Història espacial

La idea de viatjar per l’espai no és nova, els grecs ja en parlaven. En Llucià de Samòsata, l’any 125 dC ja descrivia un viatge a la Lluna i una guerra entre els selenites, habitants de la Lluna, amb els habitants del Sol. En Jules Verne, el 1865, també va descriure un viatge. Tot pura literatura de ficció.

No va ser fins que es van inventar els motors que la ciència no va poder fer un pas endavant en aquest sentit. Faltava la tecnologia. A principis del segle XX Konstantin Tsiolkovski a l’URSS i Robert Goddard a Estats Units van començar a desenvolupar una tecnologia de motors a reacció i coets. Aquí va començar la història espacial.

El primer pas va ser crear societats astronàutiques per fer ambient, com Alemanya i Unió Soviètica. Els primers míssils van ser creats per l’exèrcit alemany el 1934. Però l’era espacial no va néixer fins el 1954, un  cop acabada la II Guerra Mundial, amb el projecte Orbiter a Estats Units. El primer satèl·lit el van llançar els soviètics el 1957, el conegut Sputnik. Altres països també van començar a fer proves amb satèl·lits, Xina, França, Regne Unit i Japó.

El següent pas va ser el llançament d’una missió tripulada per humans (URSS, Iuri Gagarin 1961) i  el primer passeig espacial (URSS, Aleksei Leonov 1965). En aquesta época ja s’estaven gestant els programes lunars, l’Apollo d’Estats Units i el Soiuz soviètic. El 1969, per primer cop, un èsser humà va trepitjar la Lluna, va ser amb l’Apollo 11.

Durant els anys 70, els objectius van esdevenir les estacions espacials, la Saliut soviètica i l’Skylab d’Estats Units. En paral·lel també es llançaven sondes planetàries com les Mariner, les Voyager, aquestes encara operatives el 2024 i les Pioneer. Els transbordadors espacials van néixer en aquell anys.

L’Agència Espacial Europea (ESA) es va crear el 1975 amb una empresa privada, l’Arianespace, per tal d’aconseguir que Europa fos independent de les tecnologies americanes i russes, amb una base de llançament a Korou (Guaiana francesa), a prop de l’equador terrestre.

Coet Apol·lo 7 en vol
Foto: NASA,

El 1976 es va encetar el project, primer soviètic i després rus, de l’estació espacial Mir amb l’objectiu d’establir una presència constant a l’espai. Va finalitzar el 2001, caient a l’oceà Pacífic.

Cap el 1970, la Xina va llançar el seu primer coet i a principis del 1990 va iniciar el programa Shenzhou, inspirat en la russa Soiuz. El 1975 s’hi va apuntar el Japó i el 2003 va crear l’agència japonesa JAXA.

Un altre pas important va ser la posada en òrbita de telescopis, com el Hubble que es va llançar el 1990 i que ens han permès observar el cel sense el filtre de l’atmosfera. Aquest va ser un salt qualitatiu en l’observació de l’Univers. El següent va ser el telescopi James Webb, llançat el 2021, que incorporava visió en infraroig, que no tenia el Hubble.

Des del 1965 que es perseguia l’aproximació a Mart, quan el Mariner 4, va arribar a 10.000 km de distància i el va fotografiar, però fins el 1997 la sonda Mars Pathfinder no va aconseguir aterrar-hi. El proper pas va ser anar a trobar asteroides agafar mostres del seu sòl i tornar-les al nostre planeta. Ara ens queda tornar a enviar algun humà, de nou, fora del planeta.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 302 del febrer de 2025

Què coneixem de la Lluna?

Si us preguntéssim si la Lluna gira, si rota obre sí mateixa, què respondríeu?

No sé quina seria la vostra resposta, però la correcta seria que sí que gira. Ara bé, ho fa d’una forma molt específica. Fa un gir sobre sí mateixa al temps que fa una volta a la Terra. Tècnicament, es diu que està atrapada sincrònicament per la Terra en al proporció 1:1, una volta sobre ella mateixa, una volta a la Terra.

Aquesta és l’única forma que pot girar al nostre voltant ensenyant-nos sempre la mateixa cara.

De fet, li veiem el 59% de la seva superfície, no el 50%, que seria el teòric. La Lluna presenta, a més del moviment de rotació el de libració. Trontolla, com faria una baldufa, tant en el sentit vertical com en l’horitzontal. Aquest moviments laterals ens permeten veure-li una mica més de superfície.

Altre pregunta, la Lluna té una cara fosca? Atureu-vos i rumieu.

Doncs no. El Sol il·lumina tota la Lluna. El que passa és que com que gira i té fases, a cops la veiem tota il·luminada, quan diem Lluna plena, i a cops, il·lumina la cara que ens queda oculta, la que no veiem. Però sempre hi ha mitja part del satèl·lit il·luminat. De fet el dia lunar dura uns 14 dies terrestres, i 14 més de nit.

A la superfície lunar durant el seu dia es pot arribar a 100ºC de temperatura i a la nit fins a uns -150ºC, una bona amplitud tèrmica.

Una pregunta més: un eclipsi total de Lluna es produeix quan aquesta es troba en fase de Lluna plena o  nova?

Imagineu-vos tres esferes en línia recta a un espai, i una d’elles és una bombeta, el Sol, que es troba a un extrem. En quin ordre haurem de col·locar la Terra i la Lluna de forma que el Sol no pugui il·luminar la Lluna i aquesta es vegi eclipsada? 

La Terra s’haurà de posar al mig, de forma que l’ombra que genera tapi la Lluna. En aquesta posició la Lluna estaria plenament enfocada pel Sol, seria Lluna plena, i quan es posés dintre de l’ombra que genera la Terra, quedaria eclipsada l’estona que triga en travessar la zona d’ombra.

Darrera pregunta. Si mirem la Lluna una nit de lluna plena i mirem l’hora, imaginem que siguin les 10 del vespre. A quina hora la veurem passar pel mateix lloc a l’endemà?

La resposta seria uns 50 minuts més tard. La raó, és senzilla, si en uns 28 dies ha de fer la volta sencera a la Terra, cada dia ha d’endarrerir-se 1/28 de volta. Si la volta són les 24 hores del dia, la divisió surt a una mica més de 52 minuts.

Altre tema, sabíeu que el dilluns és el dia de la lluna? Dia+lluna = dilluns.

Així mateix, el dimarts correspon a Mart, el dimecres a Mercuri, el dijous a Júpiter i el divendres a Venus. El dissabte i el diumenge els va canviar l’església. Ara bé, en anglès, el dissabte és Saturday, dia de Saturn i el diumenge és Sunday, dia del sol. Igualment en anglès la paraula mes es diu month que prové de l'antiga forma de dir lluna, no l’actual moon. Té relació amb la durada del cicle lunar.

Tot curiós, no?

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 301 del gener de 2025

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