Mart

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

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

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

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

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

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

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

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

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

La Matèria fosca

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

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

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

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

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

Els candidats actuals a formar aquesta matèria fosca són:

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

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

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

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

La Via Làctia (2)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Radioastronomia

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Un Univers del no res

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

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

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

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

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

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

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

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

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 223 del juliol de 2018

Nanes vermelles i exoplanetes

La meitat de les estrelles tenen algun tipus de planeta. En el nostre veïnat, posem una esfera de 300 anys-llum de radi, poden existir uns 3.700 exoplanetes.

La majoria de les 300 estrelles més properes al Sol son nanes vermelles (NV). Aquestes representen un 70% del total d'estrelles de la Via Làctia. Son més fredes que el Sol, superficialment arriben fins a 3.500º C, en lloc dels 6.000º C del nostre astre i no poden arribar a cremar heli, només hidrogen, com combustible nuclear. Viuen fins a 100 vegades més anys que la nostra estrella. També tenen una massa més petita, entre un 8 i un 50% del Sol.

Dels diversos mètodes per a detectar exoplanetes, principalment el de velocitats radials i el trànsits, les NV ofereixen entre 50 i 200 cops més de facilitats per a trobar-los al seu voltant. Aquest exoplanetes tenen el període de translació més curt i es troben més a prop de la seva estrella, és a dir son sistemes més compactes. En proporció estarien més a prop que Mercuri del Sol. Així el seu trànsit pot ser de 20 dies quan el de la Terra és d'un any.

Encara i tot de trobar-se tan a prop de la seva estrella, NV, aquest planetes es troben dins de la zona habitable atès que aquest tipus d'estrelles son més fredes. La zona habitable es considera la que permet que al damunt de la superfície de l'exoplaneta estudiat hi pugui haver aigua líquida, o sigui, estigui entre 0 i 100º C. Per tan, susceptible de contenir vida tal com l'entenem.

Fins el 2016 s'havien identificat 496 estrelles segons el program Pale Red Dot. Aquesta investigació dirigida per l'astrònom nascut a Ullastrell (Barcelona) el 1979 i que treballa a la Universitat Queen Mary a Londres, va ser la que va identificar l'exoplaneta proper a Pròxima Centauri B a l'agost de 2016.

Actualment estan estudiant altres dues estrelles NV, la de Barnard i la coneguda com Ross 154, ambdues properes al sistema solar.

El que ara intentaran serà caracteritzar l'exoplaneta. Saber si té atmosfera i veure si existeixen biomarcadors en ella, com anhídrid carbònic CO₂, ozò O₃ i metà CH₄. Per ara, no tenim cap indici de que no és habitable, encara que no ho sabem. Cal estudiar la quantitat d'aigua inicial que tenia l'exoplaneta, veure quants ha perdut com volàtils, per la radiació rebuda degut a la seva proximitat a l'estrella. També caldrà estudiar si posseeix camp magnètic que la protegeixi o no i com actuen sobre ella la força de marea que la poden fer escalfar.

El mateix com si estudiéssim el nostre planeta. Cal fer un estudi complert per conèixer les condicions originals de creació de l'exoplaneta i veure quina ha estat la seva evolució

Si estiguéssim a la superfície d'aquest exoplaneta veuríem la NV, el seu sol, tres cops més gran que el nostre Sol en el cel i rebríem 60 cops més de radiació.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 222 del juny de 2018

MareNostrum

Tal com ho defineix el seu Director associat, en Josep M. Martorell, el Supercomputador d'alta eficiència MareNostrum de Barcelona és un accelerador per la ciència i un productor d'innovació. Aplicable a totes les ciències i amb l'objectiu de transferir el seu coneixement a la societat.

Es va instal·lar a Barcelona fa una mica més de 10 anys, el 2005, i proveeix de serveis de computació a tota la comunitat científica europea. Porta a terme investigacions en profunditat per diferents camps i col·labora amb múltiples centres de recerca i desenvolupament tecnològic dins de diferents sectors de la societat. Abans, des del 1991, era el Centre Europeu de Paralel·lisme de Barcelona (CEPBA). Com ara però en menor escala.

Es troba a la part alta de Barcelona dins del paraigües de la UPC, situat dins d'una església dessacralitzada de la Torre Girona a Pedralbes. Té una superfície de 12.000 m² i hi treballen uns 500 experts i professionals en R+D en disciplines tan variades com matemàtiques, física, química, biologia, geofísica, etc., i la seva recerca es focalitza en quatre camps: Ciències Computacionals, Ciències de la Vida, Ciències de la Terra i Aplicacions Computacionals en Ciència i Enginyeria.

Així es dedica a química computacional i ciència dels computadors, genòmica, bioinformàtica, canvi climàtic, meteorologia. Totes les simulacions necessàries no es podrien dur a terme sinó es disposés d'un supercomputador d'alta eficiència com aquest.

Aquesta màquina és capaç d'efectuar milers de milions d'operacions per segon. Seria com tenir 10.000 ordinadors personals treballant alhora. De fet, els seus components són els mateixos que els ordinadors personals però en grans quantitats i connectats amb una xarxa d'alta velocitat de fibra òptica i amb un bon programari. El seu sistema operatiu és SUSE Linux Enterprise Server 12 SP2.

La versió actual del MareNostrum ja és la quarta. Treballa 24 hores diàries els 365 dies a l'any ocupant més del 90% de la seva capacitat. Té una capacitat de 13.7 petaflop/s de potència de computació i un espai de disc superior als 14 petabytes. Està fabricat per IBM amb una arquitectura iDataPlex. Els flops mesuren la potència de computació i peta equival a 10 elevat a la 15^a potència.

Durant els 11 anys que porta en marxa a desenvolupat més de 3.000 projectes científics. Del seu temps, un 24% l'utilitza la Xarxa Espanyola de Supercomputació, un 70% la xarxa europea PRACE i el 6% restant pels investigadors del propi BSC.

Els seus projectes principals actualment son Human Brain Project (Projecte Cervell Humà) que proveeix de models i mètodes que permeten simular el cervell humà a diferents nivells i el PanCancer Analysis of Whole Genomes (Anàlisi de Genomes Complets de Pancàncer), una col·laboració internacional per identificar patrons comuns de mutacions en més de 2.800 genomes de tots els tipus de càncer de pacients de tot el món.

Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 221 de maig de 2018