La Termodinámica de Nuestra Vida

No cabe duda de que la ciencia ha sufrido grandes cambios en nuestra historia. Hemos descubierto tantas cosas e intuimos tantas otras, teorizamos sobre posibilidades, damos por hecho leyes que adaptamos con el paso del tiempo, descubrimos cosas nuevas cada día que amplían nuestros conocimientos o los niegan rotundamente, en definitiva evolucionamos y todo está sujeto a dudas. Todo excepto la Termodinámica.

Termodinámica viene del griego “termo” que significa “calor” y “dinámico” que significa “fuerza” y describe cómo los sistemas macroscópicos responden a los cambios en su entorno. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor. En esencia, estudia la circulación de la energía y cómo ésta infunde movimiento a partir de la temperatura, presión y volumen e incluye una magnitud llamada Entropía, que mide el orden y el estado dinámico de los sistemas.

Desde que la descubrimos la venimos aplicando a una amplia variedad de temas de ciencia e ingeniería, como motores, transiciones de fase, reacciones químicas, e incluso a los agujeros negros. Los resultados de la termodinámica son esenciales para la química, la física y la ingeniería, en definitiva, toda nuestra tecnología se basa en sus 3 leyes.

1ª Ley de la Termodinámica:

Es el principio de conservación de la energía y se define como: La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma.

Viéndola desde mi punto de vista de amante de la Astrofísica significa que, toda la energía que contiene el Universo siempre es la misma y simplemente se va transformando. Lo que antes formaba parte de una estrella, ahora forma parte de nosotros y de cuanto nos rodea.

2ª Ley de la Termodinámica:

Esta ley indica la dirección en la que deben darse los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen o que un vaso que cae al suelo y se rompa en mil pedazos, pueda volver a unirse lanzando de nuevo los pedazos al aire) y se define como: En un sistema aislado la entropía nunca disminuye o su valor siempre es mayor que cero -Entropía es el grado de desorden de un sistema-.

3ª Ley de la Termodinámica:

Esta ley viene a decir que si llevamos un proceso al cero absoluto (cosa imposible) su entropía sería cero. Es tanto como decir que los sistemas cuanto más fríos son, más ordenados. Un gas tiene las moléculas sueltas, chocando unas con otras. Un líquido tiene las moléculas más juntas y menos libres y un sólido –un cristal por ejemplo- tiene las moléculas tan juntas y apretadas que apenas tiene entropía.

Basándonos en estas 3 leyes hemos creado nuestra civilización tecnológica. Nuestros medios de transporte, los edificios en los que vivimos, los puentes, los ordenadores, las sondas que enviamos a otros planetas, las máquinas, las fábricas, el aire acondicionado, las reacciones químicas de nuestros fármacos, la calefacción, e incluso al cocinar nuestra comida aplicamos estas leyes.

Y cabe decir que el primer principio, el de conservación de la energía, es la más sólida y universal de las leyes de la naturaleza descubiertas hasta ahora por las ciencias.

Verdades y Mentiras sobre Gliese 581 g

Estos días ha saltado a la prensa el descubrimiento del primer planeta extrasolar con posibilidades de albergar vida, pero que tenga posibilidades no quiere decir que la albergue. Y no sólo eso, he leído llena de asombro, que se detectó un pulso Láser proveniente de ese sistema. Esa noticia es totalmente falsa.

En diciembre de 2008 un pulso Láser fue detectado por Ragbir Bhathal, un astrofísico de la Universidad de Western Sydney que trabaja en el proyecto SETI, pero ese pulso provenía supuestamente de la constelación de Tucán y podría haber sido generado por ruido instrumental, es decir, por nosotros mismos; y en ningún caso proviene de la estrella Gliese 581, ni de sus planetas.

Gliese 581 es una estrella Enana Roja de tipo espectral M2,5V situada a 20,5 años luz de la Tierra en la constelación de Libra. Tiene una masa de sólo 0,31 veces la masa del Sol y su radio 0,38 veces el solar. Las Enanas Rojas son las estrellas más abundantes en el Universo y también las de más larga duración, lo que las convierte en las estrellas con mayores posibilidades de tener planetas en los que haya transcurrido el tiempo suficiente como para generar vida compleja.

A Gliese 581 se le conocen 6 planetas denominados por la numeración de la estrella y una letra. Gliese 581 b, Gliese 581 c, Gliese 581 d, Gliese 581 e, Gliese 581 g y Gliese 581 f recientemente descubierto en septiembre de 2010. De todos ellos, los dos con mayores posibilidades de albergar vida son Gliese 581 c y Gliese 581 g.

Comparativa de la Zona Habitable del Sistema Solar y el Sistema Gliese 581

Gliese 581 b

Gliese 581 b tiene aproximadamente 17 veces la masa de la Tierra y completa una vuelta alrededor de su estrella en 5,336 días a una distancia de 6 millones de kilómetros de la misma. Tiene una masa similar a la de Neptuno y debido a la escasa distancia a que se encuentra de su estrella, su temperatura superficial ronda los 150 °C y podría estar compuesto por elementos pesados.

Gliese 581 c

Gliese 581 c tiene una masa 5 veces mayor a la de la Tierra y su radio es aproximadamente 1,5 veces el terrestre. Su órbita dura 13 días y está situado 14 veces más cerca de su estrella de lo que está la Tierra respecto al Sol. Pese a ello, el menor tamaño de la estrella hace que esta distancia sea la propicia para que el planeta pudiera albergar agua líquida ya que su temperatura oscilaría entre 0 °C y 40 °C. El problema es que presenta siempre la misma cara a su estrella (más información en Gliese 581 g, ya que parece que les ocurre lo mismo a ambos).

Gliese 581 d

Gliese 581 d es el tercer exoplaneta alrededor de Gliese 581. Tiene aproximadamente 8 veces la masa terrestre y su órbita transcurre en 84 días. Se encuentra fuera de la zona de habitabilidad de su estrella y la luz que recibe de su estrella tiene cerca del 30% de la intensidad de la luz del sol en la Tierra. Esto puede sugerir que Gliese 581 d es demasiado frío para soportar el agua líquida y por lo tanto es inhóspito para la vida.

Gliese 581 e

Gliese 581 e tiene un 1.9 la masa de la Tierra, por lo que es hasta el momento el planeta más pequeño descubierto y el más cercano en tamaño a nuestro planeta, aunque tiene una órbita muy cercana a su estrella madre lo que hace difícil que posea una atmósfera, y lo sitúa por fuera de la zona habitable pues la cercanía a su estrella hace que tenga temperaturas superiores a los 100 °C.

Gliese 581 g

Se cree que Gliese 581 g tiene una masa de entre 3,1 a 4,3 veces la de la Tierra y un radio de 1,3 a 2,0 veces el de la Tierra (1,3 a 1,5 veces la Tierra si es predominantemente rocoso, 1,7 a 2,0 veces la Tierra, si es en su mayor parte hielo de agua). Su masa indica que es probable que sea un planeta rocoso con una superficie sólida y un periodo orbital de un poco menos de 37 días, orbitando a una distancia de 0.146 UA de su estrella madre. Es decir, al ser la estrella mucho más pequeña que nuestro Sol y más fría, la zona habitable se encuentra mucho más cerca de su estrella que en nuestro sistema.

La gravedad de la superficie del planeta se espera que esté en el rango de 1,1 a 1,7 veces la de Tierra, lo suficiente para mantener una atmósfera.

Comparativa del Sistema Solar y el Sistema Gliese 581. NASA

Debido a la proximidad de Gliese 581 g a su estrella madre, se prevé que esté anclado por marea a Gliese 581, lo cual significaría que una mitad está permanentemente de cara a su estrella y la otra mitad permanentemente en la oscuridad. El anclaje por marea también significa que el planeta no tiene inclinación axial y por lo tanto no tiene estacionalidad en el sentido convencional.

Con un lado del planeta siempre de frente a la estrella, las temperaturas podrían oscilar entre un calor ardiente en el lado de la luz, a la congelación en el lado oscuro, con continuas temperaturas similares a la Tierra a lo largo del terminador (la zona entre el lado brillante y el lado oscuro). Pero esa diferencia de temperatura entre una cara y otra generaría vientos huracanados en toda su superficie, suponiendo que efectivamente tenga atmósfera.

Otro problema que presenta Gliese 581 g es la enorme radiación a la que está sometido por parte de su estrella debido a su proximidad a esta.

El Sistema Gliese 581 en Unidades Astronómicas

Gliese 581 f

Gliese 581 f es de reciente descubrimiento, anunciado el 29 de septiembre de 2010 apenas tenemos datos todavía. Parece tener 7 masas terrestres y un periodo orbital de 433 días.

Así pues, no hemos recibido señal Láser alguna de este sistema ni tenemos la certeza de que sus planetas alberguen vida, pues carecemos de los medios para determinar sus porcentajes reales de agua líquida, atmósfera, temperatura y gravedad. Lo que sí sabemos es que podrían albergarla y muchos de nosotros deseamos que así sea.

R2 se parece a C3PO

Cuando éramos pequeños a todos nos gustaba imaginar que en el futuro habría robots que convivirían con nosotros. Y cuando vimos a R2D2 y C3PO en Star Wars, ese sueño tuvo rostro propio en la imagen de esos dos androides. Personalmente mi favorito era R2D2, vivaracho, inteligente, de ideas fijas, tenaz en sus misiones, un bichito de fiar vamos. C3PO siendo un robot de protocolo estaba bien como traductor universal o cocinero, pero sus miedos, indecisiones, titubeos y locuacidad lo hacían demasiado humano. Igual por eso no me gustaba tanto.

Pues bien, el futuro ya está aquí y vamos a tener la suerte de ver en acción al primer robot humanoide en salir al espacio. Curiosamente se llama R2 pero se parece a C3PO, aunque afortunadamente no tiene su locuacidad, ni sus miedos.

R2 (Robonauta 2) ha sido desarrollado por la NASA en colaboración con General Motors y en principio quedará confinado en el módulo de investigación Destiny de la Estación Espacial. Allí realizará tareas rutinarias y de reparación, lo cual dejará más tiempo libre a los astronautas para dedicarse a cuestiones más importantes.

Está dotado de visión y es capaz de percibir su entorno y adaptarse a él, y será manejado a distancia como hacemos con los vehículos Spirit y Opportunity en Marte. Pero R2 puede aprender, le podemos enseñar, ya que es capaz de razonar dentro de los parámetros que se le han impuesto. Así que se espera que con el tiempo y dotado de un pie, pueda moverse libremente por la estación ayudado de sus manos para impulsarse como hacen los astronautas, realizando tareas mucho más complejas.

Lo primero que hay que ver es cómo se comporta en gravedad cero, y si su respuesta es la adecuada, acabará realizando tareas delicadas como experimentos científicos e incluso explorar planetas o asteroides y armar o desarmar estaciones de trabajo y hábitats. Quién me hubiera dicho a mí que el verdadero R2 se iba a parecer tanto a C3PO. Esperemos que cuando lo doten de habla no nos llame “insufrible cabezudo” como le dijo C3PO a R2D2 en una ocasión.

Fuente: NASA

Cómo Preparar un Lanzamiento en 4 Minutos

Si alguna vez te has preguntado qué se hace en las horas previas al lanzamiento de un Transbordador Espacial, este alucinante vídeo te lo mostrará en tan solo 4 minutos. Especialmente ahora que sólo queda una misión para que el programa del Transbordador se cierre definitivamente, se agradece la labor de los fotógrafos Scott Andrews, Stan Jirman y Philip Scott Andrews, que han documentado este increíble TimeLapse del Discovery en su misión STS-131.

El vídeo ha sido realizado por el Smithsonian Air & Space y transcurre desde el hangar de reparaciones hasta el mismo lanzamiento. Es increíble el despliegue humano y de medios para que estas preciosas naves surquen el cielo. El vídeo no tiene desperdicio. ¡Que lo disfrutéis!

¿Podremos algún día Viajar a las Estrellas?

Desde que la humanidad surgió en este planeta, su sueño ha sido siempre conocer otros lugares. Los primeros homínidos no se conformaron con África y las tribus migratorias se extendieron a los continentes más cercanos. Se dice que los Vikingos llegaron a América antes que Colón y en definitiva, hemos acabado por poblar cada rincón de nuestro mundo. El ser humano moderno se lo encontró todo hecho, pero no hemos perdido el deseo de conocer otros lugares. Así que nos hemos dedicado a desarrollar la tecnología necesaria para alcanzar las estrellas, nuestra última frontera. Pero, ¿Lo conseguiremos? ¿O es una meta inalcanzable?

El primer y mayor obstáculo con el que nos encontramos son las tremendas distancias. La estrella más cercana, nuestra vecina de enfrente, se encuentra a 4,5 años/luz de distancia. Es decir, la luz, que es lo que viaja más rápido por el universo (300.000 km/seg.), tarda cuatro años y medio en llegar. Pero la luz no tiene masa y nosotros sí. Para que nos hagamos una idea, la distancia entre la Tierra y la Luna es de 1,3 segundos luz, que con la tecnología de propulsión espacial actual, supone un viaje para nosotros, de unos tres días de duración. La distancia entre la Tierra y otros planetas del sistema solar varía entre tres minutos luz y unas cuatro horas luz. Dependiendo del planeta y de su alineación con la Tierra, las naves espaciales no tripuladas emplean entre unos pocos meses y algo más de una década en realizar el viaje.

Voyager 1

La nave espacial más rápida enviada hasta ahora hacia el exterior, la Voyager 1, ha recorrido 1/600 de años luz en 30 años (apenas ha salido del Sistema Solar) y viaja a 1/18000 de la velocidad de la luz. A esta velocidad, el viaje a Próxima Centauri, que es la estrella más cercana, duraría unos 72.000 años. Pero la tecnología actual ha avanzado desde el lanzamiento de la Voyager 1 y en estos momentos sería posible rebajar ese tiempo a unos pocos milenios o incluso a 1 siglo con las últimas investigaciones en motores (el motor VASIMR o la propulsión nuclear de pulso, el Proyecto Orión, ambos de la NASA). Pero un siglo para llegar a la estrella más cercana no deja de ser una inversión inviable. No cabe duda de que sería un viaje solo de ida y las relaciones comerciales con una colonia allí, si es que conseguimos un medio para mantener con vida a los tripulantes durante un siglo en una nave espacial, serían imposibles.

Proyecto Orión

Llegados aquí, lo que nos queda es viajar más rápido que la luz, pero eso no es posible a no ser que dejemos de viajar por el espacio. Pensaréis que acabo de perder el norte pero no es así. El espacio, aunque parezca que no es nada, es algo, es un medio por el que se mueve todo en el universo y ese medio nos permite ir a una velocidad máxima, la que alcanza la luz. Imaginémoslo como un gran océano y los planetas y estrellas como islas.

Supongamos ahora al barco más rápido que pueda surcar el océano, aún dotándolo del diseño más hidrodinámico y el motor más sofisticado, cuando alcanzara la velocidad máxima posible, sería la máxima a la que nos permitiría ir el medio, es decir, el océano, ya que ese medio no da para más. Otra cosa es que en lugar de surcar el mar lo sobrevolásemos rozándolo ligeramente como hace un Ekranoplán, entonces podríamos superar la velocidad máxima a la que nos deja ir el medio, puesto que ya no iríamos por él.

Ekranoplán

De momento esto sólo lo hemos conseguido en la ciencia ficción viajando por el hiperespacio, abriendo agujeros de gusano o plegando el espacio. Pero el planeta se nos empieza a quedar pequeño y tiene un tiempo de vida limitado (lo que dure nuestra estrella) así que los planteamientos para viajar a las estrellas comienzan a ser serios. ¿Conseguiremos superar las inmensas e ilógicas distancias que nos separan de las estrellas? Como decía el capitán de la nave estelar Enterprise: Alferez, ponga rumbo 386.2 a WARP 5. Y dejaban a la velocidad de la luz, temblando.

Somos Polvo de Estrellas, de Estrellas Primigenias

En la actualidad si miramos hacia el cielo veremos millones de estrellas y millones de galaxias, pero no siempre fue así. Se estima que las primeras estrellas se encendieron a los 100 millones de años del Big Bang -actualmente el Universo está datado en unos 13.700 millones de años- y no se parecían mucho a las actuales. En esa época del inicio del Universo, éste era mucho más compacto, caliente y denso. Y la materia primordial que contenía era muy simple, Hidrógeno, Helio y algunas trazas de Litio.

Tampoco entonces había luz, era un lugar terriblemente oscuro y no era uniforme como lo es actualmente. Se cree que debido a la explosión del Big Bang había fluctuaciones en la densidad de la energía que contenía el Universo según distintas regiones y esto propició la acumulación del Hidrógeno y el Helio en cúmulos. La gravedad hizo el resto concentrando más y más toda esa energía (la materia no es más que energía en otro estado) en enormes bolas de gas, las primeras protoestrellas.

Pasado ese primer estadio de protoestrella, las bolas de gas crecían desaforadamente acumulando más y más gases, hasta finalmente entrar en combustión y convertirse en las primeras estrellas (y la primera luz visible del Universo). Pero no eran estrellas como las actuales, eran súper masivas, de unas 100 masas solares y de vida efímera en términos astronómicos, ya que nacían y morían en un periodo de 1 millón de años. ¿Parece mucho? Pues en realidad no lo es. La totalidad de la vida de nuestra estrella se estima en 11.000 millones de años.

Fue en el interior de esos primeros hornos de combustión, donde se formaron los materiales más pesados que ahora conforman la materia y debido a su colosal tamaño, esas estrellas acabaron su vida en explosiones de Supernovas que formaron el resto de materiales, más pesados que el hierro.

Resto de una Supernova

De los restos de esas explosiones se formaron las estrellas de segunda generación e incluso de tercera generación que hoy vemos, más pesadas y compactas. Y gracias a esos materiales pesados fueron posibles a su alrededor, los planetas. El hierro de nuestra sangre, el oxígeno que respiramos, el carbono que hace posible una cadena de ADN, provienen de ellas. Toda la vida, todos los mundos, las Galaxias, las Nebulosas, los criaderos de estrellas actuales, han sido posibles gracias a la evolución cósmica de esas primeras bolas de gas. Por eso decía Carl Sagan muy acertadamente, que Somos Polvo de Estrellas.