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.
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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.
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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