dissabte, de febrer 17, 2018

Un nord que serà sud: l'erràtic camp magnètic de la Terra

Que una brúixola marca el nord ho sap tothom. Però no sempre ha estat així. I tampoc serà així en el futur.

El nostre planeta gaudeix d'un rellevant camp magnètic. Dic gaudeix perquè, com ara explicaré, aquest camp magnètic, similar al que crea un enorme imant, ens protegeix del bombardeig de partícules perilloses provinents de l'espai.

La Terra té un cor metàl·lic, format bàsicament per ferro i elements afins (com ara el níquel). En el centre del planeta, les pressions i temperatures són brutals, i el nucli metàl·lic es troba en estat sòlid. Però rodejant aquesta part més densa es localitza una capa de nucli en estat fluid, el moviment del qual genera camps elèctrics que, al seu temps, creen el camp magnètic.

El moviment del nucli fluid és degut a 2 raons principals. La primera és que, com tots sabem, el nostre planeta gira. Ho fa en aproximadament 24 hores, un gir força ràpid per a una esfera de 6.400 Km de radi. Però més important que aquest efecte, el moviment de la massa metàl·lica de 'interior de la Terra és impulsat per corrents  de pujada i baixada de material, un mecanisme conegut com a convecció. És el mateix mecanisme que es genera dins una olla amb aigua al foc. El líquid calent del fons puja i es refreda, mentre el seu lloc és ocupat per líquid més fred que baixa, en moviments circulars orientats verticalment.


La tectònica de plaques crea oportunitats per a que l'escalfor de l'interior del planeta s'escapi, i això és el que alimenta la convecció. Venus, per exemple, tot i ser bessó nostre pel que fa a dimensió, no presenta camp magnètic, i creiem que la raó principal, a part que gira molt lentament, és perquè no té l'activitat tectònica de la Terra, i el seu interior queda tèrmicament aïllat, cosa que atura el mecanisme de convecció al no poder-se dissipar part de la calor.

En definitiva, tenim que un nucli metàl·lic fluid en moviment és el que converteix la Terra en un imant gegantí.

Com deia abans, aquest camp magnètic actua com un efectiu escut protector. Gran quantitat de partícules carregades elèctricament es dirigeixen cap a la Terra provinents del Sol i, en general, de l'espai. Arriben a altes velocitats, i els seus efectes sobre els teixits pot ser fatal. També sobre l'ADN, provocant mutacions. A més, poden fregir fàcilment tot tipus d'aparells electrònics.

El camp magnètic del planeta s'estén a l'espai, rodejant la Terra, i atrapa aquestes partícules. Al menys a la majoria. Una magnífica i afortunada protecció per a la vida, i, de rebot, una font de boniques llums polars, que anomenem aurores.

Però les dinàmiques que es produeixen a l'interior de la Terra ens són, en gran part, desconegudes. I resulta que al llarg de la història del planeta blau, el camp magnètic ha oscil·lat tremendament, quasi desapareixent en moments, i canviant la seva polaritat en altres (és a dir, canviant el nord pel sud!).

Les roques antigues guarden el record d'aquests canvis, i ens mostren un comportament erràtic, que no comprenem.

Anem a pams.

Si mirem la situació actual, ens podria semblar estable i controlada (em refereixo al camp magnètic, és clar). Però la realitat és que hi ha grans zones del planeta que presenten intensitats variables del camp magnètic. Per exemple, hi ha una regió del sud de l'oceà Atlàntic que mostra una gran baixada de la intensitat magnètica, i no sabem el perquè. Però l'evidència que ens diu que estem en plena fase de canvi la derivem de les mesures que des de ja fa anys estam enregistrant curosament. En els darrers 175 anys, el camp magnètic de la Terra s'ha afeblit en un 9%.


Com comentava, les roques parlen de canvis radicals en el magnetisme del planeta. Tan radicals com la inversió complerta. Etapes de la història en què una brúixola hagués marcat l'actual sud. O, pitjor encara, hagués generat lectures totalment erràtiques, marcant diferent en funció de la regió en la que ens trobéssim.

Gràcies a les roques hem pogut establir que cada 250.000 anys, per terme mig, la polaritat s'inverteix (inversió entre el pol nord i el sud magnètics). Però, atenció, el darrer canvi es va produir ara fa 780.000 anys. Som, doncs, a punt d'una nova inversió?

Els efectes serien brutals, ja ens ho podem imaginar. Especialment pel que fa a la nostra tecnologia. Vivim en un món altament tecnificat, en el que el fet que una brúixola maqui el nord no és només una cosa útil pels excursionistes. Més preocupant és que els canvis de polaritat no es produeixen tot d'una, sinó mitjançant un procés caòtic que dura milers d'anys. Durant aquests períodes convulsos, la situació del nord magnètic, per exemple, es desplaça al llarg de tot el planeta.  El camp magnètic acaba fragmentant-se, desapareixent el nord i el sud, i apareixent camps individuals repartits per tot el globus (com si es distribuïssin grans imants, orientats cada un de forma erràtica).

De nou l'anàlisi de les roques i dels fòssils ens porta a la conclusió que aquests canvis tan radicals no han afectat al desenvolupament de la vida, al menys en el llarg termini. La vida, les espècies, s'han sabut adaptar a aquests cicles. En altres paraules, les aus, per exemple, no han desaparegut quan ha canviat l'orientació magnètica, o quan quasi ha desaparegut. Repeteixo, al menys vist a gran escala i en el llarg termini. Una altra cosa són els patiments pels que, a ben segur, han hagut de passar nombroses generacions abans no adaptar-se a la nova situació.

És clar que tots aquests canvis, especialment durant les llargues etapes de fragmentació del camp magnètic o del seu afebliment, han malmès l'efectivitat de l'escut protector del planeta. La vida, però, se n'ha sortit (m'imagino que no sense patiment, com deia abans).

Els científics no preveuen, hores d'ara, cap canvi radical en els propers milers d'anys. Però si pensem que la nostra civilització ha de sobreviure un llarg temps (afirmació clarament dubtosa), en un moment o altre haurà de fer front a la situació d'un magnetisme volàtil i capritxós.

De moment, podrem seguir fent excursions a la natura,... sempre i quan no l'haguem destrossat, és clar.

No deix de ser inquietant el poc coneixement que tenim de la personalitat i bioritmes del nostre planeta, quan estem explorant altres mons allà fora. Una prova més de la increïble i magnífica complexitat de la natura. I de la immensa sort que tenim de ser, formant part d'ella.

La natura ens permet estar aquí, a pesar de la seva complexitat. 

A pesar del perill que representem per a altres espècies, i també per a nosaltres mateixos.


dijous, de febrer 08, 2018

En un descapotable vermell cap a Mart. "Planet Earth is blue and there's nothing I can do"

El descapotable Tesla vermell girava lentament, i en aquest gir pel seu parabrises desfilava el Sol i després la Terra. Una bellíssima Terra blava tacada pel blanc dels núvols, com potser mai s'havia vist. Al volant, l'Starman, un maniquí vestit d'astronauta, feia que conduïa, amb un braç al volant i l'altre descansant provocativament sobre la finestra. El quadre de comandament del vehicle anunciava "Don't panic!". La música de l’inimitable David Bowie era interpretada pel sistema d'àudio amb ningú per escoltar-la, ja que a l'espai, sense aire, les ones sonores no es transmeten. Al voltant del cotxe, un munt de petits fragments passaven a tota velocitat, brillant fulgurants amb el reflex de la llum de la nostra estrella, segurament restes de l'operació de posada en òrbita del cotxe. Mentre, a terra, els motors propulsors del coet retornaven de la missió, i aterraven amb precisió absoluta sobre les plataformes preparades per a la recepció.

Milions de persones seguíem, emocionades i sense poder desenganxar els ulls de la pantalla de l'ordinador, la transmissió en directe que les vàries càmeres adossades al descapotable enviaven.

Era un "fake"? Un muntatge? Ho estàvem somiant? S'estava rodant una pel·lícula de Hollywood?

No, allò era real. Elon Musk, el multimilionari propietari de la marca de cotxes Tesla i de la companyia aeroespacial SpaceX, ho havia petat.
(les imatges que apareixen en aquest article són... REALS!).

En aquest relat veureu que hi ha una mescla d'il·lusió i emoció (que va ser desbordada en alguns moments de la transmissió de les imatges, ho confeso), de reflexió científica i tecnològica, però també d’una certa crítica. Tot i que, reconec, aquest darrer aspecte queda, en el meu cas, empetitit pels beneficis de tot el demés.

SpaceX és capdavantera en el negoci espacial, i disposa dels coets que actualment s'estan emprant per posar satèl·lits en òrbita. És un negoci, ja que la NASA fa anys, des que va jubilar la seva flota de transbordadors espacials, no disposa de coets capaços d'enlairar càrregues i posar-les en òrbita. Fins a l'arribada de les naus SpaceX, l'aposta segura sempre ha estat l'etern i fiable Soyuz rus, que s'utilitza fins i tot per a l'abastiment de personal i recursos de l'Estació Espacial Internacional.

Una ullada a la personalitat del senyor Musk ja fa intuir que tot això és molt més que un negoci per ell. És un repte, un somni. Una, també, provocació.



L'any passat Elon Musk va afirmar que aquest any 2018 enviaria un parell de turistes a donar tombs per la Lluna (recordem que l'home no ha explorat l'espai més enllà de la nostra òrbita des de l'any 1972).

Però potser les declaracions més inspiradores i alhora pol·lèmiques van ser les que es referien a colonitzar Mart. No només enviar-hi l'home, sinó establir una colònia. Quan? Començant a la dècada dels 20. Per posar les coses en perspectiva, les grans agències espacials públiques, la NASA en el cas americà, o l'ESA europea, situen de forma vaga els seus escenaris de visita humana a Mart per a ben entrada la dècada dels 30.

Enviar homes a la Lluna amb bitllet d'anada i tornada, o colonitzadors a Mart, requereix tecnologia puntera, és obvi. També necessita la resolució de bastants factors de caire científic, com per exemple la pèrdua de massa òssia que produeix la manca o afebliment de gravetat.


Des del punt de vista tecnològic, es necessita un coet capaç d'elevar i impulsar una càrrega considerable i fer que aquesta escapi de les garres de la gravetat terrestre. En aquest sentit, l’honor de ser la bèstia per excel·lència encara l’ostenta el colossal i més que jubilat Saturn V, el coet dels Apolo de la dècada dels 60 i començaments dels 70 del segle passat (uf... sí, sí, del segle passat!).

Així que SpaceX va decidir ampliar la flota, desenvolupant la nau coneguda amb el nom de Falcon Heavy, amb una potència aproximadament del doble de les naus actuals. I amb tecnologia parcialment reutilitzable, provada ja parcialment en experiments anteriors, basada en components capaços de retornar de l'espai i aterrar plàcidament per a formar part de nous llançaments.

El 6 de febrer de 2018 era la prova de foc del Falcon Heavy. La de debò, sense xarxa de protecció i en directe.


Però, és clar, s'hi havia de posar una càrrega. Sí, s'hagués pogut posar un satèl·lit gran, o qualsevol altra cosa d'utilitat. Però no, Elon Musk tenia el show ben pensat. La càrrega havia de ser un dels seus descapotables vermells. I quan dic dels seus, és una afirmació literal. Un Tesla que ell mateix va conduir i que formava part de la seva flota personal. El tripulant seria el maniquí Starman, anomenat en homenatge a una de les cançons del Bowie, enfundat en el vestit espacial que la companyia vol provar.

La missió consistia en posar en òrbita al voltant de la Terra vehicle i tripulant, i des d’allà propulsar-los, al cap d’unes hores, cap a la llunyana òrbita de Mart.

Si deixem a banda, per uns instants, el component d'espectacle, acordarem que es necessitaran moltes proves, desafiaments, i conquestes si es vol acabar situant l’empremta de l’home sobre la terra marciana. Així que experiments com aquest són, i seguiran sent, imprescindibles.

En la missió es provava el coet, ja ho hem explicat. El retorn controlat de les seves peces. La capacitat d’enlairar una càrrega pesada. La tecnologia per a impulsar la càrrega cap a l’òrbita de Mart. I un munt de coses més que se m’escapen, i que a ben segur formen part de llargues llistes de comprovacions i testos que els tècnics d’SpaceX devien haver confeccionat.

El Tesla vermell, la música de Bowie, les càmeres, Spaceman... tot això sobrava? (un apunt: la música del gran Duc Blanc no sobra mai!)

Com deia abans, es pot criticar l’Elon Musk pel muntatge de caràcter marquetinià al més pur estil estrafolari-multibilionari americà. També es pot criticar, atenció amb això, que prou pena tenim en embrutar el nostre planeta per a que ara, a sobre, ens dediquem a enviar ferralla inútil a l’espai.

Però per un altre costat, milions de persones mai no oblidaran aquelles imatges surrealistes del descapotable vermell circulant al costat del planeta blau. Se’n parlarà durant temps. I segurament generarà interès del públic per tot allò que tingui a veure amb l’exploració de l’espai i, sobre tot, amb el repte d’encarar la propera frontera de la humanitat. El salt al planeta vermell.


La cosa està en el balanç, en si s’ha aconseguit un equilibri. Per alguns, el show haurà pagat la pena. Per altres, haurà estat només l’excentricitat d’algú a qui li surten els bitllets per les orelles (recomano, als que pensin així, que tinguin present que aquest home no ha fet els diners del no-res, i que deu conèixer i manegar bé el poder del màrqueting i el de la inversió en avenços que després es converteixen en abundants ingressos. O algú pensa que el viatge futur a Mart, o el dels 2 turistes a la Lluna, no els pagarà ningú?)

Que consti que ara he estat parlant només del component show, perquè la resta, la part tècnica i científica, penso que significa realment un punt històric en l’exploració espacial.

Deixeu-me parlar un moment de les imatges. Abans deia que eren espectaculars, com poques vegades s’havien vist. I és que l’òrbita del descapotable se situava molt per sobre de la que, per exemple, ocupa l’Estació Espacial Internacional, cosa que fa que la perspectiva sobre la Terra l’abastés per complert, mostrant-nos tota la bellesa de l’esfera blava. A partir de les vistes, vaig estimar en uns quants milers de quilòmetres l’alçada (la de l’Estació Espacial Internacional es mesura en centenars de quilòmetres).

El fet que el vehicle rotés provocava que no te’n poguessis cansar de mirar: s’alternaven vistes directes sobre el planeta, amb moments en què la Terra quedava reflectida a la carrosseria, amb altres dominats per un Sol encegador, i fins i tot, amb moments en els que una Lluna distant en fase treia el cap per un costat. Per cert, la rotació del cotxe no era només un efecte artístic. A l'espai les naus sempre es fan rotar per tal d'equilibrar les temperatures. Sense aire que serveixi de difusor, allà on arriben els rajos del Sol la temperatura es dispara a centenars de graus, i on no hi toca la llum també s'assoleixen centenars de graus, però sota zero.


Podeu (heu de!) visualitzar el vídeo que es va emetre en directe aquí: https://youtu.be/aBr2kKAHN6M

Starman viatja ja cap als dominis de Mart. Però alguna cosa ha fallat, i la trajectòria no va dirigida cap al planeta roig. El vehicle errarà, i acabarà viatjant eternament entre el Sol i algun lloc entre l’òrbita de Mart i de Júpiter. 

Les càmeres ja no funcionen, bateries esgotades. I la música del gran David Bowie fa hores que deu haver parat de reproduir-se.

Però allà va, per sempre, un descapotable vermell creuant el nostre Sistema Solar.



diumenge, de febrer 04, 2018

Què és això que anomenem temperatura?

La temperatura és un concepte quotidià, que tots emprem constantment. Des de la temperatura que farà demà, fins a la que marca el termòmetre que li hem posat al nostre fill. La temperatura del congelador, o la del cafè que ens crema la llengua.

Us heu parat mai a reflexionar què és, en realitat, això que anomenem temperatura? Sembla una cosa esotèrica, màgica. Què és el que fa que un objecte, una cosa, ja sigui gran, com una nebulosa a l'espai, o petita, com una gota d'aigua, tingui temperatura?

Potser sembla una pregunta sense importància?


No val respondre-la dient: "És clar, la temperatura és si una cosa està freda o calenta". Perquè així no ho responem, sinó que donem voltes sobre el mateix concepte. Què és estar fred o calent? Què fa que un glaçó de gel estigui fred, o la flama d'un llumí calenta?

Per entendre-ho, aquest cop no mirarem a munt, a l'espai, sinó cap a dins de la matèria. Com sempre, em permetré fer algunes aproximacions en l'explicació per tal d'intentar fer-la més entenedora (perquè la realitat és un xic més complexa que la que explicaré, especialment si un té en compte els efectes de la mecànica quàntica).

Tota la matèria està composada per àtoms i molècules (que no són més que associacions d'àtoms). En un gas, les seves molècules es mouen lliurement dins l'espai en el que el gas està confinat, omplint-lo de forma homogènia. En un líquid, els àtoms i molècules es troben lligats entre ells, cosa que fa que la substància en qüestió tingui més consistència que un gas. I en un sòlid, aquests enllaços són molt més forts.

Però sigui quin sigui l'estat de la matèria, gasosa, líquida, o sòlida, els seus àtoms sempre estan en moviment. Ja hem comentat com les molècules d'un gas vaguen de forma aleatòria. Les d'un líquid també es mouen, cosa que fa que tot es mescli de forma homogènia. Inclús en un objecte sòlid. En aquest cas, tot i que les molècules es troben, com dèiem, fortament lligades entre elles, el moviment que tenen el podem visualitzar com si fos de vibració. Els àtoms vibren constantment, sense poder escapar-se i trencar els enllaços.

Doncs bé, la temperatura és una mesura estadística d'aquest moviment dels àtoms. Quan un termòmetre ens marca la temperatura, ens està dient com de ràpid o lent es mouen (o vibren) els àtoms amb els que ha estat en contacte.

Una temperatura alta significa que els àtoms o les molècules es mouen ràpidament (o vibren amb força). Si apliquem calor, és a dir si aportem energia a l'objecte, la seva temperatura puja, que vol dir que l'energia que li estem afegint al sistema passa a formar part de l'energia de moviment dels seus àtoms, que ara es mouen encara més ràpidament. Així, pot arribar un moment en el que es moguin tan fortament que els enllaços que mantenien la cohesió en un sòlid es trenquin, i les seves molècules es disgreguin, passant a ser un líquid o un gas.

Si refredem l'objecte, si aquest perd calor, el que estem fent en realitat és minorar l'energia de moviment dels seus àtoms. Aquests calmen el seu moviment o la seva vibració. Com més fred un objecte, menys energia tenen els seus àtoms, menys es mouen.

La transferència de calor entre objectes és, segons tot això, el traspàs de l'energia de moviment dels àtoms. Quan el meu dit es retira ràpidament del ferro roent és perquè els àtoms i molècules que conformen els teixits de la meva pell han adquirit més vibració (que també han transferit a les terminacions nervioses, que han alertat al cervell).

Aquesta transferència de calor, dels objectes més calents als freds és inevitable. És com posar unes tranquil·les boles de billar (àtoms d'un objecte fred) en mig d'una taula plena d'altres boles que circulen a tota velocitat per allà (àtoms calents). Tard o d'hora col·lidiran entre elles i es transferiran energia de moviment: unes guanyant moviment (les que estaven aturades), i les altres perdent-ne (les que es movien ràpidament). Fins a que tot quedi en equilibri.


Hi ha altres formes d'escalfar o refredar que no passen pel contacte entre objectes. Per exemple, l'aplicació d'un fort camp magnètic a una substància la pot escalfar, perquè farà augmentar la vibració dels seus àtoms. O els rajos del Sol ens escalfaran la cara, amb un procés molt similar al que acabem de comentar.

No sé si havíeu sentit mai a parlar de l'anomenat zero absolut. Una temperatura que es defineix com la mínima assolible a la natura (273,15 graus C sota zero). Sembla estrany aquest concepte d'un valor mínim del què no es pot baixar? Amb la definició de temperatura que hem vist ja no és tan rar. Aquest zero absolut seria la temperatura que immobilitzaria els àtoms. Com que la temperatura és una mesura del moviment, i si els àtoms ja no es mouen, doncs allà s'acaba el valor de la temperatura (companys qüàntics, no m'ho tingueu en compte si us plau).

Les temperatures més baixes trobades a l'univers, per tant, es mouen al voltant d'aquesta xifra del zero absolut, però sempre un xic per sobre.

Així que ja sabeu. La propera vegada que llegiu el que marca el termòmetre, recordeu que és com si estiguéssiu mesurant com de nervioses i excitades estan les seves molècules.




Categories

Estels i Planetes

TOP