Civilitzacions avançades

L’estrella KIC 8462852, situada a 1.400 anys llum de la Terra, entre Cigne i Lira, presenta una anomalia sorprenent. També se la coneix com estel de Tabby. Des del 1890 s’atenua la seva llum periòdicament i encara no se sap la raó. Al juny de 2011 ho va fer en un 15%. Al 2013 en un 22%. Res que conegui la ciència pot reduir la llum estelar fins aquests nivells. Penseu que quan un planeta de la mida de Júpiter passa pel davant de la seva estrella mare només atenua la seva llum en un 1%.

Fins i tot es va pensar que podria tractar-se d’una esfera de Dyson. Una esfera gegantina, dissenyada per recollir tota l’energia que produeix una estrella. Aquest tipus d’esfera la va proposar Olaf Stapledon al 1937 i la va reprendre en Freeman Dyson al 1960 com una hipotètica estructura capaç de capturar tota l’energia que emet una estrella.

Una civilització capaç de fer això seria de tipus II segons l’escala de Kardaixov, astrofísic rus nascut a Moscou al 1932. L’escala que proposa serviria per mesurar el grau de desenvolupament tecnològic d’una civilització. Té tres categories, anomenades Tipus I, II i III, basades en la quantitat d’energia utilitzable que té una civilització a la seva disposició. Aquesta s’incrementa de forma exponencial.

- La Tipus I es refereix a una civilització que utilitza tota l’energia de la llum solar que li cau damunt del planeta.

- La Tipus II utilitzaria tota l’energia que produeix la seva estrella

- La Tipus III utilitzaria tota l’energia que produeix la seva galàxia

Així en una civilització Tipus I, calculant quanta llum solar cau damunt d’un metre quadrat del nostre planeta, suposaria, tota ella, una potència de 7·10⁷ watts, o sigui cent mil cops més que la producció anual d’energia en el planeta.

Com que sabem quin percentatge de l’energia solar cau damunt de la Terra, podríem saber l‘energia total que produeix el Sol, 4·10²⁶ watts. Aquesta seria la disponible per una civilització Tipus II.

En el tercer cas caldria multiplicar la darrera xifra pel nombre d’estrelles que hi ha en una galàxia (10¹¹), per tant una civilització Tipus III disposaria de 4·10³⁷ watts.

Actualment a la Terra, considerant el consum energètic total del planeta, estaríem en una civilització de Tipus 0,7. Estimant un creixement anual de producció d’energia d’entre el 2 i el 3% ens faltaria, encara, entre un segle i dos per arribar a ser un Tipus I ple. Arribar a un Tipus II ens podria costar diversos milers d’anys i per a ser Tipus III, entre cent mil i un milió d’anys.

Per arribar al nivell I hauríem de capturar tota l’energia que ens envia el Sol, potser es podria fer posant molts miralls molt grans en òrbita que reflectissin vers la Terra tota l’energia que captessin. L’atmosfera reté el 60% de l’energia que la travessa. Per arribar al nivell següent caldria construir una esfera de Dyson feta amb nanomaterials per robots situats a la Lluna. El pas a nivell III sembla, per ara, massa ciència ficció.

1- Michio Kaku, El futuro de la humanidad, Editorial Debate. 2018

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 244 d'abril de 2020

La pluja sempre és d’aigua?

Al nostre planeta sí. Però al nostre Sistema Solar també es produeixen pluges en altres planetes. Segons les seves condicions atmosfèriques pot ploure un producte o un altre, i no és aigua precisament. També s’intueix que a alguns exoplanetes pot ploure, però tampoc és aigua.

La pluja forma part d’un cicle tancat, o sigui, que acaba al mateix lloc on ha començat. Al nostre planeta on tenim tanta aigua al mars, el Sol l’escalfa i evapora, quan el vapor s’enlaira es refreda i condensa formant núvols. Si aquests arriben a ser grossos poden arribar a precipitar en forma de neu, gel (pedra) o aigua. Finalment, més tard o més aviat, tornen al mar d’on han sortit. És el cicle hidrològic.

Així al nostre veí Venus, la temperatura en superfície és de l’ordre de 460ºC, encara que a 70 km d’alçada és de -45ºC amb una pressió 93 cops superior a la nostra. La composició de la seva atmosfera és d’un 96% d’anhídrid carbónic i una mica de nitrogen i una misèria de diòxid de sofre generat per activitat volcànica. Però aquest s’ha anat transformant per l’efecte hivernacle provocat pel CO2 en àcid sulfúric, i això és el que plou, un producte que ens cremaria al moment. És la pluja àcida.

Si viatgem a Tità, un dels satèl·lits de Saturn, ens trobaríem que els seus mars són de metà, un compost de carboni i hidrogen. Així que els seu cicle seria com el nostre, però li diríem metanològic. Els núvols i la pluja serien de metà.

A tots quatre planetes gasosos, Júpiter, Saturn, Urà i Neptú, sembla que els que plou són diamants, Tal com sona. Els científics opinen que les tempestes elèctriques que es produeixen a les seves atmosferes, riques en metà, trenquen la molècula de metà i deixen lliure el carboni o carbó a seques. Amb les altes pressions existents, es transforma en grafit i posteriorment en diamant. En aquests planetes quan pedrega hi cauen diamants en brut. En els dos primers planetes no són estables i es desfan de nou en carbó líquid, podent arribar a forma mars de carbó líquid.

Pluges encara més estranyes ocorren en altres exoplanetes. Segons va explicar la NASA a l’octubre de 2016, a l’exoplaneta HD 189733b, un Júpiter calent situat a la constel·lació de Vulpècula, a 63 anys-llum de nosaltres, es creu que plouen cristalls de vidre líquid. Els seus núvols són de silicats. Està clar que les condicions allà són extremes, la temperatura és de 1.000ºC i els vents poden arribar a 7.000 km per hora.

A un altre exoplaneta, el nomenat OGLE-TR-56b, situat a Sagitari, es sospita que encara plouen coses més rares. Gotes de ferro líquid, degut a la seva alta temperatura i que conté núvols de vapor de ferro. Igual van detectar els astrònoms el 2013 a l’exoplaneta PSO J318.5-22, que viatja solitari, sense estar lligat a cap estrella, també per la zona de Sagitari, a uns 75 anys-llum de nosaltres, presenta capes de núvols, formades per pols calenta i gotes de ferro fos.

Encara el millor és que plogui aigua.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 243 del març de 2020

LSC

Aquest acrònim correspon a Laboratorio Subterráneo de Canfranc. Està situat al Pirineu d’Osca, a sota del pic Tobazo de 2.049 m., al costat del túnel de Somport que travessa el massís i connecta amb França. Ara només està operatiu el túnel per carretera, però el primer en construir-se va ser el del ferrocarril, al 1928, però ara fora de servei per un accident ferroviari que va destruir un pont al costat francès l’any 1970. A sobre d’aquests túnels de més de 8 km de llargada, es troba l’estació d’esquí de Candanchú.

L’LSC és el segon laboratori soterrat més gran d’Europa, després del de Gran Sasso a Itàlia, s’accedeix pel propi túnel de Somport. Va començar els seus treballs el 1985, ocupant una petita part del túnel ferroviari fora de servei. Avui en dia, ocupa 1.400 m2 amb dues sales experimentals, una sala blanca, taller, magatzem i oficines. Es troba 850 m per sota terra i, aquest fet, és un perfecte aïllant pels raigs còsmics, al temps que presenta una radioactivitat de fons més baixa, de l’ordre d’un factor de centmil cops més favorable pels seus treballs. A tot el planeta existeixen una vintena de laboratoris subterranis.

Un dels experiments més importants que hostatja és l’experiment NEXT (Neutrino Experiment with Xenon TPC), dirigit pel físic Juan José Gómez Cadenas. El que busquen és saber si aquesta partícula subatòmica és al mateix temps la seva antipartícula. És a dir, si pot ser partícula i antipartícula ella sola. Recordeu que l’antipartícula té les mateixes propietats que la partícula, excepte per tenir la càrrega elèctrica invertida. A una és positiva i a l’altre negativa.

Autor foto: Javier Larrea

Els neutrins travessen el nostre cos constantment. Una ungla rep milions cada segon d’ells però no interaccionen amb res. L’experiment NEXT consisteix en un dipòsit que conté 100 kg de gas xenon enriquit a alta pressió i ben aïllat de l’exterior per a evitar els raigs còsmics. Cal esperar mesos per detectar una interacció i anys per a validar el seu significat. Van iniciar-lo el 2013 i durarà 10 anys acumulant deteccions. El que busquen es coneix tècnicament com una desintegració doble beta sense neutrins (DSNB). Si ho confirmen poden aspirar a ser el propers Premis Nobel.

Aquest no és l’únic experiment per trobar la DSNB, tenen també el SuperKGd, el BiPo i el SuperNEMO. Properament tindran l’experiment CROSS, una gran cambra de Faraday, també per a trobar la DSNB. També realitzen altres experiments, ArMD i ANAIS, per a detectar matèria fosca, l’altra gran desconeguda.

Tot per estudiar millor els neutrins i el seu comportament. Per saber si tenen massa. Es sap que existeixen tres classes diferents de neutrins i que s’intercanvien entre elles, però no es coneix el motiu. Es van originar a l’explosió original del Big Bang i podrien ajudar a donar la massa que no es coneix a l’univers.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 242 del febrer de 2020

On buscar vida extraterrestre ?

L’univers pot estar ple de vida, però encara l’hem de trobar més enllà de la Terra. Aquestes són les propostes que ofereix la revista Cosmos que també es pot llegir de forma digital a cosmosmagazine.com

Només coneixem vida sobre el nostre planeta, però segons els astrònoms i astrobiòlegs caldria investigar cinc llocs per saber de forma ben segura de que els indicis poden ser certs o no.

El primer que recomanen investigar és l’exoplaneta anomenat LHS 1140-b, una superterra rocosa situada a 39 anys-llum a la constel·lació de la Balena. Es troba dins de la zona habitable. La seva estrella hoste és una nana vermella. Com que es va descobrir pel mètode de la velocitat radial i del trànsit, el poder fer espectroscòpia de la seva atmosfera pot oferir molta nova informació, com la presència d’aigua.

En segon lloc proposen Encèlad, la lluna de Saturn, degut a les possibilitats de que contingui un oceà soterrat amb aigua líquida. A més la sonda Cassini va fotografiar guèisers brollant de les esquerdes de la seva superfície i, analitzant-les, va trobar traces d’hidrogen, anhídrid carbònic i alguns hidrocarburs, entre lls el meta Aquest està considerat com un bioindicador. L’aigua soterrada es poodria mantenir en estat líquid per l’energia termal interna que genera aquest satèl·lit, on podrien existir xemeneies submarines.

Tot seguit trobem Tità, altre de les 53 llunes de Saturn. Aquesta és coneguda pels seus llacs de metà, que es pot evaporar formant núvols un cop condensat i tornar a caure a la superfície en forma de pluja, Un veritable cicle metanològic, comprable al de l’aigua al nostre planeta. La possible vida estaria totalment lligada al metà.

Dins del sistema solar no trobem cap altre candidat. Cal tornar sortir a buscar exoplanetes, així trobaríem Proxima-b, que es troba voltant Proxima Centauri, l’estrella més propera al Sol. Només a 4,2 a.l. Cal estudiar-la més, però si es confirmés que es troba en una ressonància 3:2 milloraria molt les seves probabilitats. Això vol dir que donaria 3 voltes sobre sí mateixa cada dues òrbites a la seva estrella.

El següent, i cinquè candidat, seria al voltant de l’estrella Trappist-1, on s’han identificat set exoplanetes. D’aquestos tres es trobarien dins de la zona potencial habitable i podrien ser candidats a albergar vida.

També podem consultar el catàleg d’exoplanetes habitables que ens ofereix la Universitat d’Arecibo a la seva pàgina http://phl.upr.edu/projects/habitable-exoplanets-catalog on enumera una selecció basant-se en un índex de similitud a la Terra. Així també apareixen altres estrelles que contenen exoplanetes com algunes trobades pel telescopi Kepler, la 1652, 442, 1229 62 i 186 o també el sistema estel·lar triple conegut com Gliese, a l’Escorpí, on l’estrella C (nana vermella) presenta tres exoplanetes candidats. També inclou a Kapteyn b, un exoplaneta que volta altra nana vermella.

Caldrà seguir els treballs fets pels projectes Red Dots, Mearth i els telescopis Kepler i Tess.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 241 del gener de 2020

Els 10 millors experiments de física

Segons una enquesta feta l’any 2002 per la revista World Physics aquesta seria la relació obtinguda. La va realitzar l’historiador de la ciència Robert P. Crease, que hi escrivia una columna setmanal, preguntant-lo als seus lectors. Es tracta d’experiments fets en taulells i cap requeria una potència computacional més enllà d’un regle o una calculadora.

Tots ells tenen en comú la bellesa en el sentit clàssic, la senzillesa lògica tan de l’aparell com de l’anàlisi.

Trobem tan experiments de fa 2.000 anys fets a Egipte com de física quàntica del segle XX. Es troben ordenats segons el resultat de l’enquesta.

1 – Interferència dels electrons al passar per una doble escletxa – Jönsson

2 – Caiguda lliure d’objectes – Galileu

3 – Determinació de la càrrega elèctrica de l’electró – Millikan

4 – Descomposició de la llum del Sol per un prisma – Newton

5 – Interferència de la llum al passar per una doble escletxa – Young

6 – Mesura de la constant de gravitació universal – Cavendish

7 – Mesura de la circumferència de la Terra – Eratòstenes

8 – Caiguda de cossos per un pla inclinat - Galileu

9 - Descobriment del nucli atòmic – Rutherford

10 – Demostració de la rotació de la Terra – Foucault

La major part dels experiment llistats són de física clàssica, solen ser els més coneguts. Només es reconeix un de física quàntica. De fet, el de Jönsson, va ser el que va rebre la votació més alta. També es constata que no apareix cap experiment dedicat a altres branques de la física com electricitat, magnetisme, termodinàmica o relativitat.

Avui en dia per a fer experiments de tanta vàlua com els citats calen grans equips de persones i grans equipaments. Serveixin com exemple el CERN o el LIGO, formats per milers de científics i per una aparellatge realment descomunal i, gairebé, únic. També ho podríem ampliar a l’estudi del genoma humà o als telescopis ALMA a Xile. A més, a posteriori, cal el tractament de totes les dades acumulades per un superordinador, estil al MareNostrum, durant un bon període de temps per arribar a concloure resultats.

La ciència en general descriu tres àmbits de la naturalesa, les coses molt grans (univers), molt petites (partícules) o molt complexes (ADN). Avança basant-se en el mètode científic que, al seu temps, es basa en altres dos pilars, les teories i els experiments. Per explicar i analitzar els resultats observats utilitza el llenguatge comú dels científics, les matemàtiques. Amb elles es construeixen els models amb els que volem explicar els models de la naturalesa.

De models es poden construir molts, però després cal fer els experiments per a confirmar quin model és el correcte. Si el resultat coincideix amb el model matemàtic plantejat el donem per bo. Si no ho fa cal refer el model teòric. D’aquesta forma amb l’experimentació científica basada en models és com avança la ciència i ens permet conèixer les parts més amagades de la naturalesa de les coses.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 240 del desembre de 2019

100 anys de la UAI

La UAI és l’acrònim de la Unió Astronòmica Internacional i es va fundar fa 100 anys, el 1919. El tractat de formació el van signar set països. És l’autoritat en matèria de noms d’estels, planetes i altres objectes celestes. La seva missió promoure i salvaguardar la ciència de l’astronomia en tots els seus aspectes, inclosa la investigació, comunicació, educació i desenvolupament a travès de la cooperació internacional. Actualment està formada per 82 estats.

Quan es va crear encara no es coneixia cap altra galàxia, només la nostra. Tampoc es coneixien altres planetes fora del Sistema Solar i, tot just, es començava a intuir l’estructura de l’Univers.

Aquell any es va comprovar la Teoria de la Relativitat General d’Einstein amb la confirmació de la curvatura de la llum d’una estrella en passar prop del Sol, durant un eclipsi total d’aquest astre. Einstein i la seva teoria van ser portades dels principals diaris del món.

Al llarg d’aquest cent anys hem avançat en el coneixement del nostre lloc a l’Univers, descobrint que només som una galàxia entre milers de milions i que cadascuna conté milers de milions d’estrelles. També hem conegut la seva composició i evolució, així com i on es creen els elements químics.

Fa poc mesos es van celebrar els 50 anys de l’arribada de l’home a la Lluna, una altra fita històrica. Hem posat sondes al damunt de la superfície de Mart, d’asteroides i de cometes, tot analitzant la seva composició. Altres ja es troben més enllà dels límits del Sistema Solar i continuen viatjant.

Als darrers 25 anys hem començat a descobrir exoplanetes, planetes orbitant altres estrelles diferents del Sol. Ja hem portem més de 4.000 deteccions i 19 podrien tenir unes condicions com per contenir aigua líquida i, qui sap si vida, actual o passada. Quan tinguem més capacitat tècnica potser descobrirem que gairebé totes les estrelles tenen planetes.

Altre descobriment important ha estat el dels forats negres, que els hem aconseguit fotografiar. Però el més relacionat amb nosaltres és el que es troba al centre de la nostra Via Làctia, Sagitari A*, i que la manté unida. Cal destacar també la detecció de les ones gravitacionals, o sigui, l’ondulació del teixit espai-temps degut a una gran col·lisió entre estrelles.

Per contra, encara hi ha certes coses que desconeixem, què passa en les primeres fase de la formació estelar?, com es formen els sistemes planetaris?, com podrem detectar si existeix vida fora de la Terra?, què son la matèria i l’energia fosca?, trobarem una teoria que permeti unificar la Teoria de la Relativitat General i la Mecànica Quàntica?, arribarem a saber la raó per la qual algunes constants físiques tenen el valor que tenen o serà certa l’existència de multiversos?

En tot això hi treballa la UAI, intentant coordinar més de 3.000 activitats entre 110 països. Potser el que més directament ens afecta és el de la lluita contra la contaminació lumínica que ens pot privar de gaudir de la visió de les estrelles.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 239 del novembre de 2019

Vestits espacials

Per definició són escafandres tancades hermèticament amb dispositius de respiració que permet a l’usuari moure’s lliurament per l’espai. Els primers models daten del 1930 i es feien servir tan per busseig com per a vols en alçada i cada cop anaven millor, però encara eren massa rígids.

Bàsicament un vestit espacial està format per quatre unitats essencials: casc, cos, guants i sistema de supervivència. Aquest darrer inclou reserves d’aire, bateria, sistema de comunicació i més coses, la majoria adossades a l’esquena com una motxilla.

El vestit està fabricat per capes successives de materials de densitat variable que li permet regular la pressió de l’aire, la temperatura interna i la humitat, absorbir la major part de les radiacions nocives, defensar-lo dels micrometeorits i, fins i tot, recollir el rebuig orgànic que genera el propi astronauta (orina i femta). Els vestits espacials actuals combinen parts rígides, principalment al tors i casc, amb parts toves.

Cal utilitzar-lo en totes les sortides fora de la nau o passeigs extra-vehiculars, quan s’explora el sòl lunar (naus Apolo) i també durant les operacions d’enlairament i aterratge, per raons de seguretat.

L’home és incapaç de sobreviure en un entorn espacial sense l’equipament adequat. L’espai buit no li proporciona l’oxigen necessari per respirar. Els fluids d’un astronauta exposat al buit es congelarien o evaporarien de forma instantània, causant una pèrdua de consciència en 15 segons i un coma irreversible passat un minut.

El Sol, no filtrat per l’atmosfera, el pot cegar de forma immediata. La falta d’atmosfera tampoc el protegeix ni de la radiació solar ni de la seva escalfor. Igualment, dels, micrometeorits i dels raigs còsmics.

El primer home en posar-se en òrbita va ser en Yuri Gagarin al 1961 i portava un model SK-1. Pesava uns 20 kg. Els astronautes del programa Apolo duien un nomenat A7L, que, a la Terra pesava 72 kg, i a la Lluna només 14 kg, degut a la menor gravetat lunar. Tenien una autonomia de màxima de 6,5 hores.

El vestit espacial ha de subministrar als astronautes tot un seguit de garanties:

- Mantenir una pressió interna estable de 0,29 atmosferes, similar a l’existent al cim de l’Everest. Aquest aire es renova només amb oxigen pur

- Subministrar aigua, oxigen i depurar gasos, com el diòxid de carboni

- Medis per subministrar i evacuar gasos i líquids, com l’orina

- Sistema de control de temperatura, que pot oscil·lar entre -100ºC i +120ºC. Garantint un bon aïllament i refrigeració

- Protecció contra la radiació electromagnètica

- Protecció contra micrometeorits, utilitzant materials resistents com el kevlar

- Sistema de comunicació UHF, per poder comunicar la telemetria i l’electroencefalograma de l’astronauta

- Facilitar la movilitat i autonomia de l’astronauta

- Altres possibles connexions com interfaces o ancoratges

Els russos utilitzen actualment el model Orlan MK i els xinesos el Feitian. Ambdós pesen uns 120 kg.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 238 de l'octubre de 2019