La revolució astronòmica del James Webb

Fa ja un any que es va enlairar aquest telescopi que va substituir al vell i conegut Hubble. Si aquest ja ens havia fet gaudir amb les seves espectaculars imatges, el nou telescopi espacial James Webb (JWST) encara ho farà més i millor.

El Hubble es troba en òrbita al voltant de la Terra des del 1990 i fins el 2030 no està previst que s’acabi la seva missió. Per contra el JWST es troba a un lloc conegut com punt de Lagrange 2, situat a 1,2 milions de quilòmetres de nosaltres, on es troba en equilibri gravitatori entre la Terra i el Sol. Aquí esperem que ens revolucioni l’astronomia.

Podrà fer-ho perquè:

1- Veurà més lluny que mai en el passat

La combinació del seu gran mirall primari de 6,5 metres i la seva especialització en visió en infraroig (que el Hubble no tenia), ens permetrà veure galàxies més llunyanes i anteriors, en formació, permetent comprendre com es van formar. El Hubble havia detectat galàxies a 400 milions d’anys després del Big Bang, ara el JWST ja n’ha trobat a 280 i espera arribar als 200 milions d’anys.

2- Descobrirà què va il·luminar l’univers

Després del Big Bang l’univers era fosc i envoltat de boira formada per hidrogen neutre. Una mica més endavant una radiació ultraviolada va ionitzar aquesta boira i es va acabar l’època fosca. Però d’on venia aquesta radiació?

3- Mesurarà l’atmosfera dels exoplanetes

Coneixem més de 5.000 exoplanetes, però el JWST no està dissenyat per descobrir-ne de nous. Però sí per conèixer millor els existents. Quan un exoplaneta transita per davant de la seva estrella, si té atmosfera, la seva llum es barreja amb la de l’estrella. Per comparació amb la llum de la pròpia estrella es pot deduir si té o no atmosfera.

4- Cercarà pistes de vida i habitabilitat

Una part del seu temps el dedicarà a la recerca de biosignatures, com ara la presència tant d’oxigen com de metà. També buscarà possibles reaccions fotoquímiques, que són les que impulsen la formació dels blocs moleculars de la vida basada en el carboni.

Imatge del telescopi abans de desplegar-se (NASA)

5- Estudiarà la química còsmica i l’evolució de les galàxies

Actualment existeix una discrepància sobre si les estrelles i les galàxies es van formar més ràpidament dels que ens pensàvem. Caldrà estudiar l’abundància dels elements més pesats.

6- Posarà la seva mirada en el Sistema Solar

Podrà estudiar en infraroig i alta resolució els planetes exteriors i les seves llunes.

7- Aprendrà sobre la formació de les estrelles

La visió infraroja i de ràdio és capaç de penetrar la pols espacial i veure què hi passa dintre. Fins ara era impossible accedir de forma tan detallada.

8- Va canviar com es construeixen els telescopis espacials

El seu mirall primari format pel desplegament de 18 segments hexagonals va ser una enginyeria totalment nova. El seu disseny inspirarà la propera generació de grans telescopis espacials.

Extracte d’un article de Keith Cooper a Space.com

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 279 de març de 2023

Brossa espacial

Avui en dia, les escombraries espacials són un de les majors amenaces pels satèl·lits. Les infraestructures basades en aquests satèl·lits són essencials per una multitud de serveis sobre els quals es basa la nostra vida diària, des de la meteorologia i les finances fins a la comunicació o el transport global de mercaderies i passatgers.

L’era espacial va començar el 1957 amb el llançament del primer satèl·lit Sputnik per part de la URSS. A partir d’aquell moment s’han llançat -amb data de març de 2022-, 6.180 coets, sense comptar-hi les fallades. Tenim en òrbita de la Terra 12.720 satèl·lits, dels quals 5.200 encara estan en funcionament. La xarxa de seguiment espacial controla vora 30.000 peces susceptible d’originar impactes, originats per les més de 630 col·lisions, explosions o altre fet anòmal que hagi pogut causar la fragmentació de les peces.

Amb aquestes xifres s’estima que existeixen més de 750.000 objectes majors d’1 cm en òrbita de la Terra que podrien originar danys en cas de xocs. Es mouen a una velocitat al voltant dels 30.000 km/h, o sigui, entre 8 i 9 km/s, per tant cal conèixer les seves trajectòries per calcular possibles punts de col·lisió per tenir temps de fer les maniobres d’escapatòria convenients. Els objectes entre 1 mm i 1 cm passen dels 130 milions, total unes 10.000 tones en pes.

Tan la NASA com l’ESA i altres ens espacials intenten promoure mètodes per capturar i destruir els objectes existents, però és una feina inabastable. Hem estat llançant coets i satèl·lits a l’espai durant tant anys que ara no podem desfer la feina. Ningú havia previst que l’òrbita de la Terra fos una deixalleria de unes mides tant impressionants.

Recreació artística (NASA)

I no anem per bon camí, succeeix el mateix amb el coets que enviem a la Lluna, també l’estem convertint en una deixalleria. El 1959 ja es va estavellar el primer, la nau Moon 2  de l’URSS i fa poc el Chang’e 5 de la Xina a la cara oculta.

La forma ideal de treballar a l’òrbita terrestre, seria deixar caure les peces inservibles de tal manera que es cremessin a la reentrada i contacte amb l’atmosfera, però això no estava previst i encara estan donant voltes al planeta. A la llarga cauran, però caldrà esperar molts anys.

No és aquest l’únic problema de contaminació a l’espai, ara les grans empreses tecnològiques en comunicació volen posar milers de nous satèl·lits en òrbita, com els 12.000 de l’Starlink d’Elon Musk per fer una internet global. El resultat serà que contaminarem l’espai i ja no el tornarem a veure net mai més.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 278 del febrer de 2023

El Gran Viratge

Quan observem un dibuix del Sistema Solar amb la representació de tots els planetes, veiem que partint del costat del Sol, trobem que per mides, entre Mercuri, el primer, i Júpiter, el més gran, els cinc es troben per ordre. Tots excepte Mart, que és més petit que la Terra.

A més, al costat seu trobem una zona, la del cinturó d’asteroides, on no hi ha cap planeta. Dona la sensació que n’hauria d’haver un, però que no ha pogut créixer.

Els astrònoms experts en Ciències Planetàries han intentat trobar-hi una explicació: la del Gran Viratge, en anglès la coneixen com el Grand Track. Tot plegat un terme mariner, un cop de timó i canvies la direcció del planeta. Com si fos tan senzill!.

Segons aquesta teoria, (Walsh, 2011- Univ. de Niça) en el núvol protoplanetari que hi havia al voltant del Sol primitiu es van formar els planetes gasosos abans que els rocallosos, els més propers al Sol. En aquest núvol, hi ha una zona nomenada la línia de gel, que es troba uns -120ºC cap a la meitat de l’actual cinturó d’asteroides. Aquí, el núvol està prou fred perquè els compostos d'hidrogen, com l'aigua, amoníac i metà puguin condensar-se en grans de gel sòlid.

Així Júpiter i Saturn es van poder formar en aquesta zona, però a causa d’alguna inestabilitat produïda pel núvol de material existent cap el Sol, es va moure des de la seva posició inicial, a unes 3,5 UA  (1 UA equival a la distància entre la Terra i el Sol, uns 150 milions de quilòmetres). I Júpiter va arrossegar Saturn cap a l’interior del sistema solar, on van continuar capturant material per a créixer.

D’aquesta forma van arribar a situar-se només a una distància entre 1,5-2 UA en només uns cent-mil anys. Aquí va ser quan es va embolicar la troca. Aquesta zona estava molt plena de planetesimals, nom dels planetes molt petits en formació. Una part van sortir empentats cap el Sol, altres cap a l’exterior. L’aturada d’aquest viatge cap a l’interior es va produir quan els dos planetes gasosos van entrar en ressonància gravitatòria. 

El resultat va ser que van netejar de material aquesta zona, que és la que li correspondria a Mart i al cinturó d’asteroides, A més, quan van entrar en aquesta ressonància, per qüestions físiques, manteniment del moment angular, van tornar a emigrar cap a l’exterior, fins a la posició en la que es troben actualment. Aquest nou trànsit va tornar a alterar el material del cinturó d’asteroides i una part van ser llançats cap a l’exterior, el cinturó de Kuiper.

Després d’aquest trasbals, el cinturó d’asteroides va quedar molt minvat de material, però poblat per planetesimals rics en components volàtils, que van assegurar, en posteriors xocs amb la Terra, que aquesta incorporés l’aigua que portaven.

Aquesta falta de material explicaria el perquè de la pregunta inicial, perquè Mart és més petit i el cinturó tan pobre. Tot la culpa la té Júpiter, amb Saturn, i els seus desplaçaments.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 277 de gener de 2023

Nanes vermelles

Quan a la nit mirem el cel, podem veure moltes estrelles, segons el lloc i la contaminació lumínica que ens envolti, seran més o menys. Si ens hi fixem una mica més veurem que algunes es mostren de color blanc, com Sírius del Ca Major, de color blau com Rigel del Caçador d’Orió o de color vermell com Betgelgeuse a la mateixa constel·lació. Ara bé, mai veurem una estrella de color verd, les lleis de la física no ho permeten.

Totes les estrelles que podem veure a ull nu son estrelles grans, més grans que el nostre Sol. Però el que desconeixem és que aquestes només son el 25% del total d’estrelles de l’univers. La resta son estrelles nomenades nanes vermelles (NV). A un ull no en podem veure ni una. Son estrelles més petites i fredes que el Sol. Les més properes tenen, de mitjana, un 8% de la seva massa i una temperatura superficial de només 2.000ºC en comparació amb els 6.000ºC del Sol. De fet, son les estrelles més fredes de l’univers.

La NV més propera a nosaltres és Proxima Centauri, es troba a uns quatre anys-llum, impossible de veure si no és amb un bon telescopi. Altra també coneguda és l’estrella de Barnard és la que es mou més ràpidament pel cel.

Encara que les NV es troben dins de la seqüència principal (una forma de classificar les estrelles), estan a la part baixa, per sota seu només tenen les nanes marrons. Aquestes ja no poden ni fusionar hidrogen per falta de temperatura.

Com mitjana general, tenen masses entre un 8 i un 60% de la massa del Sol, amb una temperatura en superfície entre 2.300 i 3.800 K. La seva lluminositat no arriba ni al 10 % de la del Sol, amb casos que no arriben ni a l’1%. El que sí tenen son intensos camps magnètics, com el Sol, el que provoca grans flamarades, que podrien afectar als possibles exoplanetes que tinguessin a prop.

La vida d’aquest tipus d’estrelles és de diversos centenars de milers de milions d’anys, més que la vida de l‘univers. Això és conseqüència del ritme lent de cremar hidrogen, mitjançant la coneguda reacció protó-protó, i al fet que en el seu interior la transmissió de la radiació és via convectiva, no radiativa. 

Aquestes dues qualitats, abundància de NV i llarga vida, les fan les candidates més adients per a fer estudis dins de la Via Làctia, especialment els de gran escala. També son molt interessants per a estudiar exoplanetes, ja que en poder-se trobar aquests més a prop de la seva estrella, les seves òrbites son més curtes i passant més sovint pel davant, facilitant la detecció pels mètodes del trànsit i de la velocitat radial.

Segons l’Observatori Europeu Austral s’estima que poden haver 60.000 milions d’exoplanetes potencialment habitables en sistemes de nanes vermelles tan sols a la Via Làctia. El nou telescopi espacial James Webb, substitut del Hubble, i que es va llançar el desembre del 2021, ens ho permetrà estudiar millor.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 277 del desembre de 2022

Si no fos perquè...

1- Estem a un barri tranquil de la nostra galàxia, la Via Làctia, on no tenim estrelles properes que puguin explotar com supernoves, ni altres estrelles que poguessin afectar a la formació del nostre sistema planetari al voltant del Sol

2- Tenim una estrella normal il·luminant el nostre planeta, quan podria haver estat una estrella tipus nana vermella que podria haver esterilitzat el planeta amb les seves radiacions

3- La distància que ens separa de la nostra estrella és l’adequada per situar-nos en una zona habitable, on l’aigua es manté en estat líquid

4- Tenim un camp magnètic generat pel nucli intern del planeta, sòlid i calent, però externament parcialment líquid, i que al girar l’origina tal com una dinamo

5- Aquest camp magnètic ens defensa del vent solar, desviant-lo, i permetent que es mantingui l’atmosfera formada per nitrogen i oxigen, i puguem respirar

6- La mida del planeta és l’adequada per mantenir aquesta escalfor interna i no es refredi massa ràpidament, com li va passar a Mart

7- Tenim planetes exteriors grans que ens protegeixen de possibles impactes d’asteroides

8- Vam patir un xoc catastròfic amb un altre cos que ens va generar la lluna i va modificar el nostre eix de rotació

9- Tenim un satèl·lit, la lluna, que ens protegeix d’impactes exteriors i que estabilitza la nostra rotació per efecte de les marees

10- La inclinació de l’eix de rotació del planeta que ha permès l’existència d’estacions, amb una variació suau, però necessària, de les temperatures

11- Les plaques tectòniques sota l’escorça del planeta, que es trenquen i mouen, permetent l’existència de volcans, on escapa part de l’escalfor interna del nucli i regenera el carboni del que estem formats, un 18% del pes corporal

12- Tenim els volcans que van ajudar a provocar el canvi d’atmosfera del planeta, pel fet d’emetre metà, que, per efecte hivernacle, va fer pujar la temperatura mitjana del planeta de -18ºC a uns 15ºC i va permetre generar aminoàcids

13- L’aparició dels primers organismes (cianobacteris) que feien fotosíntesi, combinant anhídrid carbònic i aigua per produir sucres i alliberar oxigen a l’atmosfera

14- L’equilibri tèrmic que ens permet l’atmosfera, entre el carboni, nitrogen i oxigen, que deixa refredar el planeta de mica en mica, de forma prou controlada. Ni massa lent ni massa ràpidament

15- El bombardeig dels cometes que ens van aportar l’aigua suficient

16- L’oportuna característica de l’aigua de ser polar (presenta una zona amb càrrega elèctrica positiva i l’altre negativa) que li permet una actuació com dissolvent universal

17- El gel d’aigua, per ser polar, suri al damunt de l’aigua líquida i permeti que en els llocs on es troba serveixi com protecció de la part líquida, per sota, evitant que tota ella es congeli, com seria el cas d’un llac

Tots aquests factors sumats i tots a favor, van permetre l’aparició de la vida a la Terra. Si qualsevol hagués fallat, no hi seríem.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 275 de novembre de 2022

Hi ha aigua a Mart?

Des l’antiguitat tots els humans han quedat fascinats pel petit punt vermell que errava pel firmament. Era el planeta Mart, conegut pel nom del déu de la guerra dels romans. Sobre aquest planeta s’han escrit, i imaginat, moltes característiques. Des dels canals de Schiaparelli, el 1877, al suposat descobriment de vida a les restes d’un meteorit trobat a l’Antàrtida i de nom ALH 84001. Cap dels dos supòsits s’ha confirmat. 

Avui en dia, el que preocupa els científics no és saber si a Mart hi ha vida o no, sinó saber si hi ha aigua. Així a la dècada de 1970, la NASA ja va enviar les sondes Mariner i Viking a prendre fotos de la seva superfície. Aquestes van enviar fotos del que semblaven antigues lleres de rius, llacs, canons o deltes. Posteriorment els orbitadors Mars Odyssey (2001), Mars Reconaissance Orbiter-MRO (2006) o els exploradors de superfície, com l’Spirit i Opportunity (2004), van detectar gel sota la superfície de Mart a latituds polars i mitjanes. 

Al 2015, quan la MRO analizava les escorrenties d’aigua a les vores dels cràters, va observar que en canviava la reflectivitat, eren més brillants, a l’estiu. Aquesta observació els va portar a proposar que arribava a fluir aigua líquida, per un curt espai de temps, amb un alt contingut en sals, major d’un 5%, com si fos una salmorra. 

Al 2019 i utilitzant dades dels dos orbitadors, la NASA va publicar que a algunes zones de la regió d’Arcadia Planitia existien dipòsits de gel a només 30 cm sota el sòl. A altres indrets s’han caracteritzat roques amb minerals hidratats, com sulfats, carbonats, silicats i hidròxids. Aquestes dades han permès confirmar que l’aigua va fluir pel planeta i es va cumular a un gran oceà a l’hemisferi nord i a diversos llacs al sud, fa uns 3.500-4.000 milions d’anys. 

L’evidència més directe de l’existència d’aigua líquída va arribar abans, el 2018, de les dades de l’orbitador Mars Express (2003) de l’ESA, quan astrofísics de l’institut d’Astrofísica d’Itàlia, van concloure que les dades rebudes pel radar MARSIS eren compatibles amb l’existència d’una gran massa d’aigua líquida de 20 km de diàmetre i 1 metre d’espesor a la zona del pol sud marcià. 

S’ha estimat que aquesta aigua és a -68ºC i que es pot mantenir en esta líquid degut a la gran concentració de sals en forma de perclorats i altres sals amb sodi, magnesi i calci. Aquest fet de no congelació a tan baixa temperatura, es coneix com efecte crioscòpic. No es tracta d’un llac sinó d’una zona de roca porosa xopa d’aigua, com un fang de roca i aigua. De fet aquest radar només ha explorat el 10% de la superfície marciana. 

El mateix orbitador va obtenir imatges del cràter Korolev, al pol nord marcià, el mateix any 2018, i l’estudi va permetre calcular que està ple d’aigua en estat sòlid en els seus 80 km de diàmetre i amb un gruix proper als 2 km. 

En conclusió, sí que hi ha aigua al planeta Mart i aquesta serà la que beuran els nostres astronautes quan hi arribin.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 274 de l'octubre de 2022

Venus (i 2)

A l’any 1962 els EUA van enviar la Mariner-2, que va conduir a una determinació exacta de la massa del planeta. La Mariner-10 va sobrevolar Venus camí de Mercuri. La NASA també llançà dues sondes més el 1978 dins del programa Pioneer Venus. Una va estar en òrbita durant 10 anys i va deixar anar tres petits vehicles per estudiar l’atmosfera. La missió Magallanes també va estudiar la superfície de Venus el 1989 durant cinc anys.

El 2005 l’ESA va llançar la missió Venus Express i durant nou anys va estudiar la seva atmosfera. 

El Japó (JAXA) va llançar la sonda Akatsuki el 2010, però per una fallada no va poder entrar en òrbita fins el 2015. El seu objectiu era estudiar-ne l’atmosfera, la gran desconeguda.

Aquestes sondes ens permetran conèixer millor les temperatures, el perquè de vents de fins a 380 km/s, de núvols diferents i de composicions diferents segons les alçades.

El 2020 va saltar la notícia de la detecció de fosfina, o fosfè, a la seva atmosfera. Aquest fet és interessant doncs el fosfè està considerat com un biomarcador, per tant la seva detecció podria indicar l’existència de vida. Posteriors estudis han confirmat que les línies espectrals assignades al fosfè eren del diòxid de sofre (SO2), que les presenta molt properes, per tant el recorregut de la suposada vida a Venus ha estat molt curt.

Fent un cop d’ull enrere es veu que aquest planeta segueix sent un gran misteri per resoldre i que sabem molt poc de la seva superfície i de la seva atmosfera. Les imatges en infraroig obtingudes per les sondes indiquen unes anomalies tèrmiques que portarien a una possible activitat volcànica. Tampoc sabem la raó del gan cataclisme que va ocórrer fa 600 milions d’anys ni com era el planeta abans. Respecte de l’atmosfera, tenim un gran desconeixement del que passa per sota dels 40 km d’alçada, una regió que suposa més del 75% de la massa total, on s’acumula la major part de la seva energia i on succeeixen processos químics encara desconeguts.

Foto: NASA

Tampoc es coneix quina mena d’interacció pot existir entre la superfície i l’atmosfera del planeta, ni si  aquesta pot haver intervingut en la frenada i inversió de la seva pròpia rotació.

El darrer descobriment ha estat la confirmació de  l’existència d’un tènue anell de pols orbitant Venus  en ressonància 1:1. Ha estat fet per la Sonda Solar  Parker, després de fer set voltes al Sol entre 2019 i  2020, l’ha pogut fotografiar de forma completa per  primer cop. És un anell que podria haver sobre-viscut  des del principi del sistema solar.

De cara al futur, el 2024 l’Índia vol enviar-hi una sonda amb un orbitador per a estudiar els dos temes, superfície i atmosfera, i deixarà anar dos globus per circular entre mig dels núvols. L’ESA també vol llançar la missió EnVision amb igual objectiu cap el 2032.

De igual manera Roscosmos, conjuntament amb la NASA, treballen per una missió conjunta, la Venera-D, cap el 2026 o 2031, que a més d’estudiar-ne la superfície i atmosfera, deixaria caure un mòdul d’aterratge damunt la seva superfície amb la confiança de que treballi, al menys 24 hores, abans de ser destruït per l’àcid sulfúric.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 272 de l'agost de 2022