pujar de pes, fins a xifres astronòmiques. Anem a visitar un parell d’estrelles, una nana blanca i una de neutrons. A la primera la nostra massa seria de 91 milions de kg i a la segona de 9,8 bilions de kg.

Un estrella nana blanca de la massa del Sol tindria un mida com la de la Terra, però amb una densitat un milió de cops major. En el cas de l’estrella de neutrons la mida baixaria fins a ser una bola de 10 km de radi i la seva densitat un bilió de cops, un milió de milions. Una caixeta de mistos pesaria 3.000 milions de tones.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 298 de l'octubre de 2024

Un veïnat tranquil

M’estic referint a la posició del Sol dins de la nostra galàxia. Estem a una zona en que no hi ha massa densitat d’estrelles, la més propera la tenim a 4 anys-llum (al.) i si ho ampliem fins els 10 al. en trobarem nou estrelles més.

A la nostra regió la densitat d’estrelles és de 0,004 per cada a.l. cúbic. Segons aquest valor en un radi de 30 a.l. al voltant del Sol, trobaríem unes 460 estrelles. 

El fet d’estar prou separats de la resta d’estrelles ens ha donat una opció més gran de poder generar vida al  nostre planeta. Tenir poca densitat d’estrelles al nostre veïnat ha estat determinant. Si haguéssim estat vivint prop dels nucli galàctic, uns 25.000 a.l. més cap al centre, hauríem estat en una zona de major densitat d’estrelles i això és un risc. Al centre galàctic la densitat puja cinc-cent cops i podríem tenir una estrella a tan sols mig a.l..

Un risc en dos sentits, al trobar-se dues estrelles molt a prop, la possibilitat que per influència de la gravetat s’interfereixin en la formació dels seus discs planetaris és molt alta. La influència del Sol arriba fins a 1,5 a.l. de distància. Si haguéssim tingut una estrella similar a la nostra abans de 3 a.l. ens hauria afectat. El segon sentit seria el major risc que tindríem de ser afectats per un esdeveniment cataclísmic, com podria ser la mort i explosió d’una estrella massiva, com una supernova. Les seves ones expansives, formades per partícules amb alta radiació i raigs gamma i X, ens escombraria el planeta i desapareixeria tot rastre de vida superficial.

A la Via Làctia sembla que es produeix una explosió d’aquestes cada trenta anys de mitjana. Un esclat com aquest a menys de 30 a.l. de distància hagués sigut anorreador.

A la història de la Terra, en els seus 4.500 milions d’existència, estem segurs que s’han rebut aquesta mena d’impactes. Un dels registres que s’estudia és la detecció del Fe-60, un isòtop radioactiu del ferro que té una vida molt llarga i és fàcilment detectable. Això s’ha fet en dipòsits submarins de l’oceà Pacífic, confirmant que hi va haver una explosió d’una supernova propera fa uns 2-3 milions d’anys i altra fa uns 8 milions.

També sembla que una de les cinc grans extincions del planeta, la devoniana, fa uns 360 milions d’anys, va ser originada per l’explosió d’una supernova a uns 60 a.l. de distància. La seva capacitat destructora va esborrar la capa d’ozó amb la conseqüent exposició als raigs còsmics i ultraviolats.

Altre tipus de cataclismes són les explosions d’hipernoves ocasionades per la mort d’estrelles de massa entre 100-200 cops superior a la del Sol. Una explosió d’aquesta potència esterilitzaria una esfera de 6.000 a.l. al voltant del punt inicial. Afortunadament, les previsions dels científics només proposen una explosió així un cop cada milió d’anys a tota la galàxia sencera. Un fet com aquest és el principal candidat de ser el causant de l’extinció de l’ordovicià, fa 440 milions d’anys.

En resum, tenim molta sort de viure a un veïnat tranquil.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 297 del setembre de 2024

Qui dominarà l’espai?

L’espècie Homo Sapiens va aparèixer fa uns 300.000 anys. Però no va ser fins la dècada dels 50 del segle passat que es va fer el primer llançament d’un objecte a l’espai el 1957, l’Sputnik. Aquí va començar la cursa per dominar l‘espai. Totes les primeres fites les va guanyar l’extinta Unió Soviètica per davant dels Estats Units. Aquests només van ser davanters en arribar a la Lluna. 

Posteriorment, després d’un cert relaxament per voler anar a l‘espai, van sorgir nous països que apostaven per aquesta cursa. Podem citar, Xina, Índia, Japó i EAU, a més d’Europa amb la ESA.

A més, ara, han aparegut les empreses privades, que també lluiten per a situar-se per davant de les altres.

Estic segur que tots els països, i empreses citades diuen que és per un bé comú, per tota la humanitat, això d’anar a l’espai. Però no ho tinc tan segur. En la meva opinió el que volen és situar-se en un lloc avantatjat en aquesta cursa per garantir-se un drets. Com ha ocorregut sempre al planeta, i sinó, compareu amb la cursa per situar-se a l’Antàrtida.

Les Nacions Unides, el 1967, ja van redactar un Tractat de l'Espai Exterior, (Outer Space Treaty-OST) segons el qual s’han de regir les activitats dels Estats en l’exploració i utilització de l’espai ultraterrestre, inclosa la Lluna i altres cossos celestes. Al seu primer article diu «... en profit i interès de tots els països, ...i impliquin tota la humanitat».

Queda clar que no es pot demanar la propietat, però no diu res sobre l’opció de posar-hi un assentament a un d’aquest cossos per desenvolupar tasques de mineria o industrials. Ara, ja ens podem imaginar el següent pas, la defensa de les instal·lacions construïdes. Voleu dir que no anirem cap a una militarització, més o menys encoberta?

Però l’espai proper, la nostra atmosfera, està protegida?

Cada dia està més ocupada per andròmines llançades des del planeta. Les empreses privades, per ara, només nord-americanes i angleses (Space-X, Boeing, Blue Origin o Virgin), i potser, no gaire lluny xineses, no paren d’emplenar l’espai amb artefactes. La seva raó és que ho fan pel bé de la humanitat. Diuen que per facilitar les comunicacions entre tots els pobles. Ja veurem com acaba. Quan s’acabarà descobrint que hi ha més interessos militars que civils, que aquests emmascaren els altres. A la propera guerra?. Ja es va demostrar que tant a la guerra de l’Iraq com la d’Ucraïna els satèl·lits comercials van aportar un 80% de la intel·ligència militar.

L’altre problema que origina tanta ferralla a l’espai és la possibilitat de xocs entre ella. Actualment ja existeixen diversos centres de control per a fer seguiment de la brossa espacial. Podria ser que les òrbites baixes de la Terra estiguessin tan saturades de ferralla que fos molt difícil accedir a l’espai en el futur? Nosaltres, els terrícoles, tenim la paraula, podríem passar d’un escenari de ciència ficció a un de real.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 296 de l'agost de 2024

On comença l’espai?

 L’espai no és quelcom llunyà. El tenim a una hora de distància en cotxe, si el cotxe pogués pujar recte amunt. Aquesta frase dita per l’astrònom anglès Sir Fred Hoyle el 1979 al diari The Observer, defineix clarament quan a prop es troba l’espai, però, al temps, la dificultat que representa arribar-hi.

Tothom té molts clars els límits terrestres del seu municipi, i encara més clares les fronteres amb el país veí. Igual passa si parlem del mar, tots els països tenen clar fins a on arriben les seves aigües jurisdiccionals. Segur que existeixen diferències d’opinions entre ells i per aquest motiu es produeixen litigis i, fins i tot, guerres. 

De fet, existeix un Dret Internacional que ho avala, així, per exemple, les aigües internacionals no tenen un país que sigui, diguem-ne el propietari, són de tots els països. Amb l’espai aeri també els estats defineixen un espai aeri propi, però la pregunta seria: fins a on arriba aquest espai aeri?.

Aquí trobem el problema, com definir l’atmosfera. La forma més general la defineix com el conjunt de gasos que envolten un planeta i que s’hi mantenen lligats al mateix per la força de la gravetat. Ara bé, quan més ens allunyem de la superfície, els gasos que la formen, nitrogen i oxigen majoritàriament, es van diluint. 

Tècnicament hi ha tot un seguit de capes, troposfera (fins el 10-15 km), estratosfera (fins el 50 km), mesosfera (fins el 80 km). Més amunt encara trobem termosfera, exosfera i magnetosfera, però no es poden definir clarament. L’activitat del Sol també col·labora a embolicar la troca, ja que quan l’astre s’activa l’atmosfera s’escalfa, puja en alçada i quan es refreda es contrau, tot complicant la definició clara de les zones de canvi.

L’altre criteri que també s’utilitza és la definició de la Federació Aeronàutica Internacional (FAI) que fa servir la línia de Kármán i la situa a 100 km d’altitud sobre la superfície terrestre. Al voltant d’aquesta altura l’atmosfera es torna tan fina que és despreciable segons el concepte aeronàutic, a més es produeix un augment significatiu de la temperatura atmosfèrica i de la interacció amb la radiació solar.

Theodore von Kármán (1881-1963) fou un enginyer hongarès, el més gran especialista en aerodinàmica del segle XX. Va descobrir, cap els anys 1950, que qualsevol vehicle que intentès volar per sobre d’aquesta alçada de 100 km, per aconseguir la sustentació aerodinàmica necessària per poder mantenir el vol, hauria de volar més de pressa que la velocitat que li caldria per entrar en òrbita, a causa de l’escassa densitat de l’atmosfera a aquest nivell. En altres paraules l’aire és tan poc dens que si l’avió no vola molt de pressa, cau.

Aquest nivell de 100 km s’utilitza en l’actualitat per diferenciar el que és aeronàutica i astronàutica, o, en llenguatge menys formal, un pilot o un astronauta o cosmonauta.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 295 de juliol de 2024

Com és que mesurem el temps en minuts i segons?

Sembla que el motiu és molt humà. Per comptar necessitem alguna cosa que faci d’unitat i sembla ser que els sumeris ( 5.000 anys aC), ja es van fixar que utilitzant les falanges dels dits de la mà dreta, 3 a cada dit, podien arribar fins a 12 unitats. El polze l’utilitzaven per a fer el compte, però no sumava. Llavors amb els cinc dits de la mà esquerra acumulaven el compte. Així podien acumular fins a 60 unitats.  3 falanges a cada dit de la mà dreta x 4 dits mà dreta x 5 dits mà esquerra = 60

Així tenien un número que era molt pràctic, perquè es podia dividir per 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15, 20, 30 i 60, obtenint sempre un número sencer com a resultat.

D’altre banda, per mesurar el temps, només tenien el dia, la nit, la lluna i el Sol. La repetició de la posició de la Lluna els marcava els mesos i la posició del Sol els anys, amb força aproximació.

Cada 29-30 dies tenien un mes lunar i cada 360, uns 12 mesos lunars, un any, més o menys. Així que van decidir utilitzar la xifra 360 per als seus càlculs. Aquest valor també tenia molt divisors sencers.

La base era astronòmica, la rotació de la Terra era un dia, la rotació de la lluna a l’entorn de la Terra era un mes i la rotació de la Terra al Sol era un any. Tot estava lligat amb el número 360.

De la mateixa manera, el cercle també el van dividir en 360 parts. Cadascuna d’elles es va denominar grau. Així el sistema sexagesimal, basat en el número 60, va entrar a la trigonometria.

Per dividir el dia en parts van utilitzar el 12, així van definir 12 hores de dia i 12 hores de nit. Evidentment no eren equivalents, una hora de dia a l’hivern era molt més curta que una hora de dia a l’estiu. Només es complia els dies dels equinoccis, quan hi havia 12 hores de dia i 12 de nit. Aquest dia la línia del pla de rotació de la Terra i la del Sol, es tallen. Ja n’eren conscients, el què no sabien era com corregir-ho.

A les nits, utilitzaven clepsidres o rellotges d’aigua. Uns dipòsits amb marques als costats que, al passar l’aigua, per un foradet, d’un a l’altre, permetia establir el temps transcorregut i comptar les hores. També existien els rellotges de foc, que funcionaven cremant unes barres d’encens, com espelmes o altres blens, tots ben marcats amb graduacions que permetessin llegir el temps transcorregut.

Els primers rellotges mecànics van aparèixer al segle XIV a les torres de les catedrals. Aquests primers eren molt grossos. No tenien esfera ni busques, les hores eren indicades pel so de les campanes. Treballaven per la força de la gravetat sobre unes peses i tenien un error d’entre 15 i 30 minuts al dia. Quan es van idear les espirals, al segle XV, es va reduir la seva mida. Fins que Christian Huygens, científic holandès, no va aplicar, el 1656, el pèndol per millorar la precisió fins als 15 segons al dia, no es van atrevir a posar esfera i busques als rellotges. 

Al segle XIX ja tenien una precisió d’una centèsima de segon.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 294 del juny de 2024

La Ciència és cultura ?

Evidentment, la resposta és que sí.

Sense ciència la nostra civilització no hauria evolucionat. Una mostra clara es pot observar estudiant les diverses societats existents ara fa uns cinc segles. En aquells moments no s’apreciava gran diferència entre les civilitzacions existents a l’Àfrica, Àsia, Europa o Amèrica. Tots es movien més o menys dins d’uns mateixos paràmetres, tenien escriptura, nocions d’astronomia, i d’altres, ara, majoritàriament sota el control de la religió i els reis, però no tenien ni aigua corrent, ni clavegueram i la medecina estava basada en les herbes.

Ara bé, a Europa es va inventar la màquina de vapor (J. Watt 1769), va ser el primer pas de la revolució industrial. A partir d’aquest punt, Europa va començar a agafar velocitat i es va desenvolupar culturalment més que la resta de civilitzacions. Els europeus van començar a utilitzar màquines.

Amb això vull dir que la ciència va empènyer la cultura a avançar més ràpidament. A partir d’aquell  moment Europa va ser la impulsora de la cultura a nivell mundial. Havia nascut el coneixement científic.

Malauradament, avui en dia a la major part de la gent li costa associar ciència amb cultura. Quan preguntes quines activitats formen part de la cultura, surten temes com cinema, teatre, música, literatura, exposicions, festes majors, però en cap lloc anomenen la ciència.

Això mateix passa en els diaris i revistes, solen tenir dos apartats, el de cultura i el de ciència. El de la cultura reuneix tot el que hem esmentat abans i la part de ciència és la tecnològica. No som capaços d’entendre-ho com un tot. Sembla com en els estudis, o humanitats (lletres, es deia abans) o ciències. Avui en dia, el 59% dels universitaris són de lletres i el 41% de ciències, proporció similar a la resta d’Europa.

El químic i novel·lista britànic C. P. Snow, que a Les dues cultures (1959) va criticar la divisió entre la ciència i les humanitats, i va declarar que desconèixer la segona llei de la termodinàmica és una mostra d’ignorància tan gran com no saber res de Hamlet.

És clar que hem de gaudir d’una simfonia de Mozart, però també hem de saber com les vibracions que genera un violí, viatgen per l’aire, colpejant-ne les molècules, fins arribar al nostra timpà i que d’aquí, mitjançant un seguit d’ossets, arriben a ser transmeses per les terminals nervioses fins el cervell. Així es fa el progrés.

Com home amant de la ciència, em  sembla que hem de divulgar la ciència, hem d’aplicar sempre el mètode científic, i ho hem de fer d’una manera que sigui comprensible per la resta de la gent. Hem de fer arribar el missatge, no podem fracassar, o no podrem compartir la ciència amb el món .

Hem d’aconseguir que la societat identifiqui la ciència com un dels seus valors culturals. Cal que la societat incrementi el seu nivell cultural per tenir més coneixement i poder ser més autònom en la presa de decisions, per poder discutir amb una altra persona amb base. Cal reforçar la confiança en la ciència com fonament del desenvolupament cultural d’una societat.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 293 de maig de 2024

Notícies falses d’astronomia

Ara que les comunicacions amb els mòbils ens permeten que siguin molts ràpides i freqüents, algun cop ens arriben notícies falses. Poden ser sobre qualsevol tema, però aquí ens centrarem en les que tracten temes d’astronomia.

Són notícies recurrents, que es repeteixen cada cert nombre d’anys. Vegem-les.

Una que es va fer viral va ser un d’un eclipsi total de Sol a l’Àrtic. Es veia la lluna plena sortir de l’horitzó, al cap de poc ja ocultava el Sol, produint un eclipsi total, (fet que només ocorre amb lluna nova!), i tot després es tornava a amagar. Tanmateix, ha canviat de fase, de plena a nova, en qüestió de segons, quan a la natura li costa 14 dies. A més les proporcions entre un astre i l’altre no són les adequades, els dos tenen, des del nostre punt de vista terrestre, pràcticament la mateixa mida, 0,5º d’arc i tampoc ho sembla. Total, molt maco, molta feina de muntatge, però ben fals.

Altra que també recordo era un que deia que a tal data i hora es veuria al cel Mart de la mateixa mida que la Lluna. Només de pensar-ho ja m’esgarrifo, si això ho veieu un dia, prepareu-vos, algú astre s’ha sortit de mare, la Terra o Mart, i anem de cap a la destrucció del planeta. En les condicions estables del sistema solar, Mart es troba entre 55 i 450 milions de km de distància i només podríem veure’l de la mida de la Lluna si l’observem en un telescopi de 75 augments, quan es troba més a prop nostre, i la lluna la mirem directament. A més diu que passarà al mes d’agost, que va ser quan, l’any 2003, es va aproximar molt, però que a data d’aquest nou anunci potser ni es veu a la nit.

Una tercera notícia falsa era la de l’alineació de tres planetes, Mercuri, Venus i Saturn, just per sobre de les tres piràmides d’Egipte. Aquesta alineació va succeir el 21 de desembre de 2012. Però la imatge que circula és un muntatge total, els tres planetes es trobaven certament alineats, però no en horitzontal sinó gairebé en vertical i, a més, quan es veia Mercuri, ja és pràcticament de dia, atesa la seva proximitat al Sol, a la nit no podia ser. Mercuri no es pot veure mai a les fosques, a negre nit.

La quarta sobre la qual vull comentar va ser una que, certament, és ben curiosa. Van fer circular la foto d’un tall de xoriço dient que es tractava d’una imatge de l’estrella Proxima Centauri. Va ser el 31 de juliol del 2022 quan es va publicar a Twitter i, de seguida, ho van publicar els diaris. Es tractava d’un científic francès que volia «incitar a la prudència» sobre les imatges que circulen per les xarxes. Realment, la gent no experta, hi va caure en el parany pensant que era una foto real.

Hi ha altres tipus de notícies, com les d’un futur xoc d’una asteroide amb el nostre planeta, que també circulen amb certa freqüència, però per aquesta banda podem estar tranquils, existeix un sistema que els monitoritza i fa el seguiment dels més perillosos. La xarxa NEO.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 292 de l'abril de 2024

Mesures importants per la humanitat (2)

Altres descobriments importants, encara que no siguin mesures, van ser el del pèndol de Foucault (1851), que va determinar que el pla d’oscil·lació d’un pèndol era invariable i que el que girava era el planeta Terra. La descomposició de la llum solar per un prisma, feta per en Newton el 1665. En Galileu va fer un experiment llançant objectes rodons des de dalt de la torre de Pisa per a observar que la massa no importava sinó la resistència de l’aire sobre el perfil de l’objecte, el 1600.  

Tornant a les mesures, destacaria la definició de metre com unitat. A l’antiguitat eren les parts del cos les que s’utilitzaven com referències per a mesures. Així fins que no es va unificar en el metre, teníem dits, pams, braces, peus, passes. I a cada poble n’hi havia la seva i, a més, variava. Vist el desgavell, l’Acadèmia Francesa de les Ciències, el 1791, el va definir com la deumilionèsima part del quadrant d'un meridià terrestre. El 1960 es va definir en funció d’una longitud d’ona d’emissió del criptó-86.  Avui en dia està basat en la distància que recórrer la llum, al buit, en un període de segons definit.

També va ser curiós el mètode de Galileu per a determinar la velocitat del so. Situar-se damunt d’un turó a uns 3.500 metres de distància d’un altre turó, on hi havia posicionat un canó. Fer disparar el canó i comptar el temps que transcorria entre que veia el fum sortir del canó i escoltava el so de l’explosió. Li va sortir un valor d’uns 350 m/s, quan l’acceptat avui en dia és de 340 m/s.

Saltant a mesures més grans, una de les més importants va ser la que va establir que la nostra galàxia veïna, Andròmeda, es trobava a uns 2,5 milions d’anys-llum de distància de nosaltres. Aquest valor el va establir n’Edwin Hubble el 1924. Era el límit de l’Univers en aquells moments. Ho va fer gràcies a que, examinant fotografies, va trobar una estrella variable del tipus cefeida en aquella galàxia. Havien estat descobertes per Henrietta Swan Leavitt el 1912 i permetien relacionar la brillantor d’una estrella i la distància a què s’ubicava.

El mateix Hubble, amb la col·laboració de Milton Humason, van establir el 1928, la llei de Hubble-Lemaître, coneguda com llei de recessió de les galàxies que evidencia l’expansió de l'Univers. El valor acceptat actualment per l’amplada de l’Univers és de 13.772 milions d’anys. Altre mesura cabdal pel coneixement científic.

Si anem a l’altra banda de l’escala, a la part microscòpica, la mesura més destacable, ha estat la mesura del nucli d’hidrogen, el protó, la partícula bàsica de la matèria i del 75% de tota la matèria que es coneix. Com partícula es va identificar el 1913 gràcies als experiments de Rutherford, però no va ser fins el 2010 en que es va determinar exactament el seu radi. Es va establir en 0,8414 fm (femtòmetre = 10-15 metres). Aquest valor tan petit, tan sols ha estat superat per les mesures fetes amb les ones gravitacionals, amb valors de 10-19 metres. Aquests són els nostres límits actuals.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 291 de març de 2024

Mesures importants per la humanitat (1)

Al maig de 2022 en Quim Tarradas, dins d’una Tarda de Ciència, ens va fer una xerrada, sobre el descobriment de l’espai més proper. Em va deixar més preguntes que respostes.

La pregunta més important que em sorgí va ser: quins han estat els principals experiments fets per la humanitat que han donat com a resultat unes mesures que han sigut transcendentals pel coneixement científic?

De les que ens va parlar en Quim a la seva conferència, triaria la mesura del radi de la Terra, feta per Eratòstenes al segle III aC. Va ser el primer cop que una persona gosava donar una xifra pel valor del radi de la Terra, i, realment, l’error que va donar va ser mínim, tenint en compte els materials que va utilitzar per a fer les mesures. El més valuós va ser la utilització del pensament i el seu abast més enllà de les limitacions físiques. Va tenir la idea i només li van fer falta dues mesures, la distància entre dues ciutats, Siena i Alexandria i l’angle d’incidència del Sol a aquesta darrera, sabent que a Siena era del tot vertical, a una data determinada.

En segon lloc triaria a un contemporani seu, Aristarc de Samos. Aquest va fer una estimació, encara que no tan exacte, del radi de la Lluna i del Sol, així com de les distàncies a què estan. La raó d’aquests errors van ser l’observació visual de la Lluna, la utilització de la funció cosinus i la suposició de que la Terra romania quieta. L’error obtingut afectava les mesures en un factor de 20.

Altre xifra important seria el número π, la proporció entre el perímetre i el radi de la circumferència. Els babilonis i els egipcis ja el coneixien, els primers com la fracció 25/8=3,12 i el segons com 259/81=3,16. Però no va ser fins Arquímedes, també al segle III aC, que va demostrar que 223/71 < π < 22/7. Agafant la mitjana d'aquests valors s'obté 3,1419. Per aquest estudi també es coneix el valor π com Constant d’Arquímedes. La pregunta que em sorgeix ara seria: altres civilitzacions alienígenes, quin nom li hauran donat, perquè d’existir segur que existeix allà fora.

Altra xifra també bàsica pel desenvolupament va ser el càlcul de la velocitat de la llum, fet per en Ole Roëmer, el 1676, mesurant la diferència de temps dels trànsits del satèl·lit Ío per davant de Júpiter, quan la Terra era a prop i ben lluny, del planeta. Al temps propi del trànsit, calia sumar el temps de més que trigava la llum de viatjar entre un punt i l’altre, l’òrbita terrestre. Va donar una mesura un 30% inferior a la real, però tot un èxit pel seu temps.

La darrera que vull citar és la determinació de la Constant gravitacional (G) feta per en Henry Cavendish el 1798. Es va basar en una balança de torsió creada per John Mitchell. Va determinar la densitat de la Terra i, en conseqüència, la seva massa, tot amb una gran exactitud, només tenia un error de l’1%. Aquest experiment va demostrar que la llei d’atracció universal de Newton es complia per a qualsevol parell de cossos.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 290 de febrer de 2024

La Lluna, d’on va venir i a on va

Segons la teoria actual, la de la Gran Explosió o Big Bang, l’Univers es va formar fa uns 13.800 milions d’anys. D’aquí va sorgir tota la matèria i energia de la que disposem.

Ara fa uns 5.000 milions d’anys es va formar la nostra estrella, el Sol i uns 500 milions d’anys més tard la Terra. Poc desprès es va produir un xoc còsmic, un altre protoplaneta, batejat com Theia, va col·lidir amb el nostre. Aquest cos tenia les mides del planeta Mart, més petit que el nostre, la meitat del diàmetre terrestre i una desena part de la seva massa.

Com resultat del xoc entre els dos cossos, Theia va quedar gairebé tota esmicolada, encara que una part, s’ha confirmat aquest mateix 2023, es troba incorporada al nostre nucli terrestre, en forma de dues bosses de material original, per sota de l’oceà Atlàntic i del continent africà. Les restes del xoc van sortir rebotades cap a l’espai. Una part es va perdre i altre va quedar com runa voltant la Terra. Amb els anys, van formar el nostre satèl·lit. Les anàlisis de les mostres de sòl lunar (regòlit) portades per les expedicions Apolo, confirmen que ambdós sòls tenen la mateixa composició isotòpica en titani, un element químic poc habitual. Així la Lluna està formada per material esqueixat de la Terra pel xoc esmentat.

Fases de la lluna per parelles.
Foto: Marcella Giulia Pace

Durant milions d’anys la Lluna va mantenir el seu interior calent i, com que en aquella època encara es produïen molts impactes de meteorits, alguns de més grans arribaven a esquerdar la seva escorça, permetent que s’escapés la lava interior i s’escampés per la superfície, fet que ha originat la diferències de colors a la seva superfície. El colors dels anomenats mars, com Serenitatis o Tranquilitatis, són de la lava emergida, diferent de les roques superficials. I s’anomenen mars perquè, antigament, mirant des de la Terra, es pensava que eren mars d’aigua com els nostres i els hi va quedar el nom llatí, fins i tot en anglès (mare en singular i maria en plural).

De fet, la Terra i la Lluna formen el que en física, s’anomena un sistema de dos cossos. Això té unes  implicacions pràctiques, les interaccions gravitatòries. Al principi de la seva formació el dia a la Terra durava 8 hores, en l’actualitat 24. Això és degut a que per un principi físic, el manteniment del moment d’inèrcia, la lluna s’allunya del planeta un 38 mm cada any, aquest fet obliga a que la Terra giri més lentament, per mantenir aquest equilibri que li exigeix el moment d’inèrcia. La Lluna, al principi, es trobava 10 cops més a prop.

Un costat colorit de la lluna. Cràter Aitken en color violeta.
Foto: NASA/GSFC/DLR/Universitat Estatal d'Arizona/
Orbitador Lunar de Reconeixement (LRO)

Igualment, degut a l’existència de masses d’aigua sobre la Terra (movibles) i la proximitat de la Lluna, es creen les marees. Realment, la Terra no és ben bé esfèrica, sinó que és un el·lipsoide, una esfera una mica deformada. Aquest cúmul de fets ha obligat a la Lluna a estabilitzar-se de tal manera que gira d’una forma que es coneix com rotació síncrona. És a dir, rota sobre sí mateixa una volta al temps que fa una volta a la Terra. Resultat, que des de la superfície del planeta sempre li veiem la mateixa cara. Per tant, existeix una cara sempre visible o propera i altre que oculta o allunyada, no es veu. Realment, degut al moviments de libració, com una baldufa, arribem a veure el 59% de la superfície del satèl·lit.

Lluna millorada, en blau zones riques
en ferro, les taronges en alumini.
Foto: Darya Kawa Mirza

Així, tenim clar que la Lluna rota en sincronia amb la Terra i que les fases que travessa, són degudes a la seva posició respecte del Sol mentre gira al voltant nostre. Evidentment, no té llum pròpia, només reflecteix la que li arriba del Sol, com tots els planetes. Només les estrelles són capaces de generar llum amb les seves reaccions nuclears. També té gravetat, però la sisena part de la d’aquí, una persona que aquí pesi 60 kg, allà li semblarà que només són 10 kg. 

És possible observar-la de dia i de nit, segons es trobi en fase creixent o minvant, plena o nova. I aquest cicle es repeteix cada 27,3 dies, però com que la Terra també es mou, per nosaltres sembla que siguin 29,5 dies. Gairebé un mes. Per això una de les primeres formes de comptar el temps va ser amb calendaris lunars, comptant llunes. La paraula mes té el seu origen en la paraula lluna, en anglès, mes es diu month i lluna moon, l’un deriva de l’altre. Igualment, la paraula dilluns, prové del mot lluna, tant en anglès com en català, monday i dilluns, dia de la lluna. Avui en dia amb poca utilitat vist que el calendari solar és més exacte. Ara es compta el que triga la Terra en fer una volta al Sol, un any. Amb el calendari lunar els cicles no són repetitius al llarg del temps. Per citar un exemple, l’1 de gener pot haver qualsevol fase de la Lluna, però la posició de les estrelles i el Sol al firmament sempre seran les mateixes.

Altres curiositats que ens ofereix la Lluna, en volum és 50 cops més petita que la Terra i es troba 400 cops més a prop de la Terra que aquesta del Sol. Aquesta circumstància és important per la producció d’eclipsis. Com que la lluna s’allunya de nosaltres, d’aquí a uns milions d’anys ja no arribarà mai a tapar completament el Sol i tots els eclipsis seran parcials.

La seva temperatura és molt extrema, passa dels -153ºC a la part fosca als 107ºC a la part il·luminada, un altre punt a tenir en compte pels futurs astronautes. És l’únic satèl·lit natural de la Terra i, per mida, el cinquè del Sistema Solar, darrera de Ganimedes, Calisto i Io de Júpiter i de Tità de Saturn. D’atmosfera no cal dir res, no n’hi ha. Així que l’única forma d’erosió a la superfície lunar és que et caigui un meteorit a sobre.

c

Cràters Tycho (a baix) i Copèrnic
(a dalt) a l'esquerra.
Foto: Lásló Francsics

Un altre punt que cal destacar és el cràter Aitken, a la part no visible des del nostre planeta. Es tracta d’un cràter d’impacte que té un diàmetre de 2.500 km i uns 13 km de profunditat, suposadament creat pel xoc d’un meteorit amb un angle de 30º, segons els darrers estudis de les sondes xineses. Prop de la vora d’aquest cràter es troba el punt més alt de la superfície lunar, que curiosament no és el pic d’una muntanya, sinó d’una planúria, que va recollir les escombraries llançades pel meteorit que originà el cràter Aitken. Arriben a una cota de 10.786 m sobre l'elevació mitjana lunar, i està situat en la vora est del cràter Engelʹgardt. Si busquem una forma típica de muntanya haurem de situar als Zeeman Mons amb 7.570 metres, també a l’interior del cràter Aitken.

Cada dia hi cauen a la seva superfície desenes de tones de nova pols com conseqüència de nous impactes. Hi ha comptabilitzats més de 30.000 cràters majors d’1 km. Cada dia es desplaça uns 13º al cel, o sigui, es retarda el seu pas pel mateix punt una mica més de 50‘ diaris. Així en un mes pot tornar a reiniciar el cicle.

Per acabar, només recordar que fins hores d’ara només 12 persones, l’han trepitjada amb les missions Apol·lo, però està previst per la NASA, juntament amb l’ESA (Europa), JAXA (Japó) i CSA (Canadà) que el 2025 es torni a posar algun astronauta a la seva superfície amb la missió Artemis. A veure si es compleixen els terminis.

Finalment, recordar que segons un Tractat firmat al 1996 a l’ONU la  Lluna no està en venda. Porta per nom: “Tractat sobre els Principis per Governar les Activitats dels Estats en l’Exploració i Ús de l’Espai Exterior, incloent la Lluna i Altres Cossos Celestials.”

Article publicat a la Revista de Banyoles al número 1.083 del gener de 2024

El telescopi James Webb, un viatge productiu

Ja fa dos anys que aquest telescopi, el substitut del carismàtic Hubble va se ser col·locat en òrbita i  treballa capturant imatges del cel. Al març del 2023 ja vaig escriure un article fent-ne la descripció i esmentant les expectatives creades al seu entorn. La pregunta és obvia, ha satisfet aquestes expectatives?.

La resposta també és clara, sí i amb escreix. El motiu també, el nou telescopi James Webb (JWST) és més modern, està més ben equipat (infraroig i visible en front de, només visible, del Hubble) i està situat a més d’un milió de quilòmetres del planeta, no al tocar de la nostra atmosfera.

Una foto ben aclaridora és la dels Pilars de la Creació, feta pel Hubble el 1995 i repetida ara pel JWST. La podeu veure com a acompanyament de l’article. Al costa esquerra es veu la foto feta pel Hubble en visible i a la dreta la del JWST en infraroig, que ens permet travessar els núvols de pols i veure els milers d’estrelles que ens tapava el núvol. Això permet als científics entendre millor el procés de formació estel·lar. La qualitat és molt més bona.

Altres fotos donen suport al llarg procés de formació de planetes. S’ha pogut observar el vapor d’aigua en els discos protoplanetaris i es va poder confirmar un procés físic que implicava la deriva de sòlids recoberts de gel de les regions exteriors del disc cap a la zona del planeta rocós. Serien com la zona on tenim els cometes al nostre sistema solar.

En combinació amb el telescopi de raigs X Chandra, van trobar la signatura que revelava la presència d’un forat negre supermassiu en creixement només 470 milions d’anys després de produir-se el Big Bang, quan l’univers tenia el 3% de la seva edat actual. Amb l’ajut d’una lent gravitacional van poder ampliar per quatre la seva visió i detectar la galàxia i els raigs X  del gas al voltant del forat negre. Aquest descobriment és important per entendre com alguns forats negres poden arribar a tenir masses tan colossals poc després del big bang.

Esq. Hubble, dreta-JWST. Foto:NASA

 També ha obtingut imatges en infra- roig de la Nebulosa del Cranc, on va explotar una supernova el 1.054 dc, que revelen fets desconeguts fins al moment, com la composició del ma-terial expulsat, en especial ferro i níquel, que pot ajudar a entendre quin tipus d’explosió es va produir.

Quan va enfocar el planeta Júpiter va descobrir un fet mai vist fins ara, una corrent en raig a alta velocitat, que abastava més de 4.800 km, que era a sobre de l’equador, per sobre de les principals cobertes de núvols. Aquest fet ha proporcionat nova informació sobre com les capes de la turbulenta atmosfera de Júpiter interaccionen entre elles.

I al mirar un exoplaneta, WASP-17 b, un Júpiter calent a 1.300 anys llum de la Terra, va detectar proves de nanocristalls de quars. És el primer cop que es detecten a l’atmosfera d’un exoplaneta.

Si voleu gaudir de totes les imatges us recomano que entreu a https://science.nasa.gov/mission/webb/#Latest-News

Podreu trobar-les totes.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 289 de lgener
de 2024