Locos por la Geología

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Les propongo algunas de las activdades que este verano pone a disposición del público, el Observatorio Astronómico Nacional. Pueden encontrarlas aquí.

Hoy vamos a conversar sobre la influencia e impulso a la ciencia que se le debe a Galileo Galilei.

¿Qué se sabe de la vida de Galileo?

Galileo Galilei nació el 15 o el 18 de febrero, según las fuentes, en Pisa, Italia. Sus padres pertenecían a las familias ilustres de la época, y se llamaban, Vicente Galilei y Giulia Venturi degli Ammannati. Pese a la alcurnia familiar, los Galilei carecían de fortuna, y vivían del comercio. La educación del joven Galileo fue el producto de esfuerzos y privaciones.

Luego de estudiar letras, matemáticas, mecánica, pintura y música en su propio hogar, y de la la mano de su padre, ingresó en la Universidad de Pisa para estudiar Medicina.

Su verdadera vocación y definitivo camino se despertó muy tempranamente, según se cuenta, cuando a la edad de 20 años, visitó la Catedral de Pisa. Allí, la observación de una gran lámpara de bronce suspendida del techo, que oscilaba regularmente, lo condujo a inventar el primer péndulo, que aplicó a la medición del tiempo, a mover la maquinaria de los relojes, y a medir el ritmo del pulso humano.

Por esa misma época inventó también la balanza hidrostática en la que se aplica el principio de Arquímedes,  básicamente para medir densidades. De resultas de estos inventos, fue nombrado profesor de Matemáticas en la Universidad de Pisa, a la temprana edad de 25 años.

Más adelante, de resultas de otro descubrimiento, relacionado con la gravedad, y que referiré brevemente más adelante, Galileo se granjea las enemistades de los «científicos» de la época, y debe abandonar Pisa para refugiarse en Padua, a partir de 1592, donde ejerce como profesor de Geometría, Mecánica y Astronomía hasta 1610.

En 1599, Galileo participa en la fundación de la Accademia dei Ricovrati y es por ese tiempo que conoce a Marina Gamba, quien lo hace padre de dos niñas, Virginia y Livia, y de un hijo al que llamaron Vincenzo.

En 1610 se traslada a Florencia y tras algunas vicisitudes que detallo más abajo, continúa su brillante carrera científica, con la publicación del que sería su último libro publicado, ya que comienza a tener serios problemas en la visión, que culminan en 1638 cuando se queda definitivamente ciego. Una sexta y última parte de sus «Discursos», de los que Dino Peri y el padre Ambrogetti tomaban nota textual, aparecería de manera póstuma en 1718.

Galileo muere en su casa de San Giorgio el 8 de enero de 1642, a la edad de 77 años.

¿Cuáles fueron sus principales descubrimientos?

Tal vez el primero que lo enemistó con sus pares fue el que echó por tierra una aseveración aristotélica que era casi un dogma. Aristóteles, sin experimento alguno había afirmado que un objeto pesado caía más velozmente que uno más liviano. Galileo lo desmintió por el sencillo expediente de arrojar desde la torre de Pisa dos piedras de pesos muy diferentes, que llegaron juntas a tierra. Se formuló así la ley de la aceleración de la gravedad constante, con la salvedad de la acción opuesta, ejercida por la resistencia del aire, que es más efectiva en cuerpos menos densos y más alargados.

Ahora hagamos una pequeña digresión, recordando una historia que -de ser exacta- es muy pintoresca. Se dice que un óptico natural de Holanda, y llamado Jean Lippershey, permitió a su pequeño hijo entretenerse jugando con algunas lentes. Él puso dos cristales alineados, y se llevó tremendo susto cuando la iglesia que observaba pareció venírsele encima, al aumentar aparentemente de tamaño. A partir de allí, Lippershey construyó el primer telescopio del que hay registro.

Galileo siguió su método constructivo y desde entonces se concentró en las observaciones astronómicas que revolucionarían la historia de la ciencia. Una nota de color es el nombre que la gente común dio a este invento: (cannochiale), acortando la expresión occhiale in canna, que en italiano significa «anteojos en caña» .

A partir de allí, son innumerables los descubrimientos que legó Galileo: las manchas solares, los cráteres de la Luna, cuatro de los satélites de Júpiter, las fases de Venus, el anillo de Saturno, la inmensidad de la Vía Láctea,etc., etc.

Pero su gran aporte fue establecer que el Sol, con todo su sistema de planetas acompañantes no estaba inmóvil, sino que se desplazaba por el espacio.

Pero lo «peor» para el conocimiento dogmático de la época fue apoyar la teoría copernicana, en cuanto a que es el Sol y no la Tierra, el centro del sistema. Y ¡colmo de la herejía!, aportar pruebas irrefutables de ello.

Hay mucho más que recordar respecto a sus restantes aportes, pero ya excede el espacio de un post, y seguramente iremos viendo algunos más a lo largo de nuestras charlas.

¿Qué influencia tuvo Galileo Galilei sobre la Geología?

Desde luego, la comprensión del sistema del que la Tierra forma apenas una pequeña parte. La enunciación de la ley de aceleración de la gravedad, el uso de los elementos que inventó y que mencioné más arriba, y muchos otros etcéteras. Pero, por sobre todo, instalar de manera ya irreversible la experimentación como parte de la investigación científica, y desterrar por fin la tiranía del pensamiento aristotélico que por siglos detuvo los avances del conocimiento en las ciencias físicas y naturales.

¿Qué consecuencias tuvo la enunciación de sus pruebas relativas a la teoría heliocéntrica?

Más allá de revolucionar el paradigma astronómico reinante, tuvo consecuencias en la vida personal de Galileo, que vale la pena recordar, porque hay allí toda una enseñanza que cada uno podrá extraer por sus propios medios.

Cuando Galileo Galilei presentó pruebas en apoyo de la teoría de Copérnico, en la que el Sol ocupa el centro del sistema, en lugar de la Tierra, sus colegas se sintieron indignados (tal vez porque tenían que ponerse a revisar sus conocimientos otra vez) y lo denunciaron, a través del religioso dominico, Fra Lorini (cero formación científica) ante la Inquisición de Roma, el 15 de febrero de 1615.

En esa primera instancia, y debido al prestigio alcanzado por sus descubrimientos e inventos anteriores, la Inquisición fue benevolente y sólo se le advirtió que la Teoría Copernicana era herejía, y se le prohibió su enseñanza, a partir del 26 de febrero de 1616.

En 1623, Galileo escribe su texto Saggiatore, en el que con mucha discreción se desliza su preferencia del Sistema copernicano sobre el tolemaico, y se lo dedica al Papa Urbano VIII, quien lo recibe con beneplácito, tal vez porque nunca lo leyó…

Todo cambió a partir de 1632, con la publicación de su «Diálogo de los máximos sistemas del mundo, tolemaico y copernicano», donde trata la teoría vigente con gran sarcasmo y ningún disimulo. Entonces sí la Inquisición reacciona con violencia y lo condena a prisión, y a recitar todas las semanas durante tres años, los Salmos Penitenciales. Además debía someterse a una humillante ceremonia en la que debía abjurar de todos sus errores, cosa que hizo el 22 de junio de 1633.

Allí surge una anécdota de difícil comprobación, ya que se la da a conocer más de un siglo después en el libro de Jrailh, «Querelles litteraires», aparecido en 1761, y en el cual no hay fuentes claras.

No obstante, la anécdota es bella y se ha hecho inmortal. Según ella, al terminar de «retractarse de sus herejías», Galileo golpeó el suelo con el pie, y exclamó. » E pur si muove», es decir, «Y sin embargo, se mueve».

El Papa le redujo la sentencia dictada por la Inquisición, y en lugar de enviarlo a la cárcel, lo confinó a sucesivas residencias, a saber: Trinitá del Monti, residencia del embajador de Toscana, emplazado en el Monte Pincio; palacio de Piccolomini, arzobispo de Sena, y finalmente en su propia villa San Giorgio de Arcetri hasta su muerte.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La imagen que ilustra el post es una fotografía del cuadro pintado por Justus Sustermans, pintado en 1636, y se encuentra en el museo Uffizi en Florencia.

Desde ayer estamos siendo bombardeados por la información de que un agujero negro ha sido fotografiado por primera vez. Y eso da pie para hablar del tema, aunque les recuerdo que yo estoy muy lejos de ser astrónoma.

Mi conocimiento se reduce a la necesaria información que todos los geólogos tenemos que indagar para comprender a la Tierra como una parte muy pequeña de un sistema muchísimo más complejo y que la afecta continuamente de muchas maneras, algunas de las cuales ya hemos visto, y otras muchas más, que veremos con profundidad creciente, a lo largo de estos encuentros nuestros.

No es ésta la primera vez que hago mención a los agujeros negros, ya aludí a ellos en el post en el que les expliqué las características del Sol. Pero hablemos ahora bastante más.

¿De qué se trata la fotografía que hoy es noticia?

Este miércoles 10 de abril, el mundo se vio sorprendido por la presentación de la que está llamada a convertirse en una imagen histórica: la primera fotografía obtenida de un agujero negro masivo. La importancia del hecho implicó que se realizaran seis conferencias de prensa, todas simultáneas, a las 13:00 GMT, en Bélgica, Santiago de Chile, Shanghái, Tokio, Taipei y Washington D.C.

Esto fue así porque los agujeros negros no pueden distinguirse, precisamente por su absorción de la luz, lo que los convierte en invisibles sobre el fondo también negro del espacio cósmico. Su detección se debe a los efectos sobre el espacio que los rodea; pero para obtener la imagen que ahora se ha dado a conocer, debieron trabajar en cooperación, al menos ocho telescopios en red a lo largo del mundo, los cuales en su conjunto, generan un gran telescopio virtual.

Se trata del sistema interconectado denominado Event Horizon Telescope, (EHT) que traducido significa Telescopio del Horizonte de Eventos. Aclaremos que el Horizonte de Eventos es la parte del espacio que rodea a distancia al agujero negro. Es el último límite en el que puede percibirse ópticamente algún objeto o suceso, y más allá del cual reina la más absoluta oscuridad.

Una vez dicho todo esto, podrán entender por qué, en realidad la fotografía inicial se obtuvo hace casi dos años, pero su tratamiento y análisis requirieron todo este tiempo antes de poder liberarla finalmente de manera comprensible para el público no especializado.

¿Cuál es y dónde se encuentra el agujero negro fotografiado?

La imagen divulgada en esta ocasión corresponde a un agujero negro masivo, localizado en la constelación de Virgo, en el centro de la galaxia M87, distante unos 55 millones de años luz de la Vía Láctea. Su tamaño estimado es de unas 3.000.000 de veces la de la Tierra.

¿Qué es un agujero negro?

Si bien los agujeros negros ya fueron imaginados en 1783 por el geólogo (sí, un geólogo, no un astrónomo) inglés John Michel, no fueron tomados seriamente sino hasta que encontraron un lugar en la formuación de la Teoría de la Relatividad de Einstein, más de cien años más tarde. La existencia de estos objetos superdensos se fue confirmando por diferentes indicios y pruebas, hasta la contundente imagen que hoy discutimos.

Un agujero negro es en definitiva una región limitada del espacio en el que se concentra tanta masa de alta densidad, que se llega a generar un campo gravitatorio sumamente intenso. Ninguna partícula material, ni siquiera la luz (tal como la entiende la teoría corpuscular), puede escapar de ella. Ésa es precisamente la razón por la cual esas porciones del espacio se conocen como agujeros negros.

Si bien por algún tiempo se pensó que tampoco había en ellos radiaciones salientes, Stephen Hawking en la década de 1970, a la luz de la mecánica cuántica señaló que eran capaces de emitirlas, aunque no fueran visibles.

¿Cómo se produce un agujero negro?

Las estrellas- como nuestro Sol, por ejemplo- producen energía por la fusión de átomos de hidrógeno (H) que generan helio (He). Pero esas reacciones químicas continúan con la transformación de He en carbono (C), oxígeno (O) y finalmente hierro (Fe).

El Fe como ya sabemos, tiene alta densidad, y el aumento de la misma es compensado en las estrellas por una dilatación provocada por la repulsión entre las capas electrónicas de los átomos, que intenta equilibrar el aumento de la fuerza de la gravedad.

Estrellas pequeñas como el Sol siguen caminos diferentes en la evolución, (como ya he señalado en el post que he linkeado más arriba) pero cuando la masa inicial de una estrella es mucho más elevada, la repulsión atómica es insuficiente (lo que sucede cuando se traspone el límite de Chandrasekar), y se genera una estrella de neutrones, una nova, una supernova, o una enana blanca, según sean los diversos factores intervinientes.

Con una masa estelar inicialmente mucho mayor aún, se supera otro límite, el TOV, de Tolman-Oppenheimer-Volkof, sobrepasado el cual ninguna fuerza conocida podría detener el colapso gravitacional, que continúa hasta concentrar toda la masa en un punto de densidad casi infinita que es precisamente un agujero negro.

¿Qué efectos tiene la presencia de un agujero negro?

La gravedad de un agujero negro, produce una deformación o curvatura en el continuo espacio-tiempo, que se conoce como singularidad del espacio, cuyo límite es el Horizonte de Eventos que mencionamos más arriba, y que es también la mínima distancia segura a la que los cuerpos pueden orbitar sin ser «absorbidos» por el agujero negro.

En el centro de la mayoría de las galaxias, hay agujeros negros supermasivos. En nuestra Vía Láctea, se encuentra el denominado Sagitario A.

Mucho se ha especulado también sobre la posibilidad de que los agujeros negros conectaran espacios distintos del universo, a través de lo que se ha dado en llamar «agujeros de gusano», pero por el momento no hay fundamentos suficientes para confirmar tales afirmaciones.

¿Qué pasos siguen ahora?

Obviamente, ahora se enfocan todos los esfuerzos en nuestro Sagitario A, que es el siguiente objetivo a fotografiar, y se continúa buscando relacionar lo observado, con lo predicho en las ecuaciones y formulaciones de la teoría de Einstein, de modo de ratificarlas o rectificarlas en caso de ser necesario.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La imagen que ilustra el post vino en una newsletter por mail, pero no conozco al autor.

Hoy vamos a hablar de un fenómeno que todos presenciamos habitualmente, sin comprender muchas veces cómo y por qué se produce: las fases de la Luna.

Todos sabemos que podemos observar en el cielo a la luna de distintas maneras, según esté en su momento de luna nueva, creciente, llena o menguante.

Veamos por qué nuestro satélite nos presenta aspectos tan distintos a lo largo de un mes calendario.

¿Qué son las fases de la luna?

Empecemos por recordar que la luna, por ser un satélite y no una estrella, no genera su propia luz, sino que solamente refleja la que recibe del Sol.

Por ende, pese a que siempre mantenga su forma, desde la Tierra la vemos cambiando de apariencia, según cuánto de su superficie está expuesta a la radiación solar que luego reflejará. En otras palabras, a veces estará iluminada por completo, y otras veces, totalmente oscurecida, hasta el extremo de parecer invisible.

Esas situaciones de diferente visibilidad desde la Tierra se deben a los cambios de posiciones relativas entre el Sol (fuente de luz), la Luna (superficie reflectante de la luz solar), y la Tierra que es el punto de observación de la luna y sus cambios aparentes, pero resulta también a veces, el cuerpo que proyecta su sombra sobre la Luna.

Las fases lunares o fases de la Luna, son precisamente los diversos aspectos que muestra la Luna según esté por completo iluminada, por completo en sombras, o en situaciones intermedias.

¿Cuántas y cuáles son las fases lunares?

Si bien en astronomía se mencionan con nombre propio hasta 9 cambios diferentes, para los fines cotidianos, y para comprender un almanaque, alcanza con saber identificar las cuatro correspondientes a: luna nueva o novilunio, cuarto creciente, luna llena o plenilunio y cuarto menguante que cierra el ciclo cuando termina su «decrecimiento» en otra luna nueva.

Si ustedes van mirando el gráfico, pueden entender que la luna nueva se produce cuando la Luna se posiciona entre el Sol y la Tierra, de modo que su cara iluminada queda enfrentada al Sol, y la que nos muestra está en cambio en la más total oscuridad, lo que la convierte en prácticamente invisible desde nuestro punto de observación.

En el mismo dibujo, se han representado 8 lugares correspondientes a sucesivas posiciones del satélite a medida que realiza su revolución alrededor de la Tierra; y al pie de ese gráfico, se muestran los campos que se van iluminando u oscureciendo a medida que ocurre esa traslación.

En la posición 3 se observa iluminada la mitad de la luna, en lo que es el punto exacto de su cuarto creciente.

Es en la posición 5 donde la vemos completamente brillante, y donde se produce el plenilunio al que han cantado tantos poetas a lo largo de los siglos.

Luego, los cambios se producen de manera inversa, es decir que se van viendo espacios iluminados cada vez menores hasta volver a llegar a la luna nueva, totalmente ensombrecida.

¿Cómo se produce el ciclo lunar completo?

Recuerden, para entender mejor, lo que ya les expliqué respecto a la cara visible de la Luna desde la Tierra, que siempre es la misma. Si no se acuerdan o no lo leyeron, vayan a leer este post antes de seguir. Por eso, el aspecto que va variando a lo largo de las fases lunares, es el del hemisferio siempre visible del satélite.

Ahora volvamos a lo nuestro, y digamos que un ciclo completo desde una forma de ver a la luna, pasando por todas los demás hasta que se repita la misma visión del satélite, se llama lunación, y tarda 29 días 12 horas 44 minutos y 3 segundos para completarse.

Es notable que hay una pequeña diferencia de duración entre el intervalo de cada lunación, y lo que la Luna tarda en completar una órbita alrededor de la Tierra, tiempo que es de 27,3 días. Esta diferencia se debe a que al mismo tiempo que la Luna se mueve alrededor de la Tierra, el sistema constituido por las dos, gira también alrededor del Sol, y las fases resultan de las posiciones relativas de los tres cuerpos.

¿Cómo podemos reconocer cada fase por simple observación del satélite en el cielo?

A veces no resulta sencillo discernir por simple observación si lo que se nos presenta es un cuarto creciente o un menguante.

Para eso se usan algunas nemotecnias en forma de sencillas rimas. Por ejemplo: «Pancita al levante en cuarto menguante, y pancita al poniente en cuarto creciente».

Allí sólo hay que recordar que poniente y levante se refieren a los movimientos del Sol, que se levanta por el este y se pone por el oeste.

Otra rima es:

«Los cuernos al oriente en cuarto creciente».

Espero que ahora cuando «estén en la luna», por lo menos lo estén con conocimiento de causa.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La imagen que ilustra el post fue tomada de un libro de texto para escuelas secundarias,- porque no he encontrado nada más claro y sencillo- pero hace ya tanto tiempo que la incorporé en algún power point didáctico, que he perdido la pista del autor. Si alguien la reconoce como propia, por favor, hágamelo saber, para darle el correspondiente crédito (previo control de la fuente original).

En las dos últimas semanas me he referido a numerosas mitologías y su visión acerca de la forma de la Tierra.

Ya es hora de que veamos cuál es la forma que el planeta de verdad ostenta. Y de eso nos ocuparemos ahora.

¿Es la Tierra esférica?

Pese a las mitologías imperantes, y que les he contado un par de semanas atrás, hubo ya en el S III a.C., quien reconoció la forma «esférica» (así, entre comillas, pronto verán por qué) de la Tierra y hasta llegó a definir la medida aproximada de su circunferencia. Ese sabio se llamó Eratóstenes, y tendrá sus propios posts muy pronto. (Por lo menos uno sobre su vida y obra, y otro específicamente sobre su histórica medición).

No obstante, pasarían muchos siglos para que ese conocimiento se difundiera y aceptara universalmente.

Pero… el propio Eratóstenes reconoció que al sumar nuevas mediciones, había entre ellas discordancias que le llevaron a poner en duda que la esfera terrestre fuera del todo perfecta, por lo cual por algún tiempo se empleó el término esferoide, más que el de esfera, aceptando así algunas irregularidades y desviaciones del cuerpo teórico.

En el S XVII, Sir Isaac Newton comprobó de manera fehaciente esa sospecha a través de una deducción relativamente sencilla.

Él observó que un reloj de péndulo -en buen funcionamiento- que se ponía en hora en París, se iba retrasando progresivamente al moverse hacia el sur.

Debido a que el periodo del péndulo depende de la fuerza de la Gravedad, y ésta a su vez varía con la distancia al centro de la Tierra, él llegó a la conclusión de que esa distancia crecía al acercarse al ecuador.

¿Qué es el elipsoide de rotación?

Para explicar sus observaciones, Newton asumió que la Tierra tenía la forma de un elipsoide de rotación, es decir un esferoide ensanchado en la zona ecuatorial, de resultas de la fuerza centrífuga ejercida durante la rotación.

Entre 1730 y 1740, numerosas expediciones de la Academia Francesa de las Ciencias recorrieron el mundo midiendo la longitud de diversos arcos de meridiano, con lo que la teoría del elipsoide se robusteció, pues daba mejor cuenta de los resultados obtenidos que una esfera o esferoide con menos achatamiento polar.

Hoy en día, el elipsoide de rotación se define como la forma teórica que tomaría la Tierra si manteniendo su actual masa y movimientos, sus materiales fueran redistribuidos en capas concéntricas, la más externa de las cuales fuera un océano continuo de 2400 metros de profundidad. El elipsoide resultante tiene un diámetro ecuatorial de 12.757 km y un diámetro polar de 2.714 aproximadamente.

Este cuerpo, si bien no existe, es la imagen idealizada que se utiliza para la mayoría de los cálculos geodésicos que no requieren una absoluta precisión. Para casi todos los fines, esa abstracción es conveniente ya que simplifica muchísimo los cálculos, sin apartarse en exceso de la realidad.

¿Cómo es la verdadera forma de la Tierra?

A partir del momento en que pudo contarse con imágenes obtenidas por los satélites, naves y sondas espaciales, se supo que la forma de la Tierra es absolutamente sui generis, es decir, no asimilable a cuerpos preexistentes, de modo tal, que se acuñó el término «geoide» para designarla.

¿Cómo se la determina?

El concepto de geoide se materializa como la superficie de la Tierra al nivel del mar, y al nivel al que llegaría el mar en las zonas continentales, si éstas estuvieran atravesadas por túneles hipotéticos que unieran los océanos entre sí. Es lo que se ve azul en la figura.

Por cierto esta forma, también implica suavizar irregularidades locales, y sólo se usa en cálculos astronómicos y astronáuticos que requieren la mayor exactitud posible, ya que incluyen la aplicación de armónicos esféricos de alta complejidad.

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