Autor: franciscogarcia

Lluvia de diamantes

Lluvia de diamantes

El interior de planetas como Neptuno o Urano se compone de un núcleo sólido envuelto en capas gruesas compuestas principalmente de hidrocarburos, agua y amoníaco. Los astrofísicos especulan que la presión extrema a más de 10.000 kilómetros bajo la superficie de estos planetas divide los hidrocarburos y convierten el metano en hollín (carbono), que se endurece a medida que se precipita en pedazos de grafito y luego diamantes que se hunden más profundamente en el interior del planeta.

Un experimento reciente ha mostrado que se puede producir una «lluvia de diamantes» utilizando rayos láser de alto poder, lo cual hace pensar que es posible que se generen en tormentas que dividen los átomos en hidrógeno y carbono y que luego se cristalizan y se hunden.

Si bien se conoce desde hace 30 años que el diamante puede ser estable en los núcleos de Urano y Neptuno, demasiado fríos como para derretirlo, se creía que Júpiter y Saturno, por el contrario, eran demasiado calientes o no tenían condiciones adecuadas para la precipitación de diamantes sólidos. Sin embargo, el nuevo estudio sugiere que estas piedras preciosas pueden estar flotando en el interior profundo de estos dos últimos planetas, algunos creciendo hasta el punto de tener tamaños enormes.

Luna mentirosa

Luna mentirosa

Cuando vemos la Luna y está parcialmente iluminada podemos preguntarnos si estará en fase creciente o en fase menguante. Para salir de tan angustiosa duda hay una sencilla regla mnemotécnica en la que lo único que tenemos que recordar es que la Luna es mentirosa.
Efectivamente, supongamos que tiene iluminado el lado izquierdo, en este caso lógicamente tendrá iluminado el lado curvo izquierdo y podemos imaginarnos que dibuja la letra C de «Creciente». Pero, como es mentirosa, eso significará que la fase es cuarto menguante. Si tuviese iluminado el lado derecho, la letra dibujada sería la D de «Decreciente» o «Disminuye» y, conociéndola, sabremos que la fase será cuarto creciente.

Todo lo dicho anteriormente sólo sirve para quienes vivan en el hemisferio norte. En el hemisferio sur la Luna no engaña.

Aristarco de Samos

Aristarco de Samos

Nacido en la isla de Samos, Aristarco (310-230 a.C.) es la primera persona, que se conozca, que propone el modelo heliocéntrico del Sistema Solar, colocando el Sol, y no la Tierra, en el centro del universo conocido. Esta propuesta la hizo después de estudiar la distancia y tamaño del Sol y la Luna.
Aristarco determinó que el ángulo bajo el que se observaba desde la Tierra la distancia Sol-Luna, cuando ésta se encuentra en el instante del cuarto, era de 87º. Para entender todo esto mejor fijémonos en la imagen. Si llamamos TS a la distancia Tierra-Sol y TL a la distancia Tierra-Luna, tenemos:

 

TS= TL/sen (3º)= 19 TL

 

Aristarco dedujo que TS= 19 TL cuando en realidad es 400, pero tenemos que ser tolerantes con este error, dados los precarios instrumentos de que disponía. Pero lo que sí pudo afirmar con certeza es que la distancia de la Tierra al Sol es mucho mayor que la distancia a la Luna y, puesto que el tamaño aparente de ambos es el mismo, el Sol debe ser mucho mayor que la Luna para aparentar el mismo tamaño desde esa distancia.

Durante un eclipse de Luna, Aristarco observó que el tiempo necesario para que el satélite cruzara el cono de sombra terrestre era el doble del necesario para que la superficie de la Luna quedara completamente cubierta por la sombra. Dedujo por tanto que el diámetro del cono de sombra de la Tierra era el doble que el diámetro de la Luna (hoy se sabe que realmente es 2,6 veces más grande). Así pudo calcular la relación entre las distancias a la Tierra, el radio lunar, el radio solar y el radio terrestre.
 
 La exactitud de los resultados finales con la realidad no es lo más importante. Lo importante es que el procedimiento es impecable y la conclusión a la que llegó Aristarco es que la Tierra es bastante más grande que la Luna, y que el Sol aún lo es más y se encuentra mucho más lejos de nosotros que la Luna. Seguramente fue esta constatación lo que le llevó a opinar que lo lógico es que fuese el Sol y no la Tierra el centro del Universo. Además, en sus estudios determinó que todos los planetas giraban alrededor del Sol (al que audazmente catalogó de estrella) y que la Tierra era un planeta más. Por si fuera poco, pensaba que la Tierra giraba sobre sí misma. Esta nueva representación del sistema astronómico ya fue criticada en su tiempo y tuvo fuerte oposición. Oposición basada en que contradecía el axioma “evidente en sí mismo” de que todo gira alrededor de la Tierra, y al modelo cosmológico propuesto por Aristóteles pocos años antes.

Plutón y Caronte «cara a cara»

Plutón y Caronte «cara a cara»

En otra publicación vimos que la Luna presenta siempre una misma cara hacía la Tierra, por lo que la otra permaneció desconocida hasta que el desarrollo de la astronáutica permitió a la Unión Soviética enviar la nave Luna 3 y fotografiarla en 1959 [Ver: «LA CARA OCULTA DE LA LUNA»].

En el Sistema Solar, aparte de la Luna, hay varios casos más de satélites que han quedado gravitatoriamente trabados por su planeta y que se enfrentan a éste siempre por la misma cara. Pero hay un caso único de un satélite y un planeta que se han trabado mutuamente y ambos se presentan siempre la misma cara. Se trata de Plutón y Caronte. Si ya la Luna es un caso excepcional dado su gran tamaño respecto a la Tierra, con Caronte ocurre lo mismo pero aún más acusado, dado que su diámetro es casi la mitad del de Plutón. El resultado de esto es que Plutón y Caronte constituyen de hecho un sistema doble de planetas, en el que ambos se han trabado y se presentan siempre la misma cara, como una pesa de halterofilia formada por dos bolas unidas por una barra.

Supongamos que eso nos hubiese ocurrido a nosotros, y que la Luna estuviese «suspendida» permanentemente sobre el océano Pacífico, por ejemplo. Esto significaría que la Luna no sería visible desde Europa, África, Oriente Próximo y prácticamente toda Asia, y por tanto desconocida para todas las diversas civilizaciones que surgieron en estas zonas. Es interesante especular como hubiese influido este hecho en la historia ya que la Luna es de una importancia trascendental en la mitología, religión, leyendas, tradiciones, filosofía, astrología, astronomía, ciencia, literatura, etc., etc. Y cuál hubiese sido la reacción de los primeros exploradores que llegaron a América al ver por primera vez el enorme disco de la Luna brillando en medio del firmamento.

Por un puñado de angstroms

Por un puñado de angstroms

Efectivamente, un puñado de angstroms, y particularmente uno, es lo que marca la diferencia entre el diamante y el grafito que se usa como mina de los lápices. Pero empecemos por el principio.

Es comúnmente sabido que tanto el grafito como el diamante están formados por el mismo tipo de substancia: carbono cristalizado, y que las diferentes propiedades que presentan se deben a la diferente forma en que se produce dicha cristalización. Pero, en una primera impresión, no deja de ser sorprendente que una disposición diferente en la forma de ordenar los átomos, que por lo demás son intrínsecamente idénticos, produzcan unas diferencias de propiedades tan acusadas. Veámoslo con un poco más de detalle.

Los diamantes son conocidos desde la antigüedad. Eran piedras extremadamente duras que no podían ser rayadas por nada, ni por el metal más agudo. Estas piedras, por su parte, podían rayar cualquier cosa. Los griegos las llamaban adamantos, término derivado de una palabra que significa “indomable”.

En los siglos XVII y XVIII, en los inicios de la Química, los químicos sentían el deseo de conocer la composición de todas las cosas, diamantes incluidos. Estos, sin embargo, eran difíciles de analizar; primero porque no sólo no podían rayarse, sino que no los afectaba casi ningún producto químico y ni siquiera un calor considerable hacía mella en ellos. Y segundo, porque su elevado precio era un freno a la hora de someterlos a experimentos que eventualmente podían destruirlos. En 1771 el químico francés Pierre Joseph Macquer sometió uno a temperaturas cercanas a 1.000º C. En menos de una hora el diamante desapareció.

La cuestión era ¿se disipaba sin más el diamante de un modo misterioso, o ardía realmente como las demás cosas? En el segundo supuesto lógicamente necesitaría un suministro de aire. Se sometió a otro diamante a altas temperaturas, pero sin aire, y esta vez el diamante no desapareció. La conclusión fue que los diamantes arden en el aire como tantas cosas, con tal de calentarlos suficientemente. Por la misma época, Lavoisier demostró que la combustión ordinaria en el aire equivalía a la combinación con el oxígeno de la substancia quemada. La combustión la convertía en óxido, y si aparentaba desaparecer era porque el óxido era un vapor. Así pues, el óxido de diamante era un vapor.

Lavoisier, Macquer y otros quemaron un diamante bajo una campana de cristal. El diamante desapareció, pero el vapor de óxido de diamante estaba atrapado en la campana. Al estudiarlo resultó tener las mismas propiedades que el dióxido de carbono obtenido en la quema de carbón común. Era algo sorprendente dadas las dispares propiedades del grafito y el diamante, y durante algunos años se mantuvo la duda y la controversia. Pero finalmente fue evidente que, aunque pudiera ser sorprendente, el carbón, grafito y diamante estaban hechos de la misma cosa: carbono.

Calentando fuertemente un diamante, en ausencia de aire para que no ardiese, se vio que se transformaba efectivamente en grafito. Y, lógicamente, de inmediato surgió el interés en si era posible la transformación inversa: de grafito a diamante. Hubo varios intentos, pera tal cosa no pudo realizarse. Hoy sabemos que era completamente imposible conseguir tal cosa con la técnica disponible en el siglo XIX, pues se requiere no sólo muy altas temperaturas sino también muy altas presiones. Pero veamos algo más en detalle por qué esto es así.

El átomo de carbono tiene cuatro enlaces; esto es, puede unirse a cuatro átomos diferentes en cuatro direcciones distintas, como los vértices de un tetraedro. Normalmente al representar una cadena de átomos de carbono suele escribirse -C-C-C-C-C-, en línea recta. Pero sería más correcto escribirla en zigzag, puesto que los átomos se unen en un ángulo natural de 109’5º. Respetando este ángulo los átomos de carbono fácilmente se unen formando un hexágono denominado benceno.

-Anillo de benceno-

El anillo de benceno es muy estable, debido a que es simétrico y además es perfectamente plano, por razones que requieren recurrir a la mecánica cuántica para explicarlas. No entraremos en ellas aquí, pero aproximadamente podemos decir que, a consecuencia de la planicie y simetría, todos los átomos de un anillo forman una especie de enlace metálico en el que comparten los electrones. Dado que los electrones se comportan también como ondas, podemos imaginar al anillo bencénico rodeado por una nube de electrones compartidos de sus átomos, cosa que contribuye a su estabilidad.

Puede observarse en la imagen que cada átomo de carbono del benceno tiene un enlace libre al que se ha unido un átomo de hidrógeno. Pero en lugar de hidrógeno, los anillos de benceno pueden unirse entre sí compartiendo este enlace libre. Cuando muchos anillos hacen esto conforman un mosaico de hexágonos en el que cada vértice está ocupado por un átomo de carbono. Estos mosaicos planos se apilan unos sobre otros, y permanecen unidos no por enlaces químicos sino por otras fuerzas mucho más débiles. Cada átomo de carbono en un hexágono está a 1’4 angstroms de su vecino (un angstrom es la cienmillonésima de un centímetro). Sin embargo, cada mosaico está a 3’4 angstroms del inmediatamente superior o inferior.

-Mosaico hexagonal del grafito-

El grafito puro está formado por pilas de estos mosaicos. Cada capa mantiene su integridad, pero se deja exfoliar fácilmente de las capas contiguas. Por eso el grafito sirve para escribir y también como lubricante.

En el diamante los átomos de carbono tienen sus cuatro enlaces apuntando en cuatro direcciones, como en un tetraedro. En cada uno de estos enlaces se une otro átomo de carbono, con sus respectivos tres enlaces sobrantes, a cada uno de los cuales se une un nuevo átomo de carbono, y así sucesivamente. El resultado es una disposición cristalina perfectamente simétrica en tres dimensiones.

Eso significa que todos los átomos de carbono del diamante están sostenidos con fuerza pareja en cuatro direcciones diferentes. No hay átomo o grupo de átomos con propensión a separarse, a exfoliarse; antes al contrario, estos fuertes enlaces convierten al diamante en insólitamente duro y resistente. El diamante no sirve ni para escribir ni como lubricante.
Podemos hacernos la siguiente pregunta: si tenemos una gran cantidad de átomos de carbono y dejamos que se combinen ¿qué disposición adoptarán espontáneamente, la del grafito o la del diamante? Pues depende de las condiciones.

El anillo de benceno es tan estable que los átomos de carbono tenderán a formarlos. Mientras que los átomos de carbono en el anillo de benceno, como dijimos, se encuentran separados por 1’4 angstroms, los del diamante distan 1’5 angstroms; así pues, en la mayor parte de las situaciones se formará grafito. Sin embargo, el diamante tiene una densidad de 3’5 gramos por cm3, mientras que la del grafito sólo es de 2 gramos por cm3, debido a la «gran separación» de 3’4 angstroms entre mosaicos. En consecuencia, si los átomos de carbono son sometidos a una gran presión, la tendencia a agruparse en una forma que ocupe menos espacio será predominante y se formará diamante. Estas condiciones de elevadas presiones y también temperaturas, son las que se dan en las entrañas de la Tierra, que es donde se forman los diamantes.

Pero los diamantes también los encontramos en la superficie terrestre. Entonces ¿por qué los diamantes no se convierten espontáneamente en grafito tan pronto como disminuyó la presión? La respuesta es que esa sería su tendencia natural, pero los enlaces en la red diamantina son tan fuertes que la energía necesaria para romperlos es enorme. Si calentamos un diamante a unos 2.000º C (en ausencia de oxígeno, para evitar la combustión), los átomos quedan libres y formarán grafito. Para hacer lo inverso -convertir el grafito en diamante- no sólo es preciso utilizar temperaturas muy altas para desvincular los átomos, sino también presiones muy altas para convencerles de que deben adoptar la configuración más densa del diamante.

En 1955, científicos de la General Electric consiguieron formar los primeros diamantes sintéticos usando temperaturas de 2.500ºC y presiones superiores a 700 toneladas por cm2. Pero el procedimiento no es rentable, puesto que es más costoso el procedimiento que los diamantes naturales.

 

Extractado del ensayo “Los gemelos inverosímiles”. – La tragedia de la Luna (Isaac Asimov)

Perseidas: la lluvia de estrellas más popular

Perseidas: la lluvia de estrellas más popular

Sobre la Tierra están cayendo constantemente multitud de meteoros que no son otra cosa que partículas y polvo procedentes del espacio. Los cálculos sobre la cantidad total que cae son dispares, pero con certeza son varias decenas de miles de toneladas anuales. Algunos meteoros -pocos afortunadamente- son lo suficientemente grandes como para alcanzar la superficie terrestre y se les conoce como meteoritos. Sin embargo la gran mayoría tienen el tamaño de un grano de arena o aún menor, y la gran velocidad que llevan hace que se quemen al rozar con las capas externas de la atmósfera dejando en ocasiones un rastro o estela visible de su trayectoria. Son las estrellas fugaces. Así pues las estrellas fugaces se pueden observar todas las noches, sin embargo hay unas fechas en que se producen con una intensidad muy superior a la habitual. Hablamos entonces de lluvia de estrellas.

Las lluvias de estrellas se ocasionan cuando la Tierra cruza el rastro dejado tiempo atrás por la cola de un cometa. En esas zonas de la órbita terrestre la densidad de partículas y polvo es más alta, por lo que la cantidad de impactos con la atmósfera también es mayor y, visualmente, parecen proceder todos de una misma zona del firmamento, lo que da el nombre a las diferentes lluvias de estrellas: Perseidas, por proceder de la constelación de Perseo; Gemínidas, por proceder de Géminis; Leónidas, por proceder de Leo, etc.

Las Perseidas están ocasionadas por lo restos dejados por la cola del cometa Swift-Tuttle, un cometa con un período de 135 años. Son probablemente la lluvia de estrellas más populares, duran aproximadamente una semana y tienen su pico máximo de actividad entre el 11 y 13 de agosto. Su popularidad se debe sin duda a esa circunstancia ya que, aunque hay otras lluvias de estrellas con mayor intensidad de meteoros, se producen en invierno, y las Perseidas son visibles en verano, lo que facilita su observación. Evidentemente estamos hablando de en el hemisferio norte, que es el más poblado.

Angstrom

Angstrom

El angstrom (símbolo Å) es una unidad de longitud empleada principalmente para expresar longitudes de onda, distancias moleculares y atómicas, etc.

ÁNGSTROM

Unidad de medida equivalente a la diezmilmillonésima parte del metro: 0,000.000.000.1 metros. En un milímetro caben 10 millones de ángstroms.

Mimas o «La Estrella de la Muerte»

Mimas o «La Estrella de la Muerte»

Mimas es un satélite de Saturno de casi 400 kms de diámetro descubierto en 1789 por William Herschel. El nombre proviene de la mitología griega y hace referencia a Mimas, uno de los gigantes, hijo de Gea.

Posee un enorme cráter de 139 km que le confiere un extraordinario parecido con la «Estrella de la Muerte» de la Guerra de las Galaxias. El cráter se formó debido a un tremendo impacto meteórico que, de ser algo mayor, podría haber fracturado a todo Mimas. La montaña del centro del cráter mide 6 km de altura. Tiene su superficie tan craterizada que los nuevos impactos sólo podrían ocurrir dentro de cráteres viejos.

 

Las constelaciones no son lo que parecen

Las constelaciones no son lo que parecen

Las constelaciones son los diversos grupos de estrellas en que se ha dividido la esfera celeste. La posición de las diversas estrellas en el cielo sugería formas y figuras de personas, animales y objetos, siempre dentro de la visión mitológica y teológica de cada civilización. A modo de ejemplo, veamos cómo explicaban los antiguos griegos la constelación de Orión:

Artemisa se había enamorado de Orión, lo cual despertó celos en Apolo, hermano gemelo de Artemisa. Un día Apolo, viendo a Orión a lo lejos, hizo una apuesta a su hermana desafiándola a que no podía asestarle una flecha a un animal que se movía a lo lejos dentro de un bosque. Artemisa lanzó su flecha y dio, como siempre, en el blanco. Cuando fue a ver su presa, se dio cuenta de que había aniquilado a su amado Orión. Fue tan grande su tristeza y sus lamentos que decidió colocar a Orión en el cielo para su consuelo.

Cada civilización ha tenido sus propias historias similares a ésta, con sus respectivos dioses, héroes mitológicos o animales. Así mientras los griegos veían en el cielo, por ejemplo, a un toro, un león o un caballo alado, los chinos veían un tigre o un dragón.

En la imagen comprobamos que las estrellas que visualmente conforman la Osa Mayor, en realidad no tienen nada que ver unas con otras, y además donde unos vieron una osa, otros vieron un carro o un cucharón.

 

Es muy importante remarcar que, por muy manifiesta que nos parezca una constelación, por muy nítido que se nos antoje el dibujo que conforman sus estrellas, estas estrellas están en realidad separadas unas de otras por distancias de muchos años luz y no tienen relación entre sí, no constituyen una agrupación diferenciada del resto del Universo. La única relación que mantienen es la de la apariencia visual de sus respectivas posiciones vistas desde la Tierra. Si pudiéramos trasladarnos, por ejemplo, a las inmediaciones de Arturo, comprobaríamos que la mayor parte de nuestras constelaciones habrían desaparecido, y las estrellas que las forman se habrían recolocado en apariencia en otras posiciones relativas diferentes, configurando otros dibujos.

Al margen de sus orígenes fantásticos, las constelaciones cumplen la importante misión de ayudar a orientarse en el firmamento, y a estructurarlo al subdividirlo en zonas identificables por todos, donde localizar determinada estrella o determinado cuerpo celeste.

América se descubrió por error

América se descubrió por error

En una anterior publicación explicamos cómo Eratóstenes pudo medir la Tierra en el siglo III a.C. [Ver «COMO MEDIR LA TIERRA CON UN PALO»]. Aproximadamente sobre el 100 a.C. otro astrónomo griego, Posidonio de Apamea, repitió la experiencia y llegó a la muy distinta conclusión de que la Tierra tenía una circunferencia de unos 29.000 km.

Este valor más pequeño fue el que aceptó Ptolomeo y el que sobrevivió a la decadencia de Grecia y del Imperio Romano, siendo considerado válido durante los tiempos medievales. Cristóbal Colón aceptó también esta cifra y así creyó que la Tierra era más pequeña de lo que es en realidad, y que podía atravesar el Atlántico para llegar al extremo oriental de Asia. Afortunadamente para él y los que le acompañaban, América estaba en medio. Pero eso no lo sabía, y es muy posible que si Colón hubiese dado por buenas las mediciones de Eratóstenes no se hubiese decidido a emprender el viaje.