24 de abril de 2013

Desde el Big-bang hasta el planeta Tierra (I)

Desde el Big-bang hasta el planeta Tierra (I)


El comienzo de todo


Si queremos entender el ecosistema Tierra,. Tenemos que comenzar con el origen del universo: Toda materia en la Tierra proviene de procesos cósmicos mucho más antiguos, y una estrella, el Sol, da la energía para la vida en la Tierra. Desde siempre la huma mudad se hizo preguntas sobre el origen del mundo – La primera respuesta fueron los mitos creacionistas; la astronomía es la ciencia más antigua del mundo  



Cuadro del telescopio espacial Hubble de una zona de la Pequeña Nube Magallánica, en la cual se encuentran numerosas estrellas jóvenes. Foto: NASA and Hubble Heritage Team.




En el principio creó Dios los cielos y la tierra…


…con estas palabras comienza la biblia, y con esto da una posible explicación para el origen del cosmos en el cual vivimos. La mirada al cielo estrellado fascinaba a las personas desde siempre; Las estrellas ya desde siempre  excitaron a nuestros más antiguos antecesores, imaginándose seres mitológicos y haciéndose preguntas sobre el origen.


La tradición más antigua de la humanidad sobre la cuestión del origen del mundo, son los distintos mitos de la creación. Al mismo tiempo, en las antiguas culturas ya se encuentra una clasificación del tiempo y el desarrollo de calendarios, esto iba acompañado con la astronomía, convirtiéndola en la madre de todas las ciencias. Nuestra visión mundial occidental, se remonta hacia los antiguos griegos: Alrededor 340 ANE Aristóteles escribió su ensayo “Sobre el Cielo”. Unos 200 años antes, Pitágoras ya constató que la Tierra era una esfera – sólo así se podía explicar, que en eclipses lunares siempre se proyectaba una sombra redonda y que en el horizonte lo primero que se divisaba eran las velas de los barcos. La mayoría de los griegos – y Aristóteles – creían que la Tierra era en centro del universo. Así se explicaba también la razón por la cual todas las cosas se caen al suelo - para Aristóteles la calma que estaba en el centro del universo, era el estado natural de todo objeto en la Tierra. Los griegos iban a estampar la imagen del mundo de los cristianos, y al mismo tiempo fue la base de las imágenes más longevas que tenían los cristianos sobre el mundo, el modelo de las esferas del astrónomo griego Ptolomeo del siglo 2: La Tierra constituía en centro de ocho esferas que portaban los cuerpos celestiales. Las estrellas estaban firmemente ordenadas en la esfera más exterior; los planetas en cambio realizaban sus circunvalaciones en sus respectivas esferas, los tal llamadas epiciclos: Un complicado modelo con un total de 55 círculos era necesario para poder explicar las órbitas planetarias. Este modelo determinó durante casi 1.400 años nuestro concepto sobre el universo. 
 

Hasta el año 1509: Entonces, bajo la influencia de la escuela de astronomía de Maragha (en el norte del actual Irán), que Ptolomeo, en un debate bajo los astrónomos islámicos, defendía la imagen del mundo real, contra os seguidores de Aristóteles con Averroes a la cabeza, el astrónomo amateur Nicolás Copérnico diseñó un modelo revolucionario para interpretar el enredo circular de Ptolomeo – él colocó al Sol en el centro del sistema planetario, o sea, hiso girar la Tierra alrededor del Sol. Por el momento prácticamente nadie creía que la Tierra se movía: Al fin y al cabo no se notaba ningún movimiento. Sin embargo entre los pocos estaban los dos astrónomos Johannes Keppler y Galileo Galilei. Keppler analizó las exactas observaciones que había realizado el astrónomo Tycho Brahe de las órbitas planetarias, y descubrió, que estas no eran totalmente circulares, sino que describían unas órbitas elípticas. Además las velocidades no eran constantes, sino que variaban con la distancia hacia el Sol. Con esto los cálculos de Copérnico también concordaban con las observaciones de Brahe, sin los complicados epiciclos. En el año 1609 cuando Keppler publicó, Galileo Galilei aprovechó el recién inventado telescopio, para observar el cielo y descubrió que Júpiter  era orbitado por lunas – con lo cual pudo confirmar las ideas de Copérnico: No todos los cuerpos celestiales giraban alrededor de la Tierra. Él quedó definitivamente convencido, cuando descubrió las fases de Venus, o sea, desde la delgada hoz hasta el disco completo: Esto sólo era posible de explicarse, si Venus orbita al Sol. Los resultados de Keppler y Galilei, formaron la base para los trabajos de Isaac Newton, en la segunda mitad del siglo 17: Él señaló a la gravedad como causa del movimiento planetario; con las leyes de movimiento basado en ello, fue posible calcular en forma exacta los sucesos mecánicos, y a ser, tanto en la Tierra como en el cielo. Tampoco esto antes era claro: En el cielo actuaban fuerzas divinas o diabólicas, o ambas al mismo tiempo, pero Newton demostró, que también allí tenían validez las leyes naturales. Incluso la aparición de los hasta ahora misteriosos cometas, pudieron ser predichos exactamente. Con esto el sistema de Copérnico, con el Sol en el centro, erra aceptado por la mayoría de los libres pensadores; la “mecánica celestial” pareciera estar totalmente descifrada. 

Pero no fue así. En 1964, el físico inglés James Clerk Maxwell recopiló las investigaciones anteriores sobre electricidad y magnetismo y desarrolló la teoría de las ondas electromagnéticas – pero esta estaba en contradicción con las suposiciones de Newton. La solución a estas contradicciones las encontró Albert Einstein a comienzos del siglo 20. Con sui teoría especial y general de la relatividad.


La teoría de la relatividad también tuvo efecto sobre nuestra comprensión del universo. La gravitación sería la causa, para que todos los cuerpos se atraen recíprocamente, y a la larga todas las estrellas deberían atraerse entre si y el universo colapsarse sobre sí mismo. Para evitar esto Einstein introdujo una “constante cosmológica”, que representaba una fuerza repulsiva, que equilibraría a la gravitación. Pero pronto el astrónomo holandés Willem de Sitter señaló, quie el universo de Einstein no tendría por qué ser estable.- Y el matemático ruso Alexander Friedmann describió un universo, que originalmente se expandía y que ahora dependiente del  valor real de la “constante cosmológica”,  se encuentra frente a una de tres posibilidades: Primero la expansión, debido a la gravitación, podría detenerse y pasar a una contracción; segundo, el universo se podría expandir por siempre o tercero, la expansión podría desacelerarse, pero no llegar nunca a un final total. (La respuesta hasta ahora es desconocida y depende, entre otras cosas, de la desconocida masa total del universo). El sacerdote y cosmólogo belga  Georges Lemaître terminó con la idea de Friedmann: Lo que se expandía tuvo que estar muy junto alguna vez; el formuló en 1927 la idea, que todo el universo debió haberse formado por la desintegración de un “átomo originario”. 

Cuál de los modelos teóricos era el correcta, debía determinar la observación  de la realidad. Desde los tiempos de Galilei, los telescopios mejoraron: Los astrónomos habían descubierto nuevos planetas. Mediamente cálculos trigonométricos lograron estimar las distancias de las estrellas, la Vía Láctea fue reconocida como una acumulación de estrellas en forma de disco (A nosotros nos aparece como una cinta clara sobre el cielo nocturno, ya que vemos desde el interior del disco). Un misterio fueron la pequeña y la grande nube magallánica visible en el hemisferio sur, y  la nebulosa de Andrómeda en el norte – visibles a simple  vista como una nube: ¿Estas formaciones eran nubes de gases en nuestra galaxia, cómo algunos creían, o eran “universos islas” fuera de nuestra Vía Láctea? Este enigma recién se pudo resolver, cuando se disponía de un método, para medir también la distancia de estrellas muy lejanas. Esto fue descubierto por Henrietta Leavitt mediante el uso de las Cefeidas. Estas son estrellas cuya luminosidad varía en forma regular, y Leavitt  descubrió, que los períodos de  oscilaciones estaban conectados con la luminosidad. Por medio de los periodos se podía determinar la luminosidad absoluta de estas estrellas y con esto también su distancia relativa entre sí - Y después que un equipo de astrónomos logró, con una combinación de distintos métodos medir la distancia absoluta de una Cefeida, en base a esto se pudo calcular la distancia absoluta de todas las cefeidas. En 1923 el astrónomo Edwin Hubble descubrió una Cefeida en la nebulosa de Andrómeda y determinó la distancia en u os 900.000 años luz. La “nebulosa” evidentemente se encontraba más allá de la Vía Láctea, que tienen un diámetro de 100.000 años luz. Con esto se evidenció que la nebulosa de Andrómeda era una aglomeración  independiente de estrellas. Hoy en día llamamos, a acumulaciones de estrellas como esta, galaxia, y nuestra Vía Láctea, Andrómeda y la mayoría de las nebulosas también son galaxias – algunas de estas nubosidades también resultaron ser realmente nubes de gas y polvo dentro de nuestra Vía Láctea.


Mirada a lo profundo del cosmos: El telescopio



Desde que Galileo usó por primera vez un telescopio, todos los investigadores – y a la cabeza el propio Galileo -  se dedicaron a mejorar este instrumento. Debido a que no se disponía de lentes más grandes, los telescopios se hicieron cada vez más largos, lo que dificultaba su manejo. El avance lo trajo el telescopio de reflexión: En vez de un lente sirve un espejo cóncavo como objetivo; un espejo era posible de apoyarlo por su revés y no se derrumbaba por su propio peso, si aumentaba su tamaño. Con un telescopio de reflexión construido por el mismo William, Herschel, descubrió en 1781 al planeta Urano, y telescopios cada vez más grandes permitieron  una mirada cada vez más profunda al universo.

El descubrimiento de Edwin Hubble, sin la capacidad óptica del espejo de 2,5 metros del observatorio del monte  Wilson, posiblemente no hubiera sido posible. Hoy los telescopios de reflexión disponen de espejos de más de 10 metros de diámetro. La confección de estos espejos es extremadamente difícil. Mediante una “óptica adaptiva” se logra eliminar las distorsiones causadas por la atmósfera terrestre. Y a pesar de todas estas dificultades se están planificando telescopios aun más grandes: El telescopio “Giant Magellan” sha de componerse de siete espejos de 8,4 metros, el telescopio “European Extremely Large” tendrá un espejo de 42 metros (ambos están planificado para ponerlos en servicio en el año 2018). Y en las visiones de los científicos ya se piensa  en telescopios ubicados en lado opuesto a la Tuera de la Luna, donde la atmósfera y la contaminación lumínica dificultan la vista al espacio.


Junto a los telescopios, los astrónomos también usan prácticamente todas las demás no visibles largos de ondas del espectro electromagnético: Desde ondas radiales, microondas y ondas infrarrojos, hasta los rayos X y las radiaciones gamma.   

    




Edward Hubble también iba hacer el próximo descubrimiento trascendental, esta vez mediante el uso de un descubrimiento del matrimonio Huggins: Los Huggins han detectado, que a partir de la investigación de la luz de una estrella era posible determinar a que velocidad se acerca o se aleja ella. Para esto usaron el efecto Doppler: El físico austriaco Doppler, mostró en |842, que cuerpos en movimiento influían sobre ondas que emiten: En dirección al movimiento las ondas son comprimidas y detrás del cuerpo las ondas se estiran. (Este efecto se puede observar, al ver en la televisión una carrera de la fórmula 1, coches que se acercan emiten un tono alto – ondas comprimidas – en vehículos que se alejan el tono es más profundo – las ondas se estiran sonoras). Debido a que la luz también son ondas, estas al ser estiradas se pueden detectar como “corrimiento al rojo” (si las ondas de la luz se hacen más largas, aumentan los componentes del rojo): más aún – con el valor del corrimiento al rojo se puede calcular directamente la velocidad. Ya en 1912 Vesto Slipher descubrió, que la mayoría de las nebulosas mostraba este corrimiento al rojo. Pero dudaba de sus mediciones, las velocidades determinadas le parecían demasiadas elevadas.

En 1929 Hubble y su asistente Humason se hicieron cargo de este trabajo. Este no sólo confirmó el corrimiento al rojo, él también descubrió, que estaban relacionados la distancia con la velocidad: Mientras más lejos estaba una galaxia, tanto más rápido se aleja de la Tierra. Esta observación lleva a la conclusión, que el universo se expande, uniformemente y a gran velocidad en todas las direcciones. Lamaître, cuyo aporte, que apenas fue considerado por los físicos – Einstein le confirmó una “física abominable” -,  nuevamente le escribió, al ya por él anteriormente contactado astrónomo británico Arthur Eddington, que ahora reconoce el valor del trabajo de 1927, traduciéndolo al inglés y haciendo referencia al trabajo de Lemaître en una carta dirigida a la revista “Nature”. El comienzo – el átomo originario de Lemaître – por el momento seguía siendo un misterio; pero la expansión  estaba comprobada. Ya que todos los cuerpos celestiales se alejaban a la misma velocidad de la Tierra, que no se encuentra en el centro del universo, no son las galaxias que se mueven por el espacio, sino es el espacio mismo que se expande – por esto las galaxias se alejan unas de otras. Arthur Eddington explicó esta idea mediante un globo en el cual dibujó unos pintos: Si se infla este globo los puntos se alejan unos de otros, y mientras más distantes están entre sí, tanto más se alejan – al igual que las observaciones de Hubble. Einstein, después de una visita donde Hubble, reconoció la expansión del universo y llamó a su constante cosmológica como “la más grande burrada de mi vida”. Ahora también reconoció la física de Lemaîrte y la alabó como “la más maravillosa y satisfactoria explicación de la creación” 

Fuente: http://www.oekosystem-erde.de

Traducido del alemán por A. Gundelach con la gentil autorización de su autor el biólogo Jürgen Paeger








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