II. EL UNIVERSO

¿UN HOYO NEGRO AMENAZA A LA TIERRA?

La Jornada, 1 de marzo de 1993

Hoy en día no basta hacer un descubrimiento científico importante. Hay que saber, además, "vender el producto" para no quedar fuera del presupuesto destinado a la ciencia y del circuito de premios. Atrás quedaron los científicos encerrados en su mítica torre de marfil, pues a ellos no les tocará nada.

Hace algunos días apareció en la prensa una noticia según la cual la Tierra estaría amenazada por un gigantesco hoyo negro que se descubrió en el centro de la Vía Láctea. La información se originó, al parecer, en una conferencia de prensa ofrecida por los astrónomos que hicieron el descubrimiento.

La historia, en realidad, no es muy nueva. Para empezar, recordemos que un hoyo negro es una concentración muy grande de masa, cuya atracción gravitacional es tan fuerte que no permite que la luz, ni ninguna señal o cuerpo material, pueda escapar de su superficie. De acuerdo con los conocimientos actuales de la astrofísica, las estrellas brillan por las reacciones nucleares que se producen en sus centros, tal como gigantescas bombas atómicas. Cuando se agota el combustible nuclear, las estrellas se enfrían y empiezan a contraerse bajo su propia fuerza gravitacional. Las estrellas mucho más masivas que el Sol pueden convertirse así en hoyos negros, concentraciones de materia de sólo unos cuantos kilómetros de radio (incidentalmente, ése no es el destino del Sol, que se convertirá en enana blanca dentro de unos 5 000 000 000 de años).

Sin embargo, las estrellas masivas podrían no ser el único origen de los hoyos negros. En los últimos años se han descubierto evidencias de que fenómenos muy extraños suceden en los núcleos de las galaxias. Recordemos que las estrellas se agrupan en galaxias, que son conglomerados de miles de millones de estrellas. La Vía Láctea que se puede observar en un cielo nocturno muy despejado es en realidad una galaxia a la que pertenece nuestro Sol.

Con el adelanto de las técnicas astronómicas se ha descubierto que muchas (quizás todas) galaxias tienen concentraciones extremadamente grandes de materia (estrellas y gas ionizado) en sus centros. Hasta ahora, la única explicación que se tiene es que existe algún cuerpo cuya masa equivale a la de varios millones de estrellas, que mantiene unidas a las estrellas. Según los conocimientos actuales de la física, tal cuerpo sólo podría ser un hoyo negro. Pero tampoco se puede excluir algún fenómeno totalmente desconocido.

Lo interesante es que incluso nuestra galaxia muestra evidencias de estos extraños fenómenos en su centro, tal como lo informó la prensa recientemente.

Ahora, en cuanto a la parte sensacionalista de la noticia, hay que aclarar que un hoyo negro, a gran distancia, atrae gravitacionalmente como cualquier cuerpo masivo en el Universo: con una fuerza que disminuye como la distancia al cuadrado, tal como lo descubrió Newton hace ya tres siglos. Y, por otra parte, que el centro de nuestra galaxia se encuentra a una distancia tal que la luz tardaría 30 000 años en llegar ahí (cuando tarda un segundo en ir de la Tierra a la Luna). Si a alguien le preocupa un encuentro con un hoyo negro, debería preocuparse antes con la posibilidad, menos remota, de que la Tierra caiga al Sol, lo cual no es posible a menos de que una estrella pase muy cerca de nuestro Sistema Solar y perturbe drásticamente la órbita terrestre.

Para tranquilizar a los lectores aclaremos que la estrella más cercana al Sol se encuentra a una distancia que le tomaría a la luz cuatro años recorrer; y esa estrella definitivamente no se mueve en nuestra dirección.

LAS NUBES MÁS VELOCES DE LA GALAXIA

Reforma, 20 de octubre de 1994

Cosas extrañas suceden en el Universo. A medida que se perfeccionan los instrumentos de observación (telescopios gigantes, satélites, radiotelescopios, etc.) se revela la imagen de un universo en extremo violento y turbulento, donde se liberan en instantes cantidades de energía comparables a las de miles o millones de estrellas. El universo apacible en el que brillan tranquilamente los astros ya es un concepto del pasado.

¿Por qué apenas ahora nos percatamos de esos fenómenos tan violentos? La razón es sencilla: nuestros ojos sólo son sensibles a la luz visible. La luz, en general, es una onda o radiación electromagnética que se manifiesta en diversas formas: ondas de radio, luz infrarroja, visible y ultravioleta, rayos X y gamma. Si pudiéramos ver directamente esas otras radiaciones, el aspecto del Universo sería muy distinto. Es apenas en este siglo que se han podido fabricar detectores sensibles a todas esas radiaciones, para así compensar las limitaciones de nuestros sentidos.

Gracias a los radiotelescopios, que empezaron a construirse justo después de la segunda Guerra Mundial, fueron descubiertas numerosas galaxias que emiten cantidades colosales de energía en forma de ondas de radio (las galaxias son conglomerados de miles de millones de estrellas). En los casos más extremos, la radiación no proviene de las estrellas, sino de gigantescas nubes de gas que parecen fluir desde la región central de la galaxia. El caso más interesante es el de los cuasares, descubiertos en los años sesenta. A través de un telescopio óptico (es decir, sensible a la luz visible) un cuasar tiene la apariencia de una estrella común, pero el análisis de su luz revela, que son los objetos más distantes del Universo. Por medio de radiotelescopios se ha descubierto que algunos cuasares eyectan chorros de gas a velocidades cercanas a la de la luz. Hasta ahora nadie sabe con certeza cuál es el mecanismo físico que produce un cuasar, aunque hay algunas hipótesis al respecto, basadas en la presencia de una gigantesca concentración de masa, (quizás un hoyo negro) que forma un torbellino de gas, el cual funcionaría como una especie de cañón doble. ¹

Hasta ahora se creía que estos fenómenos ocurren en las regiones más remotas del Universo, de donde la luz tarda miles de millones de años en llegar hasta nosotros. Pero en marzo de este año, los radioastrónomos latinoamericanos Luis F. Rodríguez, del Instituto de Astronomía de la UNAM, y Félix Mirabel, del Centro de Saclay en Francia, descubrieron un curioso objeto, parecido a un cuasar en miniatura, ubicado en la Vía Láctea, nuestra propia galaxia.

Se trata de una fuente radioemisora doble, con el nombre poco sugestivo de GRS1915+105, que había sido detectada previamente como una fuente de rayos garnma. Las observaciones radioastronómicas revelaron que consta de dos grandes nubes de gas que se mueven en direcciones contrarias a una velocidad de 275 000 kilómetros por segundo, casi tan rápido como la luz (de hecho, las nubes aparentan moverse más rápido que la luz debido a una ilusión óptica relacionada con el retardo de las señales luminosas). Todo indica que el objeto está a unos 40 000 años luz de distancia (es decir, su luz tardó 40 000 años en llegarnos), lo cual lo sitúa prácticamente dentro de nuestra pequeña vecindad en el Universo.

Los cálculos muestran que las dos nubes se encuentran a una temperatura de unos 1 000 000 000 de grados y poseen una masa equivalente a un tercio de la de la Luna. La explosión que separó esas nubes duró cerca de tres días, durante los cuales la misteriosa máquina central que las expelió gastó la energia de 100 000 000 de soles juntos. Si no vimos la explosión en el cielo nocturno es porque prácticamente no emitió luz visible.

¿Qué produjo esa tremenda explosión? Hasta ahora es un misterio. Seguramente muchos astrofísicos invocarán la hipótesis de un hoyo negro que produce un remolino de gas incandescente, a través del cual fluye la materia que el hoyo no llega a engullir. Esta hipótesis explica algunas propiedades de los cuasares (mas no todas), pero es dudoso que se pueda aplicar a GRS1950+105. Es más probable que hayan intervenido fenómenos físicos que por ahora nos son totalmente desconocidos. Como decía Hamlet: "Hay más cosas en el cielo y la Tierra, Horacio, que las que se sueña en tu filosofia."

VIAJE A LAS ESTRELLAS: ¿REALIDAD O ILUSIÓN?

Reforma, 10 de noviembre de 1994

Uno de los más grandes sueños de la humanidad es viajar por el espacio cósmico, visitar otros mundos y tal vez hacer contacto con otras civilizaciones. A primera vista, este sueño no parece tan irrealizable si tomamos en cuenta que ya varios vehículos espaciales se han posado sobre la Luna y Marte, y algunos han llegado hasta los planetas más remotos. ¿Qué tan factible es dar el siguiente paso y llegar a las estrellas?

Para darnos una idea de las distancias cósmicas, la luz emitida por el Sol tarda unos ocho minutos en llegar a la Tierra y cinco horas y media en alcanzar Plutón, el planeta más lejano del Sistema Solar. Pero, más allá de Plutón, existe un enorme abismo hasta la estrella más cercana, Alfa Centauri (en la constelación del Centauro); la luz de este astro vecino tarda cuatro años en recorrer la distancia que lo separa de nosotros. Esto, a su vez, es una insignificancia en comparación con el tamaño de una galaxia. Nuestro Sol se encuentra en la periferia de una galaxia compuesta de miles de millones de estrellas, y la luz tarda cerca de 100 000 años en atravesarla de un lado a otro.

Debido a las enormes distancias interestelares, la tecnología espacial actual es del todo inadecuada para llegar a una estrella, incluso la más cercana. La velocidad típica de un vehículo espacial utilizado hoy en día es de unos 10 kilómetros por segundo, pero a esta velocidad la nave tardaría más de 100 000 años en alcanzar Alfa Centauri.

Se puede especular que en el futuro se construirán vehículos mucho más rápidos, pero aquí aparece la primera limitación impuesta por la naturaleza. De acuerdo con la teoría de la relatividad de Albert Einstein, ningún cuerpo material puede moverse más rápido que la luz, cuya velocidad es de unos 300 000 kilómetros por segundos. Einstein demostró que un cuerpo material necesitaría una cantidad infinita de energía para alcanzar tal velocidad o, dicho de otro modo, todo el Universo usado como combustible no le sería suficiente. Este hecho fundamental se ha confirmado plenamente a lo largo del presente siglo.

Afortunadamente para los viajeros cósmicos, la misma teoría de la relatividad predice que el tiempo transcurrido en una nave espacial se contrae si ésta viaja a una velocidad muy cercana a la de la luz. Por ejemplo, un viaje de ida y vuelta a 99.99% de la velocidad de la luz y que tarde 70 años medidos en la Tierra, sólo duraría un año para los tripulantes (éstos regresarían más jóvenes que sus nietos). Esta contracción del tiempo resulta muy conveniente para los viajeros espaciales, pero sólo se produce a velocidades extremadamente cercanas a la de la luz. El problema principal, entonces, es alcanzar una rapidez casi luminaria, lo cual requiere cantidades colosales de energía.

Un cohete espacial como los que se utilizan en la actualidad sería un medio de transporte sumamente ineficiente para ir hasta las estrellas, y es que el cohete invierte casi toda su energía en transportar su propio combustible. Por supuesto, la carga sería menor mientras más eficiente sea el combustibl0...e, pero aun en el caso más ideal (por ejemplo, un combustible de materia y antimateria, como en algunas películas de ciencia ficción) un cálculo no muy complicado demuestra que toda la energía disponible en la Tierra sería insuficiente para que un cohete espacial se acerque a la velocidad de la luz.

Es más factible construir un vehículo espacial que se propulse de una manera menos convencional, aunque se mueva a una velocidad mucho más modesta que la luz. En los años cincuenta se desarrolló el llamado Proyecto Orión, en los EUA. Su objetivo era diseñar un cohete propulsado por bombas atómicas que explotarían contra un escudo colocado en la parte posterior de la nave; la fuerza de la explosión podría impulsar la nave hasta velocidades de unos 10 000 kilómetros por segundo. Los cálculos demostraron que la idea no era descabellada: por ejemplo, una nave espacial de unas 400 000 toneladas, propulsada por unas 300 000 bombas atómicas, llegaría en un siglo a Alfa Centauri. El viaje duraría demasiado (y la contracción relativista del tiempo sería insignificante), pero este inconveniente se podría compensar de otras formas: por ejemplo, por medio de hibernación, o —como lo propuso el físico Freeman Dyson, participante del proyecto— con colonias espaciales que se irían reproduciendo a lo largo del viaje (aunque queda la duda de cómo se comportarían los humanos en condiciones tan singulares: ¿vivirían en paz y armonía?). Se construyeron algunos prototipos impulsados por bombas comunes, pero el proyecto se detuvo en 1965, probablemente a raíz de la prohibición de explosiones nucleares en la atmósfera.

Un mecanismo de propulsión más interesante fue propuesto por R. Bussard en 1960. La idea consiste en dotar al vehículo espacial de un inmenso plato recolector para recoger el material interestelar. Este material es el que forma las nebulosas (inmensas y muy tenues nubes de hidrógeno y otros elementos) que se encuentran en el espacio cósmico. El material se utilizaría como combustible en un reactor de fusión nuclear y el procedimiento evitaría tener que transportar el combustible en la misma nave. El problema, sin embargo, es que el hidrógeno de las nubes interestelares es en exceso ineficiente para producir reacciones nucleares, y es poco probable que alguna vez se pueda aprovechar. Los reactores de fusión nuclear que actualmente se encuentran en etapa experimental utilizan deuterio como combustible, el cual es muy escaso en el espacio interestelar. De todos modos, el cohete de Bussard, o alguna de sus variantes, requiere una tecnología que está totalmente fuera de nuestras posibilidades actuales.

Por último, quedan posibilidades muchísimo más especulativas, como el viajar a través de túneles en el espacio-tiempo; de ello escribiremos en una próxima ocasión.

En resumen, quizá en un futuro muy lejano sea posible transportar algunos humanos a una de las estrellas más cercanas, suponiendo que tenga planetas habitables, aunque un viaje así tardaría siglos y requeriría cantidades de energía muy superiores a las consumidas actualmente en la Tierra. En vista de las inmensas dificultades en dar un brinco del Sistema Solar a una estrella, mejor nos hacemos a la idea de que la Tierra no es un planeta desechable y de que es el único que va a estar a nuestra disposición por un buen lapso de tiempo.

LA CÁBALA CÓSMICA

Reforma, 6 de abril de 1995

¿Por qué es el Universo tan grande? ¿Por qué son los átomos tan pequeños? La respuesta más sencilla es que los seres vivos estamos situados en un nivel intermedio entre la escala cósmica y la atómica, pues tenemos que estar compuestos de un inmenso número de átomos y a la vez ser suficientemente pequeños para caber en un planeta. De lo contrario no estariamos presentes para hacernos preguntas.

Tanto el nivel cósmico como el atómico tienen sus propias escalas de distancias y de tiempos. La evolución cósmica requiere tiempos del orden de miles de millones de años; se calcula la edad del Universo entre 10 000 000 000 y 15 000 000 000 de años. En el otro extremo, los procesos atómicos se producen con extrema rapidez; el intervalo más corto que ocurre en ese nivel es de unos10^-23 (es decir, 1/1 000 000 000 000 000 000 000 00) segundos, que equivale al tiempo que tarda la luz en recorrer una distancia que se interpreta como el radio de un electrón.

Si dividimos la edad del Universo entre ese tiempo atómico (ambos medidos en segundos o cualquier otra unidad de tiempo) obtenemos un número enorme, del orden de 10⁴⁰(un 1 seguido de 40 ceros). Este número es puro porque no depende de las unidades utilizadas (segundos, horas, siglos... ). No es éste el único número puro que se encuentra en la naturaleza. La fuerza que domina el comportamiento del Universo es la gravedad, mientras que los fenómenos atómicos están regidos por las fuerzas eléctricas y magnéticas. Es fácil calcular que la fuerza eléctrica entre un núcleo de hidrógeno y un electrón es unas 2.3 x 10³⁹ veces superior a la fuerza gravitacional entre esas mismas partículas. Este es también un número puro, curiosamente muy cercano al 10⁴⁰ con el que ya nos encontramos en un contexto totalmente distinto. ¿Coincidencia?

En los años treinta el gran científico inglés A. S. Eddington, a quien se puede considerar como el fundador de la astrofísica, elaboró una extraña teoría para explicar los números del Universo. La teoría de Eddington fue publicada póstumamente en 1946 y sus conclusiones son tan sorprendentes como incomprensibles. Por ejemplo, que el número de partículas en el Universo sería exactamente 3/2 X 136 X 2²⁵⁶ , lo que viene a ser aproximadamente 2 x 10⁷⁹ . (Se dice que Eddington se puso a calcular ese número durante una travesía transatlántica, pero parece que nunca terminó sus cuentas.) Además, la raíz cuadrada de ese número (que viene a ser algo como 10³⁹ ), multiplicada por ciertos factores que involucran los números p y 137, daría exactamente la razón de las fuerzas eléctricas y gravitacionales entre un núcleo atómico y un electrón, o la edad del Universo dividido por el tiempo atómico.

El número 137 es otro de los números puros que aparecen en la naturaleza; su inverso es una medida de las fuerzas eléctricas en el nivel atómico. Las mediciones modernas dan un valor de 137.036... para este número, pero en la época de Eddington sólo se conocía con precisión el primer dígito después del punto decimal y no faltó quien especulara que su valor exacto es un número entero. El número 137 desempeña un papel fundamental en la teoría de Eddington, ya que a partir de él deduce la razón de masas entre el electrón y el protón, la edad del Universo, su masa y su radio, etc. Algunos de sus resultados pudieron pasar como aceptables en su momento, pero ninguno ha sido confirmado por mediciones más precisas. Hoy en día la teoría de Eddington no pasa de considerarse el delirio excéntrico de quien fuera un brillantísimo científico en sus mejores tiempos. Es curioso, sin embargo, que no faltaran en su época distinguidos científicos que tomaran muy en serio su teoría. Y es que el impacto de un trabajo científico depende mucho más del nombre de su autor que de su contenido.

¿SE EXPANDE EL UNIVERSO?

Reforma, 27 de abril de 1995

Todo parece indicar que las galaxias se alejan unas de otras y, por lo tanto, que el Universo está en expansión. Sin embargo, la ciencia no debe ser un dogma y conviene revisar de vez en cuando los fundamentos de toda afirmación. Veamos en qué se basa la hipótesis de la expansión cósmica.

La única información que recibimos de una estrella o una galaxia (conglomerado de miles de millones de estrellas) es por medio de la luz. Al igual que la luz del Sol, la de una estrella o una galaxia, al pasar por un prisma, se descompone en los colores del arco iris —del rojo al violeta, más otras radiaciones invisibles—. Un examen más detallado de un arco iris revela la presencia de ciertas líneas sobrepuestas a los colores, en lugares bien determinados. Éstas, llamadas líneas espectrales, se deben a los átomos: cada elemento químico tiene su propio conjunto de líneas, como si fueran huellas digitales que lo delatan. Gracias a ellas un químico puede determinar en un laboratorio de qué está hecho un gas; o un astrónomo puede deducir que las estrellas están formadas principalmente de hidrógeno y helio.

Además, las galaxias exhiben sus líneas espectrales sistemáticamente corridas hacia el lado rojo del arco iris. Este efecto se interpreta como una evidencia de que la fuente de luz se aleja a gran velocidad.

Cuando una ambulancia se acerca, su sirena se oye más aguda, mientras que se oye más grave cuando se aleja. Esto se debe a que las ondas sonoras se reciben más comprimidas o más alargadas, según si la fuente emisora se acerca o se aleja. Exactamente lo mismo pasa con la luz: las líneas espectrales de una galaxia que se aleja se desplazan hacia el lado rojo del arco iris, y el desplazamiento es proporcional a la velocidad de la galaxia. Éste es el llamado efecto Doppler.

Edwin Hubble, descubridor de la expansión del Universo..

Todas las galaxias lejanas exhiben un corrimiento de sus líneas espectrales, el cual es mayor mientras más lejos se encuentran. Si eso se debe al efecto Doppler, la conclusión es que el Universo está en expansión. Y entonces, alguna vez en el pasado, todas las galaxias estuvieron juntas, de acuerdo con la teoría de la Gran explosión.

Así, el corrimiento al rojo permite determinar la distancia a las galaxias más lejanas. El caso más extremo es el de los cuasares, unos misteriosos objetos con apariencia de estrella, descubiertos en los años sesenta, que presentan corrimientos al rojo tan grandes que, de acuerdo con el efecto Doppler, se alejarían con velocidades comparables a la de la luz y estarían a billones de años luz de distancia.

Muy pocos astrónomos en la actualidad dudan de la expansión del Universo. Sin embargo, no se puede excluir a priori algún otro fenómeno físico, hasta ahora desconocido, que también produzca un corrimiento al rojo. Por otra parte, se han encontrado algunas parejas de galaxias y cuasares con corrimientos muy distintos y que parecen estar físicamente unidos. La interpretación ortodoxa es que se trata de objetos sin ninguna conexión real, pero que se ven cerca casualmente, como cuando la Luna parece estar entre las ramas de un árbol. Pero los detractores han obtenido imágenes en las que se aprecian puentes gaseosos que parecen unir a los dos objetos cósmicos.

Uno podría pensar que la comunidad científica estaría interesada en aclarar la situación de una vez por todas y dirigir los telescopios hacia esos casos extraños. Por desgracia, los grandes telescopios del mundo están tan solicitados que se encuentran prácticamente vedados a los "herejes", a quienes el sistema se niega a conceder el beneficio de la duda.

Hay que reconocer que la teoría de la Gran explosión explica satisfactoriamente, además de la expansión, muchas propiedades del Universo a gran escala. Sin embargo, no está exenta de ciertas dificultades y sería interesante saber si el corrimiento al rojo se debe exclusivamente al efecto Doppler. Pero nos quedaremos con la duda por mucho tiempo a pesar de todos los grandes avances tecnológicos. En todos los campos de la ciencia hay, si no dogmas, sí inercia e intereses creados, porque cientos de científicos no van a reconsiderar tan fácilmente una teoría a la que han dedicado su vida profesional.

LA LUNA, LOS CLIMAS Y LA VIDA

Reforma, 21 de diciembre de 1995

¿Qué tan probable es la vida en el Universo? Existen miles de millones de estrellas en nuestra galaxia, y quizás alrededor de alguna se pudieron dar las condiciones para que surgiera cierta forma de vida. Pero, hasta ahora, se desconoce la probabilidad de que aparezca la vida, ya que esto depende de muchísimos factores aún desconocidos.

Para que un planeta albergue vida semejante a la nuestra, es necesario que posea una atmósfera, y que esté a tal distancia de una estrella que su temperatura permita el estado líquido del agua. También es importante que el planeta gire sobre sí mismo para repartir uniformemente el calor de la estrella sobre su superficie. Otro factor crucial es la estabilidad del clima. En el caso de la Tierra esta estabilidad está relacionada con la presencia de la Luna, como se ha descubierto recientemente.

Mercurio y Venus, los planetas más interiores, giran muy lentamente alrededor de sus ejes porque las fuerzas de marea del Sol han enfrenado la rotación de estos planetas desde que se formaron (un día mercurial o venusino dura varios meses terrestres). En cambio, la Tierra y Marte se encuentran más alejados del Sol y su fuerza de marea es menor, por lo que siguen girando sin grandes alteraciones (el día marciano es muy semejante al terrestre: 24 horas y 40 minutos).

Por otra parte, las estaciones en la Tierra se deben a que nuestro planeta gira sobre sí mismo con el ecuador inclinado unos 24 grados con respecto a su órbita alrededor del Sol. Las variaciones de temperatura entre verano e invierno son muy sensibles a esta inclinación; se ha calculado que si ésta fuera apenas un grado mayor, el verano en las regiones cercanas a los círculos polares sería 20% más caluroso y, en consecuencia, los hielos polares se fundirían más en el verano. De hecho, se sabe que ha habido pequeñas variaciones de la inclinación de la Tierra sobre escalas de tiempo de millones de años, las que están relacionadas con cambios climáticos importantes.

La inclinación del ecuador de un planeta puede variar por la influencia de Sol y de otros planetas. En principio, estos cambios son computables, pero los cálculos son tan laboriosos que, hasta hace poco, no se habían obtenido resultados concretos. Ahora, gracias al uso de supercomputadoras que realizan millones de operaciones aritméticas por segundo, ya se tiene una idea más clara de lo que sucedió y sucederá en el Sistema Solar. Un resultado inesperado es que un planeta pequeño pueda variar la inclinación de su ecuador en forma caótica, como un trompo que cabecea.

Lo que salva a la Tierra de ese comportamiento caótico es la Luna, cuya atracción gravitacional contribuye a estabilizar la rotación de nuestro planeta. Si no fuera por la Luna, la Tierra daría tumbos bruscos y los cambios climáticos serían tan violentos que la vida no hubiera podido desarrollarse. De hecho, Venus, que no posee satélite, gira en sentido contrario, como si estuviera volteada de cabeza. En el caso de Marte, cuyos dos satélites son demasiado pequeños, la inclinación de este planeta habría variado hasta en 10 grados y es probable, por lo tanto, que los veranos marcianos hace algunos millones de años hayan sido lo suficientemente calientes para que permitieran la existencia del agua; el hecho de que su inclinación actual sea parecida a la de la Tierra sería una mera casualidad. De los cuatro planetas interiores, llama la atención que sólo la Tierra, posea un satélite tan grande como la Luna. El origen de este astro es incierto. Una hipótesis es que se habría formado de los pedazos producidos por el choque de un planeta con la Tierra, poco después de la formación del Sistema Solar. De ser así, la presencia estabilizadora de la Luna sería el producto de una enorme coincidencia. A su vez, sin esa coincidencia, no se tendrían condiciones adecuadas para la vida. Tal parece que en la lotería cósmica ganamos un premio muy especial. No está claro a cuántos más les tocó.

NUEVOS PLANETAS

Reforma, 25 de enero de 1996

En octubre del año pasado los astrónomos anunciaron las primeras evidencias de un planeta alrededor de una estrella, en la constelación de Pegaso, a unos 50 años luz de distancia. El planeta, unas 150 veces más masivo que la Tierra, fue bautizado Belerofonte, nombre del héroe griego que montó al caballo alado Pegaso para matar a la Quimera (simbolismo al gusto).

La semana pasada, un grupo de astrónomos de la Universidad de Berkeley anunció el descubrimiento de otros dos planetas fuera de nuestro Sistema Solar. Se trata, en ambos casos, de planetas muy masivos, más grandes incluso que Júpiter. Si bien se esperaría que muchas estrellas posean planetas a su alrededor, tal como nuestro Sol, estos descubrimientos recientes vienen a confirmar que la existencia de planetas es un fenómeno bastante frecuente.

Los planetas no emiten luz propia y sólo son visibles porque reflejan la luz de la estrella alrededor de la cual giran. Por esta razón, es imposible detectar directamente un planeta cerca de una estrella lejana, aun con los telescopios más potentes. Para ello es necesario recurrir a alguna técnica de detección indirecta.

Así como el Sol atrae a los planetas a su alrededor y los mantiene girando en sus órbitas, los planetas también atraen al Sol y hacen que éste gire alrededor de un punto que no coincide exactamente con el centro solar. En la práctica, este movimiento del Sol es casi imperceptible debido a lo enorme de la masa solar en comparación con la de los planetas; Júpiter, por ejemplo, hace mover al Sol a una velocidad de unos 40 kilómetros por hora. La situación es semejante a la de un señor muy gordo que baila con una dama muy liviana; ella se moverá más rápido alrededor de su pareja, pero él también se bamboleará, aunque sea muy poco.

Ese movimiento de la estrella es detectable en principio y delata la presencia de un compañero de baile más liviano e invisible, que sólo puede ser un planeta. La luz emitida por una fuente luminosa en movimiento se recibe con mayor o menor energía según si esa fuente se acerca o se aleja; este cambio de energía es proporcional a la velocidad. En la práctica es sumamente difícil detectar tales cambios para velocidades de sólo algunos kilómetros por hora, pero el grupo de la Universidad de Berkeley ya domina la técnica, por lo que pronto tendremos noticias de muchos más planetas detectados.

Los dos planetas recientemente descubiertos están alrededor de las estrellas 70 Virginis, en la constelación Virgo, y 4 7 Ursae Majoris, en la Osa Mayor. Ambas estrellas se encuentran en el vecindario del Sol, a "sólo" unos 30 años luz, y se pueden ver a simple vista en una noche clara (pero obviamente no sus planetas).

El planeta alrededor de 70 Virginis es unas 3 000 veces más masivo que la Tierra, lo que equivale a nueve veces la masa de Júpiter. Se puede calcular, a partir de los parámetros de su órbita y las características de la estrella, que la temperatura superficial de ese planeta debe ser de unos 85 grados centígrados. Si el planeta es parecido a, Júpiter, podría tener una atmósfera y, en principio, agua en estado líquido; pero esto sólo es una hipótesis, pues la verdadera composición del planeta es imposible de determinar. El otro planeta es unas 1 000 veces más masivo que la Tierra y su temperatura calculada también podría, en principio, permitir la presencia de agua en estado líquido.

¿Qué se puede deducir de lo anterior? La principal conclusión es que los sistemas planetarios, como nuestro propio Sistema Solar, deben ser bastante frecuentes. De ahí a suponer que haya vida en alguno de esos planetas, como lo han sugerido algunos medios de comunicación, es pura especulación. Para la formación de la vida se necesita la conjunción fortuita de un enorme número de factores, muchos de los cuales ni siquiera se conocen. Después de todo, aparte de la Tierra, conocemos ocho planetas en nuestro propio Sistema Solar, algunos con satélites grandes, pero ninguno de ellos alberga vida.

LA VIDA EN EL UNIVERSO

Reforma, 15 de febrero de 1996

Hasta la fecha, y a pesar de los reportes sensacionalistas que aparecen de vez en cuando, no hay ninguna evidencia plenamente confirmada de que exista alguna forma de vida extraterrestre. Si la vida no es exclusiva de nuestro planeta, debe ser, por lo menos, un fenómeno bastante raro. Pero ¿qué tan raro? Hay que tomar en cuenta que la vida pudo surgir en la Tierra gracias a la conjunción excepcional de numerosas circunstancias. Así, por ejemplo, se ha calculado que si el radio de la órbita terrestre fuera sólo 5% menor, se produciría un efecto invernadero que haría evaporar el agua de los océanos. En el otro extremo, bastaría que la órbita terrestre fuera 1% mayor para producir largas eras de glaciaciones.

Así, para una estrella como el Sol, la vida sólo podría darse en una franja muy estrecha alrededor de ella. Por otra parte, sólo las estrellas parecidas al Sol, que no son las más comunes, permitirían la aparición de vida en algún planeta a su alrededor; las estrellas más masivas que el Sol evolucionan muy violentamente y las que son menos masivas emiten suficiente energía. Además, como mencionamos en una colaboración anterior, también es crucial el hecho de que la Tierra posea un satélite masivo como la Luna, ya que ésta estabiliza el eje de rotación terrestre y evita cambios bruscos de clima.

Una manera popular de estimar a grosso modo el número de civilizaciones extraterrestres con las que podríamos comunicarnos en nuestra galaxia es por medio de la fórmula de Drake. De acuerdo con esta fórmula, el número probable de tales civilizaciones se obtiene multiplicando el número total de estrellas en nuestra galaxia por: 1) la fracción de esas estrellas que son semejantes al Sol, 2) la fracción de ellas que tienen una masa en el rango correcto, 3) la fracción de las que poseen sistemas planetarios, 4) la fracción de sistemas planetarios con planetas habitables, 5) la fracción de planetas habitables en las que surge la vida, 6) la fracción de esos planetas en las que evoluciona una forma de vida inteligente, y 7) la fracción de civilizaciones extraterrestres que desarrollan y mantienen una tecnología avanzada.

Sólo los valores de algunas de esas fracciones son bien conocidos. Tomando en cuenta que existen del orden de 20 000 000 000 de estrellas en nuestra galaxia, los cálculos más optimistas sitúan entre 100 000 y 1000 000 el número de ellas que podrían poseer planetas con condiciones adecuadas para el surgimiento de la vida. Y dado el tamaño de la galaxia, habría una distancia promedio de unos 100 años luz entre cada uno de esos mundos habitables.

Pero el problema más importante consiste en que tenemos muy poca idea de cuál es la fracción de planetas habitables en la que efectivamente surge la vida, ya que, a pesar de muchos importantes avances, el origen de la vida permanece todavía, en buena medida, en la oscuridad. Recordemos que los seres vivos en la Tierra están formados esencialmente de proteínas y ácidos nucleicos, y si bien se ha logrado producir algunos de estos compuestos en condiciones de laboratorio, aún se está lejos de dar el enorme salto que representaría construir un organismo que se nutra y reproduzca como los seres vivos.

Se ha calculado que la probabilidad de que se combinen por puro azar las moléculas necesarias para la vida y formen los ingredientes básicos de los organismos vivos es semejante a la de ganar la lotería en un sorteo con... ¡un quintillón de boletos! Así, aun con un millón de planetas habitables en nuestra galaxia, la probabilidad de que haya una civilización como la nuestra en alguna de ellos sería de una en un cuatrillón. El hecho de que nosotros existamos se debería, pues, a un increíble azar, pero que les haya tocado la misma suerte a otros es demasiado esperar.

Queda, sin embargo, la posibilidad de que la vida no sea el producto del puro azar, sino tenga algún origen cósmico. De acuerdo con esta interesante hipótesis, la vida sería una especie de "epidemia" cósmica que se desarrollaría en los planetas que reúnen las condiciones apropiadas. En ese caso podría haber más mundos habitados, pero eso ya es otra clase de especulación.

HISTORIAS DE COMETAS

Reforma, 28 de marzo de 1996

En el quinto año del reino de Justiniano, en el mes de septiembre, un cometa fue visto durante veinte días [...] Ocho años después [...] otro cometa apareció [...] Las naciones, que miraban con asombro, esperaban guerras y calamidades de sus funestas influencias, y estas expectativas fueron ampliamente colmadas. Los astrónomos disimularon su ignorancia de la naturaleza de estas resplandecientes estrellas, pretendiendo representarlas como meteoros que flotan en el aire; y pocos entre ellos aceptaron las nociones simples de Séneca y los caldeos, de que son sólo planetas con periodos más largos y movimientos más excéntricos.

E. GIBBON, La decadencia y caída del Imperio romano

En tiempos antiguos, los cometas se consideraban portadores de malos augurios. Todavía en el siglo XVII, Milton comparaba a Satán con un cometa que "de su horrible pelo sacude pestilencia y guerra". Finalmente, lsaac Newton demostró que los cometas obedecen las mismas leyes físicas que los planetas y se mueven alrededor del Sol en órbitas muy elongadas, a diferencia de los planetas cuyas órbitas son casi circulares. Un capítulo entero de los Principia de Newton está dedicado a los cometas, y muy particularmente a uno que apareció en 1680 y le permitió comprobar su teoría. Al respecto se lee:

El doctor Halley, al observar que un notable cometa había aparecido cuatro veces a intervalos iguales de 575 años (en el mes de septiembre después del asesinato de Julio César; en 531 d.C., durante el consulado de Lampadius y Orestes; en 1106.... y a fines del año 1680... ) calculó su órbita y demostró que se trata del mismo cometa.

Halley recopiló las observaciones de muchos otros cometas. Su nombre está asociado al famoso cometa cuyas apariciones en 1531, 1607 y 1682 el astrónomo demostró que correspondían al mismo astro. La última visita del cometa de Halley, ya bastante deteriorado, ocurrió en 1985.

El gran historiador inglés del siglo XVIII, Edward Gibbon, en su monumental obra sobre el Imperio romano identificó siete apariciones del gran cometa de 1680 que menciona Newton. La primera se remonta al año 1767 antes de Cristo y estaría relacionada con un antiguo mito griego según el cual Venus habría cambiado de forma, color y curso. La cuarta aparición reportada por Gibbon ocurrió poco después de la muerte de César, en 44 a.C. La quinta tuvo lugar durante el reino de Justiniano, en 531, una de las épocas más trágicas de la historia europea, que se distinguió por terribles guerras, plagas y hambrunas. La sexta, en 1106, coincidió con las primeras cruzadas. La séptima, a fines de 1680, le tocó a Newton y sus contemporáneos. En cuanto al siguiente retorno del famoso cometa, previsto para 2255, Gibbon concluyó en tono profético que "quizás podrían confirmar los cálculos los astrónomos de alguna futura capital en los desiertos de Siberia o América".

Ahora sabemos que los cometas son pequeños pedazos de hielo que, al acercarse al Sol, despliegan una cola que llega a medir varios millones de kilómetros. Los cometas forman parte de nuestro Sistema Solar y se encuentran en la llamada Nube de Oort, más allá de la órbita de Plutón. Ocasionalmente, la atracción gravitacional de los planetas provoca la caída hacia el Sol de un cometa. Por lo general los cometas pasan cerca del Sol una sola vez y se alejan para perderse en el espacio; pero en algunos casos los grandes planetas llegan a perturbar de tal modo sus movimientos que sus órbitas se vuelven elipses muy alargadas; éstos son los cometas que regresan periódicamente.

Hace algunos años, el famoso astrónomo inglés Fred Hoyle y su colaborador N. C. Wickramasinghe retomaron la vieja teoría de la panespermia, según la cual la vida se originó en el espacio cósmico y "contaminó" la Tierra. Para estos astrónomos, los portadores de la vida serían los cometas, que estarían contaminados de moléculas orgánicas del espacio y las llevarían hasta la Tierra. En versiones posteriores de su teoría, llegaron a afirmar que los cometas realmente transportan gérmenes, y que los temores de la antigüedad con respecto a estos fenómenos celestes estaban fundamentados. Hay que reconocer que muy pocos astrónomos y biólogos han tomado en serio la teoría de Hoyle y Wickramasinghe, pero sus ideas muestran que la inquietud despertada por los cometas no es incompatible con la racionalidad científica.

CUASARES Y BLASARES

Reforma, 1 de agosto de 1996

Probablemente los objetos más enigmáticos encontrados hasta ahora por los astrónomos son los llamados cuasares. Descubiertos en los años sesenta, tienen la apariencia de débiles estrellas, pero el análisis de la luz que emiten reveló que son los objetos visibles más lejanos en el Universo. Y para que sean visibles, la cantidad de energía luminosa que generan debe ser miles de veces superior a la que emite una galaxia común como la nuestra (que contiene unos 100 000 millones de estrellas). Y por si fuera poco, esa inmensa cantidad de energía se genera en una región no más grande que nuestro Sistema Solar.

¿Cómo se pudo determinar todo lo anterior? Cuando la luz de una estrella o una galaxia se hace pasar por un prisma se obtiene un arco iris sobre el cual se encuentran sobrepuestas líneas oscuras y brillantes. Éstas son producidas directamente por los átomos y corresponden a longitudes de onda bien determinadas, lo cual identifica al elemento químico que las emite. Cuando la fuente emisora de luz se aleja, las líneas se desplazan hacia el lado rojo del arco iris y esto permite determinar con precisión la velocidad de recesión. Es así como se descubrió que los cuasares se alejan de nosotros a velocidades de decenas de miles de kilómetros por segundo. Por otra parte, la teoría de la Gran explosión postula que el Universo se expande, de modo tal que la velocidad de recesión de un cuerpo cósmico es directamente proporcional a su distancia. Gracias a este efecto fue posible determinar que los cuasares son los objeos más lejanos del Universo.

Después de trece décadas de estudios se tiene una idea más clara de lo que pueden ser los cuasares. Tienen semejanzas con ciertas galaxias que se caracterizan por la generación, en sus centros, de enormes cantidades de energía, principalmente en forma de luz ultravioleta e infrarroja.

El modelo más aceptado para explicar esta generación de energía es el de un hoyo negro gigantesco que atrae la materia cercana a él. Esta materia forma un disco de gas alrededor del hoyo que se calienta a millones de grados y genera energía térmica, lo cual hace que parte de ese mismo material sea arrojado a velocidades cercanas a la de la luz y otra parte caiga al hoyo y se pierda para siempre.

De hecho, podría haber un hoyo negro gigante en el núcleo de muchas galaxias. En un principio, el hoyo negro devora todo el material que se encuentra en su cercanía, en el centro galáctico, lo cual produce fenómenos tan espectaculares como los cuasares; después, al agotarse el alimento del hoyo negro, el núcleo de la galaxia se apacigua. Así, se piensa que los cuasares son los núcleos de galaxias en pleno proceso de formación.

Hace algunos años se descubrió un tipo especial de cuasares que cambian violentamente de brillo en escalas de tiempo desde minutos hasta años. Se les llamó blasares, por el prototipo de ellos que es BL Lacerta, en la constelación del Lagarto (visible sólo en el Hemisferio Sur).

Un blasar muy estudiado recientemente, conocido con el nombre de OJ 287, tiene la característica de aumentar su brillo cada 12 años. La hipótesis más aceptada es que contiene dos hoyos negros en su núcleo, girando uno alrededor del otro. Cuando uno de los hoyos negros cruza el disco de gas formado alrededor del otro se producen perturbaciones violentas que aumentan drásticamente el brillo del blasar.

El hecho de que OJ 287 es el núcleo activo de una galaxia fue confirmado recientemente gracias a los estudios realizados con el telescopio de dos metros del Observatorio Astronómico Nacional en Baja California. Erika Benítez y Deborah Dultzin, del Instituto de Astronomía de la UNAM, obtuvieron por primera vez una imagen de OJ 287 en la que se ve claramente una nebulosidad alrededor que podría ser una galaxia en pleno proceso de formación, además de una estructura elongada (aparentemente un conjunto de galaxias alineadas o quizás un chorro de gas incandescente emitido desde el núcleo del misterioso objeto).