diumenge, d’octubre 25, 2015

Les alineacions planetàries al cel

Aquests dies tenim al cel un gran espectacle de planetes brillants. Només cal alçar la vista, abans de la sortida del Sol, cap a l'est. Venus, lluentíssim, ens fa de far, i ens indica on mirar. Just per sobre, Júpiter, també força brillant (tot i que res és comparable a Venus). I per sota de Venus,  Mart.

En uns dies, s'hi ajuntarà la Lluna decreixent, i llavors l'espectacle encara serà més fantàstic.

Una característica que crida l'atenció quan es produeixen aquestes agrupacions visuals és que els planetes queden alineats. Podríeu traçar una línia recta entre el planeta superior i l'inferior, i tots quedarien ben a prop d'aquesta línia, incloent la pròpia Lluna.

Per què els planetes no es distribueixen pel cel ocupant qualsevol posició? Per què tots ells circulen per les mateixes franges del firmament? O, encara més revelador, per què el propi Sol transita per idèntiques zones del cel?

Hi ha un experiment molt senzill que podeu fer, si mai no havíeu notat l'efecte comentat anteriorment. Mireu per on va el Sol aproximadament al migdia. Des de les nostres latituds, observareu que se situa cap al sud (més o menys alt, en funció de si és estiu o hivern, respectivament, però sempre cap al sud). Ara fixeu-vos, de nit, per on es mou la Lluna plena a mitja nit aproximadament. La trobareu penjada al cel també en direcció sud (més o menys alta, en funció de si és hivern o estiu, respectivament, però sempre cap al sud).

Si sabeu reconèixer els planetes a ull nu, notareu que també circulen per les mateixes regions que el Sol i la Lluna. Així, per exemple, Júpiter sortirà per l'est, es mourà amb les hores en direcció sud, i s'acabarà amagant per l'horitzó oest.



Mai no trobarem, des de les nostres latituds, el Sol, la Lluna, ni qualsevol dels planetes del Sistema Solar, al nord. Per què?

L'origen de totes aquestes coincidències es remunta a fa quasi 5.000 milions d'anys, en els primers moments de formació del Sistema Solar.

Quan va néixer el Sol, ho va fer rodejat d'un immens disc de matèria sobrant, restes de material que la jove estrella no havia incorporat. L'enorme disc girava al voltant del Sol, i per efectes d'aquesta rotació va prendre una forma plana. I és d'aquest disc de matèria que es van anar creant els planetes, a base d'agregacions de petits fragments.

Per tant, fixeu-vos que tots els planetes varen quedar situats, més a menys, en un mateix pla. Tots posadets sobre la taula, girant al voltant del Sol, que també estava sobre la taula. 

Aquesta és la raó per la qual les òrbites dels planetes, vistes des de la Terra, se situen en les mateixes franges del cel. Quan els planetes, per efectes de perspectiva, queden junts al firmament, els veiem sempre alineats, sense cap d'ells que se separi massa d'aquesta alineació.


diumenge, d’octubre 04, 2015

Ones gravitatòries. O cóm enganyar a un científic.

La teoria de la relativitat general és, sens dubte, un dels puntals fonamentals de la física i del nostre enteniment de l’univers.

Aquesta teoria ens dibuixa un espai (en realitat, un espai-temps quadridimensional) que es corba amb la massa dels objectes. Si imaginem una tela elàstica (l’espai-temps), i hi posem una bola pesada, la tela es deforma, i la bola s’enfonsa dins la petita (o gran) depressió que s’ha creat. Les conseqüències d’això, que podem entendre amb aquest exemple tan senzill, és que una de les forces més enigmàtiques i a l’hora més quotidianes de la natura, la gravetat, queda explicada automàticament: qualsevol altre objecte que s’apropi a la depressió, avançant per sobre la tela, tindrà tendència a caure-hi si passa massa a prop del clot. És un plantejament molt elegant, ja veieu. Abans de la relativitat, la cosa era poc satisfactòria: Newton ja ens havia explicat (i demostrat) que dos cossos s’atrauen de forma proporcional a les seves masses, ... però per què? 

Què fa que dos objectes s’atreguin? Cóm sap la Terra que a 150 milions de quilòmetres de distància hi ha el Sol? Cóm nota el planeta l’atracció d’aquell? Amb la relativitat general, totes les preguntes queden contestades, simplement per un efecte tan simple com la deformació de l’espai (temps). L’atracció que nota la Terra es deu a que en la direcció del Sol l’espai (temps) es va enfonsant lleugerament, i el planeta té tendència a caure-hi.

Però aquesta deformació de l’espai (temps) té altres conseqüències més extraordinàries. Una de les prediccions més exòtiques de la teoria és que, a l’univers, han d’existir ones gravitatòries. Davant una enorme i sobtada pertorbació de l’espai (temps) , la deformació s’hauria de propagar per sobre de la "tela" com una ona ho fa sobre el llac.

Quin tipus d'esdeveniments provocarien ones? Cataclismes, com posem pel cas la fusió de dos forats negres! Dos objectes super massius, cada un d’ells capaç de deformar l’espai (temps) de forma extrema. Res no impedeix que dos forats negres orbitin un al voltant de l’altre, i, en un moment donat, puguin caure sobre ells mateixos i fusionar-se. La teoria diu que aquest sobtat esdeveniment hauria de fer “tremolar” l’espai temps, llançant ones (anomenades gravitatòries) en totes direccions.

Seria magnífic, doncs, poder detectar ones gravitatòries. Ens permetrien estudiar, analitzar, esdeveniments tan brutals com el descrit. I, anant encara més lluny, perquè no, potser podríem capturar ones gravitatòries del mateix moment del naixement de l’univers! (l’esdeveniment que més ha fet tremolar, sens dubte, l’espai-temps!).

Cóm serien aquestes ones? Petitíssimes deformacions de l’espai (temps), tal qual. És a dir, el pas d’una ona gravitatòria modificaria les distàncies entre els objectes per uns instants. Però, de quines variacions estem parlant? Doncs increïblement petites, al límit del que podem mesurar. Ho explicaré millor revisant l’aparell que els científics tenen funcionant per a detectar-ne.

L’aparell en qüestió és un sistema de túnels per on es llença un làser, que rebota en miralls al final del túnel, per tornar a l’origen (s’anomena LIGO, i es troba als Estats Units). Estem parlant de distàncies de 4 quilòmetres (que s’estan ampliant amb la millora de l’instrument). Si passa una ona gravitatòria, l’extraordinàriament minúscula variació en l’espai (temps) que produeixi hauria de fer que el làser, en el seu retorn després de rebotar al mirall, presentés una diferència de temps a l’arribada (perquè hauria d’haver recorregut un espai lleugerament diferent a l’inicial). Ho he explicat molt simplificadament, ja que l’experiment és un xic més complex, però així l’entenem (espero!).

Molt bé, doncs s’espera que les ones gravitatòries més grans puguin fer desviar la distància que recorre el làser en, atenció, una milionèsima d’una milionèsima d’una milionèsima de metre. Una distància quelcom així com un bilió de vegades més petita que la mida d’un bacteri!

Queda clar que detectar el pas d’ones gravitatòries no és cosa fàcil.

Com que el seu descobriment seria espectacular, els científics estan prenent moltes precaucions en confirmar allò que els instruments mesuren. De fet, res no impedeix que, hores d’ara, ja s’hagin descobert, però que els investigadors estiguin analitzant curosament els resultats, cop rere cop, abans no fer públic el descobriment.

És potser degut a la importància que tindria el descobriment, com a enèsima prova de la bondat de la teoria de la relativitat general,  que els científics han posat en pràctica un joc malèvol. Una veritable trampa.

D’entre tots els centenars investigadors que hi treballen, 3 d’ells, i només 3, tenen la possibilitat d’introduir falses senyals en l’instrument. Ho poden fer quan vulguin, sense cap notificació ni avís. Quan un senyal és detectat, els grups de científics s’afanyen en analitzar, comprovar, i, fins i tot, començar a escriure els articles que anunciaran al món la detecció. Potser, en els seus anàlisi, descobreixen la trampa, i descarten el senyal. Però potser no. I no és fins al final, quan estan a punt d’anunciar, que els 3 científics “tramposos” són consultats, per veure si varen introduir soroll i si, en realitat, el senyal és fals.

Però espereu! Sabeu quan temps triguen els anàlisi i les comprovacions? Mesos! És a dir, poden arribar a treballar mesos, frenèticament, sobre senyals falses! I això ha passat, al menys, dos cops.

En el primer cop, els científics van descobrir l’engany, però després de 18 mesos de treballar amb el senyal. Però en el segon no. I ja tenien tot preparat per l’anunci, quan, després de 6 mesos, els 3 investigadors “malvats” varen enfonsar les il·lusions.

Sembla cruel, oi? Però si recordem les dimensions de les pertorbacions que es volen mesurar no és estrany que es vulguin prendre totes les precaucions del món. A més, aquest esquema funciona a mode d’entrenament. Quan arribi un senyal veritable, els investigadors estaran bregats i els protocols d’anàlisi més que provats, reduint quasi a zero la possibilitat d’error.

El LIGO ha estat millorat recentment pel que fa a la seva sensibilitat. L’equip original s’havia d’aturar de tant en tant, simplement perquè l’afectaven coses com les vibracions d’una carretera a quilòmetres de distància. Amb les millores que s’hi han fet, no sembla que hi hagi d’haver impediment per a la detecció de les elusives ones, en cas que existeixin. Com deia abans, potser ja s’han detectat.

El futur en l’estudi de l’univers pot basar-se ens instruments extraordinàriament més sensibles, que ja han estat proposats: “LIGOs” on els feixos de llum del làser recorrin distàncies enormes (per exemple, amb miralls entre Terra i Lluna) per poder detectar les ones amb més facilitat i extraure’n detalls (a més distància, més senzill serà detectar les minúscules variacions). Seran un nou tipus de “telescopi”. Els telescopis d’ones.

Teles que es deformen amb els objectes. Ones que es propaguen pel llac i que porten informació de les pedres que les varen provocar.


Els propers anys segur que seran molt apassionants.

Estels i Planetes

TOP