dilluns, de desembre 31, 2012

Els elements químics de la Taula Periòdica

Tots els elements químics que coneixem estan recollits en la famosa taula periòdica dels elements. Aquesta classificació, que va començar l’any 1869, conté, avui en dia, 118 elements.


Tot el què veiem està fet, doncs, a partir d’aquests elements en estat pur o de combinacions entre ells. L’aigua, per exemple, és una combinació d’hidrogen (el primer element de la taula periòdica) i l’oxigen (l’element número 8). I les proteïnes que composen els nostres teixits contenen, també, elements com ara el carboni (l’element número 6), o el nitrogen (número 7).


Com ja hem explicat anteriorment en aquest blog, la majoria dels elements existents han estat formats dins dels forns nuclears de les estrelles, que, al morir, alliberen aquest material, enriquint l’espai i permetent que planetes com la Terra, o éssers com nosaltres, existim.

Però la llavor de tot aquest procés va ser, com no, el Big Bang, el moment zero de l’univers que coneixem. Durant els primers segons de vida del cosmos, es van crear tots els nuclis d’hidrogen, així com també nuclis d’heli i liti (els tres primers elements de la taula periòdica, els tres més simples).

D’aquesta forma, les primeres estrelles que devien existir estaven formades pràcticament per hidrogen pur (amb quantitats molt menors d’heli i traces de liti). Aquestes estrelles, segurament gegants, eren com bèsties enfurismades: consumien brutalment ràpid l’hidrogen, formant heli, però també carboni, oxigen, nitrogen, ferro, ... Les seves morts, cataclismes gegantins, van anar enriquint el material lliure a l’espai amb aquests nous elements.

Les segones generacions d’estrelles, doncs, ja incorporaven en la seva composició traces d’altres elements químics. I el cicle seguia: al morir alliberaven més material ric en elements “pesats”.

Quan el nostre Sol va néixer, ara fa uns 4,6 mil milions d’anys, la seva composició ja era de, “només”, un 94% d'hidrogen, amb presències notables d’elements com ara heli, oxigen, carboni, nitrogen, sodi, magnesi, alumini, fòsfor, potassi, ferro, etc.

Aquesta presència d’elements “pesats” a les estrelles es coneix com a “metalicitat” (en astronomia, s’empra el concepte “metall” per a referir-se a tot element químic més enllà de l’heli).

Quina informació ens dóna, doncs, el grau de “metalicitat” d’una estrella? Ens pot donar pistes per a conèixer la seva edat?

Efectivament! L’estudi d’aquesta propietat, que no és difícil de mesurar a través de l’espectroscopia, és més important del què en principi ens pot semblar. Mirem-ho així: si som capaços de detectar estrelles amb un molt baix contingut de “metalls”, ens trobarem davant d’astres formats quan el gas existent al cosmos encara no havia estat enriquit per la mort de generacions anteriors d’estrelles. Seran, doncs, estrelles molt antigues.

Cóm d'antigues?

Fa poc, els astrònoms han descobert el que podria ser l’estrella més vella coneguda fins ara. Aquest astre té un increïblement petit percentatge de “metalls”: menys del 0.00007%!!!

La seva edat? Encara s’està estudiant, però podríem parlar d’una estrella que va néixer ara fa uns 13 mil milions d’anys! (és a dir, que va començar a existir quan l’univers només tenia 700 milions d’anys!).

Primera generació no serà, ... però s’hi apropa! I, encara més espectacular, aquesta estrella es troba en la nostra pròpia galàxia! Què vol dir això? És que la nostra galàxia es va formar tan d’hora en la història de l’univers? O és una estrella capturada posteriorment per la Via Làctia?

Batre aquest rècord no serà senzill, però es batrà, sens dubte. Cada cop es disposa d’equips més sensibles i avançats. I, com bé sabeu, la llum és la nostra gran aliada, ja que ens porta la informació de cóm eren els objectes fa milers de milions d’anys. És com examinar fotografies del passat, en les què els personatges que hi surten estan ja morts.

Mentre llegim aquest article, gegants boles de gas estan morint, esclatant com a supernoves en el cosmos, després d’haver viscut durant milions d’anys, perpetuant el cicle d’enriquiment de l’univers, i donant contingut a la taula periòdica dels elements amb la que començàvem.

No us esborrona pensar que la major part dels àtoms dels què esteu formats van estar, fa molt de temps, dins d’una estrella?

dilluns, de desembre 24, 2012

El descobriment de l'expansió de l'univers: un intent d'explicar-ho de forma senzilla

És cert que al darrera de les grans teories cosmològiques hi ha molta complexitat. Però tot i això, de vegades és possible simplificar força aquesta complexitat i intentar tenir una visió més senzilla i clara, per a profans, d’alguns dels grans descobriments de l’astronomia.

Sabem actualment que l’univers s’expandeix (a més, sabem que ho fa acceleradament). Avui són moltes les proves que hom té d’aquest fet, un fet extraordinari que, a més, reforça
la teoria del Big Bang. Però remuntar-nos a començaments del segle XX, i revisar cóm es va descobrir l’expansió de l’univers, amb els mitjans que llavors es tenia, ens pot servir per a entendre millor el significat d’aquest descobriment.

Com sempre intento fer, però més encara en casos com aquest en els què parlem de qüestions molt complexes, introduiré moltes simplificacions, esperant que així el resultat pugui ser entès més senzillament sense necessitar coneixements científics.


El primer punt clau del descobriment l’hem de trobar en una disciplina que, en la primera dècada del segle passat, es va començar a utilitzar en el camp de l’astronomia: l’espectroscopia.

Se sabia, de feia temps, que un prisma (o el seu equivalent) podia descomposar la llum del Sol en diferents colors (els colors de l’arc de Sant Martí). Tècnicament parlant, s’obtenia un “espectre”, una franja de colors, que els científics enregistraven en una placa fotogràfica, i que anava del vermell al violeta de forma contínua (vull dir, el color canviant gradualment).

En un espectre apareixien, a més, marques (bandes fosques) produïdes per la presència d'elements químics que la llum trobava en el seu camí.

Tot aquest coneixement es va començar a aplicar a l’astronomia, generant espectres d’estrelles i, un xic més tard, d’objectes molt més llunyans: les galàxies (que, en aquells moments encara no se sabia què eren).

Amb aquesta tècnica, de seguida es va veure que alguns espectres estaven desplaçats (moguts de lloc): apareixien "correguts" o bé cap al color vermell o bé cap al color violeta (es podia mesurar el desplaçament de l'espectre comparant la posició en la què apareixien les bandes fosques de l'hidrogen amb la seva posició teòrica). Es va deduir de seguida que això es devia a que els objectes s'apropaven o s'allunyaven de nosaltres. Un exemple molt senzill és pensar en cóm canvia el so d’una moto quan se’ns apropa a gran velocitat i passa pel davant nostre: el so canvia, passant d’un to agut (quan s’apropa) a un to greu (quan s’allunya). Un espectre desplaçat cap al violeta, doncs, significava una galàxia que s’apropava a nosaltres. Per contra, un desplaçament al vermell indicava que l’objecte s’allunyava (el color vermell equival al to greu del so en l'exemple de la moto).

La primera gran sorpresa va ser que la majoria de galàxies semblaven allunyar-se de nosaltres. Era un resultat totalment inesperat, ja que es suposava que es trobaria una distribució més o menys similar i aleatòria entre objectes que s’apropaven i que s’allunyaven.

Però no. Vet aquí que quasi totes les galàxies s’allunyaven de nosaltres! (l'excepció són algunes de les galàxies més properes a la nostra, que, per efectes d'atracció gravitatòria, s'ens apropen).

El segon gran pilar del descobriment es va produir més tard, quan Hubble va intentar dibuixar en un gràfic la velocitat amb la què s’allunyaven (el grau de desplaçament al vermell dels seus espectres) vers la seva distància. Però cóm calculaven les distàncies?

De feia molt de temps, s’havia pensat que una possible forma de conèixer distàncies podria ser mesurar la intensitat de la llum d’una estrella. Com més lluny estigués aquesta, menys lluiria vista des d’aquí. El problema, però, era que les estrelles, naturalment, són totes molt diferents entre elles: una estrella gran podia lluir molt més que una més petita tot i que aquella estès més lluny. No podíem saber la lluminositat real d'una determinada estrella, i per tant no podíem calcular la seva distància.

Per sort, s'havia descobert un tipus d’estrelles variables, anomenades Cefeides, sobre les que s’havia teoritzat, i més o menys comprovat, que la seva lluentor absoluta es podia saber exactament a partir del període de variació de llum que presentaven. Emprant cefeides, calculant la seva lluminositat intrínseca, i comparant-la amb la lluminositat amb la què la vèiem des de la Terra, podíem estimar la distància a la que estava. Les cefeides es convertien en una mena de beneïdes marques estàndard pels astrònoms!

La tècnica, doncs, anava així: es fotografiava (fotografia de la d’abans, eh?) una galàxia, fent vàries tomes separades per dies, i s’examinaven les plaques (això ho feien a ull, emprant una lent d’augment!) buscant cefeides: petits punts (estrelles de la galàxia) que modifiquessin la seva lluentor entre toma i toma.
Un cop es comprovava que era una cefeida, s’estimava la distància a partir de la seva lluentor, i amb això s’obtenia un valor aproximat per a la distància de la galàxia que l’albergava.

Es treia, també, un espectre de la llum de la galàxia, i es mesurava el seu desplaçament al vermell (la velocitat amb la qual s’allunyava de nosaltres).

I es dibuixava en un gràfic la distància en funció de la velocitat.

Tot això, que sembla fàcil, era complicadíssim. L’habilitat d’aquells científics, detectant petites diferències de lluminositat en plaques fotogràfiques, era increïble (aquesta feina es fa actualment automatitzada amb cámeres i ordinadors).

Què va sortir en aquesta gràfica?
Sorpresa un altre cop! La gràfica mostrava que, com més lluny estava una galàxia de nosaltres, la seva velocitat d’allunyament era també més gran. I això es mostrava amb una claredat indiscutible.

Per què? Quin sentit tenia allò? Tot s’allunyava de nosaltres (no té sentit, oi?)! I com més lluny miràvem, més ràpidament s’allunyaven els objectes. És que tindria raó la vella Santa Inquisició i érem realment el centre de l’univers? El centre del mateix Big Bang? Per què nosaltres? No era més lògic pensar que, si en lloc d’habitants de la Terra ho fóssim d’un planeta qualsevol d’una altra galàxia, obtindríem el mateix resultat, és a dir, tot allunyant-se de nosaltres? Cóm podia ser això?

Moltes qüestions obertes, ... que de seguida varen tenir una explicació, que semblava l’única possible i que, a més, lligava amb les teories de la relativitat que Einstein havia formulat anys abans. No, no eren els objectes els que es movien. Era el propi espai que havia entre ells el que s’expandia!

És com si estirem una tela elàstica sobre la que hi hem posat boles pesades (que fan de galàxies). Tal com estirem la tela, “es crea” espai entre les boles, que s’allunyen totes de totes (quan, en realitat, estan en repos). I qualsevol bola que miri a les demés, veurà el mateix: que les demés s'allunyen d'ella (com si ella fos el centre d'alguna cosa), i que les més llunyanes semblen allunyar-se més ràpid. Així de senzill, i, a l’hora, així de bèstia! L’univers s’expandia com la tela elàstica de l’exemple!

Jo mateix, mentre escric aquest article, em sorprenc de la senzillesa i elegància del raonament. Dos tècniques (l’espectroscopia i l’estudi de les variables cefeides) havien permès relacionar distància amb velocitat d’allunyament. I aquesta gràfica havia demostrat que tot s’allunya de tot, i que les velocitats augmentaven amb la distància.

Una de les confirmacions de la teoria del Big Bang estava servida: l’univers s’expandia.

dijous, de desembre 20, 2012

Les constel·lacions, una guia per a ordenar el cel

Recordeu les primeres vegades que, de nens, vàreu mirar amb atenció el cel? Què és el que buscàveu? Què us interessava saber?
Com la majoria de la gent, segurament buscàveu determinades formes que us sonaven. “On és l’Ossa Major?”. Buscàveu constel•lacions.

Molts abans de saber que aquells puntets que hi ha allà dalt són altres sols, busquem formes mítiques, animals, herois. Els símbols del zodíac. Busquem, senzillament, orientació.

Crec que tenim tendència a intentar crear formes i patrons allà on hi ha caos. Sense patrons ens desorientem i tot sembla molt més complex.

Potser per això els nostres avantpassats li varen donar noms a les formes que creien veure al cel. Així van néixer les constel•lacions, com una mescla de misticisme front al desconegut i la “mania” d’organitzar i classificar dels humans.

Recordem que una constel•lació no és més que una agrupació visual d’estrelles. Per efectes de la perspectiva, de com les veiem des de la Terra, ens poden semblar “juntes”. Però, en realitat, les estrelles que formen part d’una constel•lació no tenen, en general, relació física entre elles, i, de fet, poden estar a grans distàncies unes de les altres.

L’astronomia moderna també empra les constel•lacions. Les fronteres entre elles, per exemple, s’han definit perfectament (una altra vegada, aquestes fronteres són, simplement, convencions, ja que no deixen de ser línies fictícies creades per l’home). El fet de tenir constel•lacions ajuda a l’hora de situar objectes (diem, per exemple, que la famosa nebulosa M42 “és a la constel•lació d’Orió”).

Si aixequem la vista en una nit clara d’estiu, des d’un entorn rural, ens sorprendrà la quantitat d’estrelles que veiem. Si tenim sort, veurem fins i tot la Via Làctia. Són aquelles nits d’estrelles fugaces, i d’estirar-se mirant a dalt, bocabadats.

Quan comencem a saber distingir les principals formes al cel, tot sembla més senzill. A part de la satisfacció que sentim, el podem situar noms, figures i objectes ens fa sentir més segurs davant aquell “caos” d’estrelles.

Amb el pas dels mesos i de les estacions de l’any, les constel•lacions van canviant, van “girant”. Així, diem que el Cigne, per exemple, és una constel•lació d’estiu, perquè la veurem clarament dalt els nostres caps durant les nits d’aquesta estació. Què li passa al Cigne a l’hivern? Migra?

El nostre dia civil té 24 hores. En canvi, la rotació de la Terra es produeix en realitat en 23 hores i 56 minuts aproximadament. És a dir, “sobren” 4 minuts. Això fa que cada nit les estrelles (i per tant les constel•lacions) tornin a ocupar la mateixa posició que ocupaven el dia anterior 4 minuts abans. Aquest efecte, acumulat en un mes, ja suma unes dues hores.

És fàcil veure, així, que aquella constel•lació que vèiem en una posició del cel “s’haurà anat movent” cap a l’oest, poc a poc, cada dia una mica, i que, passats uns mesos, la deixarem de veure perquè es pondrà per l’oest molt d’hora al vespre. Dit d’una altra forma, el Cigne, constel•lació d’estiu, la tenim sobre nostre de dia (i, és clar, no la veiem) 6 mesos després, durant l’hivern.

Les estrelles, però, que es situen molt a prop del pol nord celeste (de l’estrella Polar), giren igualment amb el pas dels mesos, però no arriben a amagar-se sota de l’horitzó. Això ho podem veure en el següent esquema:


Esquema: el gir de les estrelles al voltant del pol celeste fa que aquelles situades més a prop de la Polar no s'amaguin mai sota de l'horitzó (color blau).

Aquest efecte de carrusel li dóna més interès, si cap, al coneixement de les constel•lacions. Poc a poc, et vas fent una imatge mental de cóm són les nits d’estiu, o de tardor. Quines constel•lacions (estrelles) es veuen i a on. Quines ja no es veuen.

És més que cultura. Reconèixer el cavall alat Pegaso, o les banyes de Tauro és divertit. Et fa entendre millor allò que veus. I dóna per xerrar entre amics o familiars, estirats mirant el cel.

Aprendre és senzill. La millor forma, tenir algú al costat que conegui aquesta o aquella constel•lació. O amb cartes d’orientació que podem baixar d’internet o comprar ben barates.

Us animeu?

dimarts, de desembre 11, 2012

Un vespre a ASTER, ... i la propera carta als Reis Mags

Fa uns dies vaig assistir a la reunió d’astrofotografia de l’Associació Astronòmica de Barcelona (ASTER) de la qual en soc soci.

En aquesta reunió es presentaven els treballs realitzats durant l’any 2012 pels aficionats a fotografiar el cel.

El primer que us haig de dir és que, de vegades, la paraula “aficionat” es queda francament curta quan veus els treballs que alguna gent fa.

Allà vaig poder gaudir de les fotografies i vídeos solars d’en José. Espectaculars imatges de flamarades solars i altres fenòmens associats. Et quedaves amb la boca oberta. També hi havia en Carles, amb les seves fotografies de planetària, algunes d’elles fetes des de l’observatori Fabra. El detall capturat en imatges de Júpiter i de Saturn és increïble. I en David, amb una demostració de les capacitats de fer meravelles des d’un cel urbà com el de Barcelona, i emprant càmeres de fotografia digitals convencionals: la seva fotografia de la galàxia d’Andròmeda encoratja als aficionats que, una vegada si i l’altra també, ens queixem dels nostres cels massa il•luminats.

Personalment, em vaig sentir afortunat de poder presentar, també, el meu treball, que complementava les anteriors presentacions, ja que estava centrat en fotografia de cel profund.

Tard a la nit, me’n vaig anar cap a casa content, amb aquella sensació d’haver participat en quelcom positiu i engrescador.

Aquesta gent de l’astrofotografia es reuneix cada dimarts. Intercanvien idees, trucs, experiències. S’ajuden. I estan més que oberts a ensenyar, a fer didàctica. Tot des d’una posició d’humilitat i de voler també aprendre.

L’associació ASTER alberga varis grups temàtics, com el d’astrofotografia, que es reuneixen periòdicament. Els grups de solar, o d’estrelles variables són ja uns clàssics, amb contribucions serioses a la investigació científica.

Aquesta associació prepara una exposició amb els millors treballs astrofotogràfics de l’any realitzats pels seus socis. Quan es conegui data i lloc ho compartiré en aquest blog per a qui pugui estar interessat.

Mentre tant, ja penso en la carta als Reis Mags d’Orient. Tot i que aquest any penso que no m’he portat gaire bé, tinc l’esperança que Ses Majestats considerin que la tasca de divulgació bé es mereix un detall. Si tot va bé, i a pesar de la crisi, intentaré incorporar alguna sorpresa agradable a les observacions, per a fer-les més atractives i més còmodes. Potser quelcom un xic espectacular?

“Benvolguts Reis Mags d’Orient, ...”

dimecres, de desembre 05, 2012

El naixement de l'univers i els televisors analògics

L’any 1964, dos físics americans eren treballant, per a la companyia telefònica Bell, amb una de les antenes més grans i sensibles de l’època. De seguida, varen notar el que creien era una interferència, un “soroll de fons”.

Inicialment van pensar que es tractava d’interferències provinents dels nuclis urbans més propers, cosa que varen, després d’unes proves, descartar. Aquell “soroll” semblava venir de tots llocs, amb independència d’on apuntessin l’antena. I, a més, era extraordinàriament uniforme.

Sense saber-ho, ni voler-ho, aquells dos homes (Penzias i Wilson) acabaven de descobrir, ni més ni menys, una de les bases més consistents que permetrien desenvolupar el model del Big Bang. Acabaven de descobrir “l’eco” del mateix naixement de l’univers.

Allò va acabar, anys després, amb el Nobel de física.

Molt s’ha avançat des de llavors en l’estudi d’aquesta radiació de fons. Sí, és per tot arreu, com aquells sorolls electrònics que apareixen quan jugues amb el dial d’una radio i et poses en un canal buit. Avui sabem que aquesta radiació ens arriba després de quasi 13.7 mil milions d’anys de viatge.

Les teories més modernes del Big Bang expliquen, de moment quasi a la perfecció, el què observem. En aquestes teories, l’univers que coneixem “neix” fa uns 13.7 mil milions d’anys, amb una extraordinària expansió de l’espai. És l’origen del temps, el nostre “temps zero”.

A partir de l’enorme energia existent, es crea la matèria. En els primers instants de l’univers, aquesta és tan densa i calenta que la radiació (recordeu que la llum visible, per exemple, és una de les formes que pren la radiació) no circula, sinó que impacta constantment contra la matèria (protons i electrons lliures). Aquesta època es coneix com “l’edat fosca”: l’univers és “opac”, la radiació (llum inclosa) no circula lliurement, i és constantment absorbida i re-emesa.

Però el propi procés d’expansió de l’univers el porta a un refredament progressiu i a una disminució, lògicament, de la densitat de matèria, que cada cop es distribueix al llarg de més espai. Arriba un punt en el què els protons i electrons lliures es poden combinar formant els primers àtoms d’hidrogen. Tot de sobte, l’univers es torna “transparent”, i la radiació circula lliurement.

És en aquest moment (uns 300.000 anys després del “temps zero”) que es difon la radiació de fons de la què parlàvem. Un senyal que omple l’univers en totes direccions.

Les dades que es poden deduir d’aquesta radiació són impressionants, i no m’equivocaré si dic que constitueix una de les bases científiques més contundents per a entendre la creació i la composició del nostre univers.

Deixant a banda l’aplicació pràctica de la radiació de fons, és extraordinari pensar que aquestes partícules (sabeu que la radiació electromagnètica és formada per fotons) ens porten informació de cóm era l’univers fa milers de milions d’anys. Que quan es va crear, no existien encara les estrelles, i l’univers era com una bèstia descontrolada, molt diferent a la imatge de serenor que ara tenim.

Recordeu (no fa pas massa) les televisions analògiques? I recordeu aquells primers temps, quan movíem el dial de la tele per a canviar de canal (dos canals!)? Recordeu aquella “neu”, aquells espais buits entre cadenes, que omplien la pantalla de “interferència”? (sí, sí... com aquelles escenes ja clàssiques de la pel•lícula Poltergeist que ens van fer pujar l’adrenalina!)

És fascinant, però part d’aquella “neu” que apareixia en els pantalles era producte d’aquesta radiació de fons. Era part del crit de l’univers despertant-se, ara fa milers de milions d’anys.

Llàstima de televisors analògics.

diumenge, de desembre 02, 2012

El dibuix de la Lucia

Aquí tenim el dibuix que la Lucia, una de les assistents a la darrera observació, ens envia.



La Lucia té només 5 anys, i això és el que ha volgut compartir amb nosaltres sobre la Lluna i Júpiter.

Gràcies pel dibuix, Lucia. T’esperem en properes observacions.

Estels i Planetes

TOP