Apuntes científicos desde el MIT

Imagínate un par de electrones como si fueran dos monedas idénticas en las que una marca cara y la otra cruz.

Ahora imagínate que ambas monedas poseen esta peculiar propiedad: van alternando cara y cruz a su aire, pero nunca están ambas en la misma posición. Forman parte de un mismo orbital atómico, y por algo llamado principio de exclusión de Pauli, siempre que una esté en cara, la otra marcará cruz. Si yo voy y giro una, la otra se girará automáticamente a la posición opuesta. Espera, no te vayas, continúa leyendo, valdrá la pena lo prometo. Te voy a explicar uno de los fenómenos más inverosímiles de la naturaleza.

Estábamos con esas monedas-electrones que van cambiando constantemente entre cara y cruz, pero que de alguna manera están entrelazadas: Según las leyes de la cuántica, nunca pueden estar ambas en cara o en cruz a la vez. Es físicamente imposible.

Imaginemos un poco más: Coges con delicadez ambas monedas-electrones, las metes en sendas cajitas sin mirar todavía qué marca cada una, y sin romper su entrelazamiento cuántico te las llevas una a Nueva York y la otra a Bangkok. ¿Qué tendrás entonces? Dos monedas, una en NY y la otra en Bangkok, que en teoría van pasando de una posición a otra, pero continúan conectadas entre ellas. Si en un momento determinado abres la caja de Nueva York y ves la moneda en cruz, la de Bangkok se paraliza de golpe en cara. Y si hubieras abierto la misma caja unos milisegundos más tarde y te hubiera salido cara, la otra se habría colapsado en cruz inmediatamente (recalquemos el inmediatamente). Esto, en teoría cuántica. A la práctica… ¿creéis que esto podría llegar a suceder?

Vayamos ahora a ese apasionante primer tercio del siglo XX, en el que la relatividad de Einstein y la mecánica cuántica competían para ver quien explicaba mejor la realidad del mundo que nos contiene.

Einstein no se tragaba algunas de las asunciones de la cuántica, sobre todo ese principio de indeterminación de un tal Heisenberg, según el cual en el mundo subatómico no había certezas y resultaba físicamente imposible conocer la posición y movimiento exactos de una partícula en un instante determinado. O esas atroces ecuaciones de su estrambótico colega Schrödinger, implicando que las partículas estaban dispersas en varios lugares a la vez y su estado sólo quedaba definido en el momento que alguien las observaba. “¡Claro que estaban definidas! ”, pensaba Einstein, ”y si la cuántica tenía indeterminaciones, debía ser porque todavía no estaba desarrollada del todo…”. Y para demostrarlo, en 1935 Einstein propuso junto con Podolsky y Rosen el experimento mental EPR, que reflejaba una situación análoga a las cajitas con monedas cara – cruz separadas miles de kilómetros de distancia.

En resumidas cuentas, lo que venía a decir Einstein era que si al abrir la caja de Nueva York ves a la moneda en cara, y de golpe la de Bangkok aparece en cruz, será que… ¡siempre habían sido cara y cruz respectivamente!!! ¿Qué historia era esa de que las partículas van cambiando de estado y comunicándose misteriosamente? Si al abrir la caja te hubiera salido cruz, pues esa moneda contenía la propiedad cruz. Y la otra cara. Y punto. ¿Por qué lo tenía tan claro Einstein? Porque siendo de otra manera se rompía un principio fundamental de las leyes de la naturaleza: “Si con la paradoja EPR coges dos partículas entrelazadas cuánticamente y te llevas una al otro extremo del sistema solar… físicos cuánticos locos; ¿me estáis diciendo que al observar una colapso inmediatamente la otra? Imposible! ¿pero no os dais cuenta que esto es una barbaridad?”. Este inmediatamente rompe con el principio relativista de que nada puede viajar más rápido que la luz. Ni siquiera la información. “¿O acaso tenéis alguna explicación coherente al experimento EPR?”, planteaba Einstein. En realidad, no la tenían. A lo único que podían aferrarse Schrödinger y Heisenberg era a sus ecuaciones matemáticas. La lógica en este caso estaba de parte de Einstein: Si le dices a un tipo en Bangkok que abra una caja y ve una moneda en cruz, no le hagas creer que segundos antes era cara. Bueno… eso quizás podría ser… pero lo que no cuela de ninguna manera es que otra moneda en New York vaya cambiando simultáneamente con la primera.

Lógico el planteamiento de Einstein, no?... Ja! Muerte a la lógica!!! Que le den al sentido común!!! Viva ciencia!!! Por muy inverosímil que os parezca, los físicos cuánticos tenían razón!!! Einstein andaba equivocado, y se hubiera comido su paradoja EPR si hubiera vivido más tiempo.

En 1964 el irlandés John Bell publicó un teorema que escondía un posible experimento para poner a prueba la paradoja EPR, y comprobar si la información podía viajar de manera inmediata entre dos partículas entrelazadas cuánticamente. Bell construyó su teorema con la idea de dar la razón a Einstein, y probar que dos partículas no podían estar correlacionadas hasta el grado que aseguraba la cuántica. Bell no llegó a realizar su experimento, pero en 1982 sí pudo hacerlo el francés Alain Aspect. ¿Y sabéis qué? Exacto!!! Contrariamente a lo que Bell y Einstein suponían, cuando por fin se pudo realizar el experimento EPR, quedó demostrado que dos fotones entrelazados cuánticamente sí podían comunicarse sus propiedades de manera instantánea a pesar de estar separados largas distancias. La paradoja EPR dio la razón a la cuántica, demostrando de nuevo que la realidad es más insólita de lo que podemos llegar a imaginar: Si tienes dos electrones entrelazados uno en NY y el otro en Bangkok, y al mirar a uno ves que es cara, el otro inmediatamente será cruz. Y si te hubieras esperado unos instantes y hubiera salido cruz, el otro sería cara. Fantástico!

Ah!, y no hay truco. Esto se ha corroborado en muchísimas otras ocasiones.

Si os sentís incrédulos, perplejos, pensáis que algo no encaja, o creéis que no habéis terminado de entender el fenómeno en profundidad… no os preocupéis; a la mayoría de físicos también les ocurre.

Quizás por eso, mientras unos intentan aprovechar las propiedades de este misterioso entrelazamiento cuántico en criptografía, computación cuántica, o teletransportación, otros nos quedamos simplemente ensimismados con las fabulosas elucubraciones filosóficas que el entanglement implica sobre la estructura de la naturaleza, fascinados con las viejas-nuevas historias, y expectantes de qué nuevas sorpresas nos irá deparando esta maravilla que es la comprensión científica del mundo.

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Hace varios posts el astrofísico Guillem Anglada nos explicó cómo buscaba planetas fuera del sistema solar . Tras su artículo nos quedó claro que encontrar un planeta grande y cercano a una estrella ya no era nada del otro mundo. El reto es encontrar uno pequeño como la Tierra, a una distancia del Sol que lo hiciera habitable, y luego averiguar si contiene algún tipo de vida.

De esta futura noticia más trascendente de la historia trata el congreso científico que empezó ayer en Barcelona, y desde el que Guillem se compromete a ir transmitiéndonos sus impresiones. Aquí os dejo con este cazador de planetas de la Carnegie Institution en Washington DC:

En busca de planetas habitables, por Guillem Anglada

Es tarde, de noche, y estás encerrado en una sala de control. Copias datos y empiezas una nueva exposición. Decides salir a tomar el aire. Hace viento y bastante frío; es el invierno austral en el Observatorio de las Campanas de Chile. Como la luna no ha salido todavía puedes ver la Vía Láctea y las nubes de Magallanes en todo su esplendor. La luz de un billón de astros ilumina tenuemente la cúpula del telescopio, que con su gran superficie colectora concentra escasos fotones a través de un espectrógrafo de rendija larga. Unas cuantas horas más de espectros, recoger la maleta, y en marcha. A las nueve de la mañana abandonas el Observatorio y tras dos horas de coche llegas al aeropuerto de la Serena. Allí un avión te lleva hasta Santiago, otro a Nueva York y el último a Barcelona, donde te reciben los abrazos de tus padres (que detallazo imprimir y llevarme el póster al aeropuerto!) y directo al CosmoCaixa, lugar de celebración del congreso internacional "Pathways Towards Habitable Planets ", nombre de difícil traducción, pero que viene a decir : "Hoja de ruta para la detección de planetas habitables".

Aunque el título sea sonado, no se trata de la convención anual de escritores SCI-FI ni de digeribles charlas de divulgación para el público general. Esta vez vamos en serio. Científicos, y sobre todo "big shots" de las agencias espaciales americana (NASA) y europea (ESA) se reúnen estos días en Barcelona para definir, discutir, entrelazar, planificar y, sobre todo, buscar el modo de financiar los proyectos que en la próxima década han de llevarnos a descubrir mundos habitables mas allá del sistema solar. No se prevé una reunión de grandes noticias, aunque dada la densidad de grandes nombres alguna podría caer. Tampoco las charlas destacan por su complejidad técnica o novedosa. De hecho, la mayor parte de la actividad de desempeña en los 'coffee breaks' y las reuniones paralelas en la que los paneles de expertos sintetizan el 'state-of-art' en la detección de planetas extrasolares y evalúan en detalle cada una de las técnicas propuestas. Si hace 400 años Galileo 'descubrió' que hay otros planetas en el sistema solar, en 1995 dimos otro paso y confirmamos una larga sospecha: también existen planetas en otras estrellas. El siguiente gran salto será encontrar esos elusivos cuerpos rocosos, suficientemente calientes para que el agua sea líquida, y suficientemente alejados de su astro para que sus océanos no hiervan y la vida (al menos tal y cómo la conocemos) puede medrar en su superficie.

Aunque llegué un poco tarde al congreso, os puedo contar como empezó el día. Primero las típicas palabras de bienvenida de organizadores y comité científico.

Justo después, el primer plato fuerte de la mano de James Kastings, creador del concepto de Zona Habitable. Kastings repasó su concepto de Zona Habitable alrededor de una estrella, explicó qué biomarcadores podríamos esperar detectar como indicadores de vida, y dio el típico discursillo inspiracional para las nuevas generaciones. A mi no me llegó demasiado, pero quizás surtió su efecto entre la nutrida representación estudiantes de doctorado para los que éste es su primer congreso.

Las charlas continuaron con los progresos más recientes en detección de tránsitos, imágenes directas de planetas, planes a largo plazo y simulaciones mostrando las bondades de un proyecto o del otro. Sí hubo una sesión que llamó mi atención fue la del geofísico Franois Forget (infiltrado!?) que intentó convencer a la concurrencia de astrónomos de que vivimos en un planeta confortable por una serie de casualidades no necesariamente fáciles de reproducir. Claro está, que su definición de vida empezó y terminó con la existencia de agua líquida en la superficie planetaria, que aparte de ser su preferencia personal, destaca por ser la predicción mas fácil de contrastar en un futuro.

Al final del día acabé en una sesión paralela donde franceses y americanos intercambiaban guiños y pirotos. Unos (los franceses) quieren participar en el programa SIM de la NASA y los otros (americanos) necesitan financiar su misión astrométrica. Esta gente sí va en serio. Cuando preguntaron la opinión a participantes de otros países llegó mi momento. Como único representante de la comunidad española -postdoc y en el extranjero- dije que si, que era una idea excelente (nota mental: buscar trabajo en Francia).

En fin. Un fin de semana largo y un primer día de congreso no del todo malo. Las cartas se barajan… abran juego señores! Organizamos la partida en casa, logramos que vinieran casi todos, ¿estamos dispuestos a jugar?

Me preguntaron si yo sabía qué era la antimateria y contesté: “Sí, la materia formada por antipartículas”. “¿Y qué son las antipartículas?”, prosiguió mi contertulio. “Partículas como las que conocemos, pero con carga opuesta. Por ejemplo, un antiprotón es un protón con carga negativa”. Me detuve al darme cuenta que en realidad no entendía qué diantre era la antimateria…

Por suerte en casa de Antonio había un físico. Le preguntamos. Tras el típico “No es mi campo” logramos arrancar la siguiente explicación: “la antimateria es como la materia ordinaria, pero con partículas de carga contraria. Como el positrón, que es un electrón con carga positiva”. Y se quedó tan ancho. “¿Pero qué es? ¿de dónde salen estas partículas?”, insistimos. “Ya os he dicho que no era mi campo…”

Alguien sacó un iPhone y leyó la entrada de Wikipedia : “la antimateria se compone de antipartículas de la misma manera que la materia de partículas. Por ejemplo, un antielectrón (electrón con carga positiva) y un antiprotón (protón con carga negativa) podrían formar un átomo de antihidrógeno…”

Desesperado, al llegar a casa envié un mail a Gonzalo , físico de partículas que trabaja con el CERN , preguntándole cuando podíamos charlar por Skype.

Gonzalo Merino

Investigador del CIEMAT y coordinador del centro Tier-1 de procesado de datos del LHC en España en el PIC de Barcelona.

Pere: Gonzalo, ¿qué es la antimateria?

Gonzalo: Es la materia hecha de antipartículas…

P: Espera!!! Ya se; como el antiprotón y el antielectrón. Pero ¿qué es un antiprotón? ¿de dónde sale? Yo quiero entenderlo a un nivel fundamental!

G: Pues entonces debemos remontarnos al 1928 y hablar de Paul Dirac. De hecho es una historia muy bonita. Paul Dirac era un genio, el típico físico teórico que se pone a hacer cálculos, y con sus ecuaciones predice la existencia de algo que nadie ha visto antes.

P: ¿La antimateria?

G: Sí, en ese momento sólo fue una predicción matemática. Su existencia real se observó años después.

P: ¿Como la búsqueda del bosón de Higgs con el LHC, que estáis seguros de su existencia a pesar de no haberlo visto todavía?

G: Exacto, pero lo de Dirac fue mucho más notorio…

P: ¿Cómo “descubrió” la antimateria?

G: Uff… es difícil de explicar. A ver… A principios del siglo XX había varias revoluciones en marcha en el mundo de la física. En 1905 Einstein presentó su relatividad especial, que daba lugar a la famosa E=mc² de las camisetas, según la cual la materia y la energía eran intercambiables. La otra gran revolución era la cuántica de Heisenberg, Bohr y compañía… que describía el comportamiento de las partículas subatómicas. Ambas funcionaban muy bien, pero eran teorías separadas.

Lo que Paul Dirac intentaba hacer era unirlas matemáticamente; crear una mecánica cuántica relativista. En concreto lo que pretendía era poder describir el electrón, lo más sencillo que uno se podía imaginar. Entonces… al combinar las ecuaciones de la relatividad y la cuántica le apareció la “ecuación de Dirac”, cuyo resultado describía el electrón. Pero había algo curioso: la ecuación de Dirac tenía dos soluciones matemáticas, una negativa (que era el electrón de toda la vida) y otra idéntica, totalmente simétrica, pero con carga positiva. Concluyó que si sus ecuaciones eran ciertas, en algún sitio debía existir una partícula idéntica al electrón pero con carga positiva.

P: wow… ¿y más tarde se descubrió?

G: Si, si… 4 o 5 años después de que Dirac los predijera se observaron experimentalmente los positrones (electrones positivos).

P: …

G: Claro! Y luego se buscaron el resto de antipartículas… Dirac lo hizo para el electrón, pero si las matemáticas establecían que la naturaleza debía respetar esta simetría, para un protón también debía existir un antiprotón. Y así para toda la materia. Es un postulado.

P: Pero a ver… yo tengo en frente mío un ordenador hecho de átomos, que están constituidos de protones, de quarks, de electrones… ¿aquí hay antipartículas también?

G: No, no… todo lo que nos rodea es materia, no antimateria. Imagino que tu querrías saber dónde están las antipartículas, no?

P: Qué perspicaces sois los científicos…

G: Entonces… Estoooo…. Big Bang!!!

P: Big Bang???

G: Sí! Big Bang.

P: Háblame del Big Bang…

G: Bien. Tal y como lo conocemos ahora, toooooodo empezó hace 13.700 millones de años, en una concentración de temperatura y densidad infinita. Al principio todo era energía concentrada en un punto. Luego cuando el Universo empezó a expandirse se fue enfriando, y por E=mc² cierta energía comenzó a transformarse en materia. Pero claro! Según lo que comentamos de Dirac, en teoría se formaron tanto partículas como antipartículas. Pero, y esto es muy importante, otra cosa que sabemos es que cuando una partícula se encuentra con su antipartícula, ambas se anihilan y forman energía.

P: ¿y?

G: Vale. Si en el Big Bang todo hubiera sido absolutamente simétrico, la energía hubiera generado partículas y antipartículas por igual, que luego se hubieran destruido formando más energía hasta llegar a un cierto equilibrio térmico, en el que ni nosotros ni nada existiría. Entonces, el hecho que tengas delante un ordenador hecho sólo de materia nos dice que en el origen del Universo hubo algún tipo de asimetría entre materia y antimateria. Es decir, las leyes de la naturaleza contienen alguna asimetría que favoreció a la materia frente a la antimateria. Lo que sabemos ahora es que… a ver que no me equivoque de ningún cero… por cada mil millones de antipartículas se formaron mil millones más una partículas. Estos miles de millones se aniquilaron entre ellos, y las partículas “sueltas” de materia, las desapareadas, son las que empezaron a formar átomos, galaxias, tu ordenador y el mundo tal y como lo conocemos.

P: ¿Y esto sabéis seguro que fue así?

G: Sí, si… esto fijo, fijo. (risas). La prueba experimental viene del fondo de radiación de microondas.

Este fondo son los fotones que nos llegan del otro extremo del universo, que se originaron durante la aniquilación de la sopa de partículas y antipartículas. Hoy en día por cada partícula de materia que vemos en las galaxias, o donde sea, podemos contar mil millones de fotones del fondo de radiación de microondas.

P: Qué te iba a decir… por tanto, en principio ahora no queda nada de antimateria.

G: Bueno, la que los físicos creamos.

P: Explícate.

G: Es lo que se hace en el CERN, o en otros laboratorios de partículas. Hoy en día, si juntas suficiente energía en un punto puedes crear materia por la E=mc².

P: Y antimateria!

G: Claro, en cada colisión del CERN siempre se forman partículas y antipartículas. Las antipartículas se destruyen enseguida cuando chocan con las paredes del detector, pero nos da tiempo de registrarlas para estudiarlas.

P: En Ángeles y Demonios iban guardando la antimateria en una cajita para luego crear una bomba.

G: Ya, pero es imposible. Confinar antimateria es algo tremendamente complicado, porque se aniquila inmediatamente al encontrarse con cualquier átomo de materia. Se puede vonseguir con campos magnéticos, haciendo que no toque nada, pero es dificilísimo. Hay experimentos en el CERN que generan antielectrones y antiprotones, los enfrían hasta prácticamente frenarlos, los mantienen aislados de la materia, y llegan a construir átomos de antihidrógeno.

P: ¿Eso se ha logrado?

G: Sí, se han creado antiátomos de hidrógeno. Con ellos intentan averiguar cosas muy curiosas. Por ejemplo ¿cómo les afecta la gravedad? ¿caen hacia arriba o hacia abajo? ¿existe la gravedad negativa? A priori se deberían comportar igual… pero todavía no hay ninguna comprobación experimental.

P: Alucinante…

G: Sí, son experimentos pequeños pero muy cachondos. El LHC roba toda la atención del CERN, pero hay un montón de grupos pequeños haciendo investigaciones muy fundamentales, que podrían generar grandes sorpresas. Imagínate si contrariamente a lo esperado resulta que un antiátomo de hidrógeno sube por la gravedad en lugar de caer!

P: Fantástico. Entonces: tener para una bomba de antimateria queda descartado, no?

G: Totalmente. Porque aún suponiendo que se pudiera confinar, si el CERN se hubiera dedicado a guardar antimateria durante sus 50 años de historia, como máximo habría generado unos pocos nanogramos. Para fabricar la bomba de Ángeles y Demonios se necesitaría como mínimo un gramo. Tardaríamos mil millones de años en reunir esa cantidad. No tiene ningún sentido.

P: Oye, y lo del PET (Tomografía de Emisión de Positrones)?

G: Exacto. En la vida real también hay antipartículas, y el caso más típico es el PET que encontramos en los hospitales, que utiliza antipartículas para diagnosticar el cáncer.

P: ¿Cómo se generan?

G: Con radioactividad. Hay elementos que son radioactivos por naturaleza y se desintegran siguiendo una reacción nuclear. El PET es eso; te inyectan una sustancia radioactiva que al desintegrarse emite un positrón. Ese positrón inmediatamente encuentra un electrón de tu cuerpo y se aniquila generando energía, fotones. Lo que detecta el aparato son esos fotones, y con ellos genera una imagen del interior de tu cuerpo.

P: Qué grande la antimateria… Gonzalo, eres un crack.

Jueves 27 de Agosto, 23h 30 min. Restaurante Marvin’s (14th – Ust.; Washington DC). Carlos (Economista, Banco Mundial): “La semana pasada compré un libro usado sobre las fronteras de la ciencia editado por el National Geographic en el 1982. Interesantísimo!”

Pere: “¿Qué es lo que más te sorprendió?”

Carlos: “No se, me pareció como si no hubiéramos avanzado tanto…”

Pere: “¿Ah si? Curioso… ¿me lo podrías prestar?”

Carlos: “Claro! Cuando quieras”

Le llamé el sábado, me pasó el libro, y encima permití que volviera a pagar él la cerveza…

Buen ejercicio leer el librito. Creo haber pasado por tres fases diferentes:

En una primera ojeada todo indica que Carlos tenía razón. Cuando lees que la fusión nuclear puede ser la energía del futuro, o que estamos investigando en entender el Big Bang, en curar definitivamente el cáncer y el Alzheimer, en averiguar cómo emerge la conciencia humana, o saber cuál fue el origen de la vida, encontrar una teoría unificada para la física, o discernir cuánto de genético y de ambiental hay en nuestro comportamiento, te das cuenta que lo que en 1982 eran grandes fronteras de la ciencia, continúan siéndolo.

Luego piensas: “un momento…” y empiezas a darte cuenta que en el libro ni se mencionan palabras como energía oscura, calentamiento global, células madre, HIV, fMRI, epigenética, nanotecnología, o Internet.

La tercera fase es la más suculenta, ya que empiezas a leer detenidamente el texto y vas encontrando sorpresas a la hora de comparar lo que se conocía entonces, y lo que sabemos ahora. He aquí algunas de ellas.

Ya avanzo que éste no es un recuento exhaustivo, y queda abierto a que aprovechemos la flexibilidad del blog para ampliarlo en los comentarios o siguientes posts.

El destino del Universo

Confieso que me chocó ver una foto de Stephen Hawkins explicando los enigmas de los agujeros negros. Que no me crucifiquen los cosmólogos, pero todavía les llaman singularidad porque siguen sin entender qué ocurre en su interior.

Sin embargo, en ese momento se desconocía por completo que una misteriosa energía oscura hacía que el Universo se expandiera de manera acelerada. La duda era si la densidad de materia del Universo sería suficiente como para que la gravedad frenara su expansión y empezara a contraerse hacia un “big crunch ”.

No hemos terminado de cerrar una frontera, pero hemos abierto otra.

No sé cuantas veces habrá aparecido en los medios la noticia del descubrimiento de agua en Marte, pero en 1982 ya se sabía que ”en los polos de Marte hay hielo, y al mirar su superficie vemos rastros de erosión debido a agua líquida. Esta evidencia sugiere que Marte podría haber albergado vida en el pasado”. Estas frases me suena haberlas oído hace poco…

En contrapartida pensé “ok, pero por ejemplo, la Cassini-Huygens descubrió hace muy poco que en el satélite Titán había metano líquido, nubes de metano, lluvias… “ justo a las pocas líneas leí que resultaría muy interesante investigar el origen del metano de la atmósfera de Titán….

A principios de los 80 ya estaba publicado el modelo estándar y se conocían los diferentes tipos de quarks, leptones, centenares de partículas subatómicas, y las 4 fuerzas fundamentales que regían sus interacciones. Pero la gravedad todavía no encajaba en ese modelo estándar; la teoría era incompleta porque no conseguía ligar del todo la relatividad general con la mecánica cuántica. Muchas supercuerdas, pero continuamos encallados en el mismo punto.

En ese momento ya habían aceleradores de partículas, y el autor del texto defendía que 110 millones de dólares no era un precio caro para construir uno de nuevo que les permitiera entender “la estructura última de la materia”. Creo que el presupuesto del Large Hadron Collider (LHC) ronda los 9.000 millones. A ver si una vez reparada la chapuza nos regala por fin esa “teoría unificada”.

¿Cambio climático? ¿energías renovables?

Por el extenso espacio al que se le dedica en el apartado de Ciencias de la Tierra, hace 30 años lo más en boga era la tectónica de placas . Finalizada en los años 60, fue uno de los grandes avances del siglo XX y permitió durante las décadas siguientes clarificar el origen de volcanes, montañas, terremotos y todo lo referente a la estructura de la corteza de nuestro planeta.

A pesar de ser una publicación del National Geographic, no se dedica espacio a la biodiversidad ni a mostrar preocupación por el futuro medioambiental de la Tierra. Hay sólo una leve mención a ciertos cambios en el clima, causados seguramente por diferentes fenómenos naturales, y escondiendo dudas sobre si la actividad humana podría tener también alguna relación con ellos.

“Combustible fósil” no era una expresión maldita, y respecto al futuro energético la gran esperanza era imitar a las estrellas y reproducir la fusión nuclear en el laboratorio.

Las perspectivas de lograrlo parecen ahora igual de lejanas que entonces.

La nueva Biología

Es probablemente el campo que más ha avanzado en los últimos 27 años.

La única “sorpresa” que me llevé al leer el texto es que por ese entonces ya se había logrado clonar ratones por transferencia nuclear, y 15 años antes del nacimiento de Dolly, ya se especulaba en la posibilidad real de clonar humanos. Secuenciar el genoma, y ser capaces de escudriñar sus variaciones como ahora, parecía sin embargo una tarea prácticamente imposible.

También me llamó la atención la frase “se conocen 5.000 especies de bacterias”. Asumiendo que la microbiología habría logrado caracterizar muchísimas más, al buscar cuántas no esperaba encontrar que esta cifra ni siquiera se ha duplicado y se estima que faltan todavía centenares de miles de especies por descubrir.

Medicina

Claro que los avances recientes han sido espectaculares, pero la gran revolución en medicina había ocurrido unas décadas antes, con el control de las enfermedades infecciosas. En el texto un científico se congratula que en los 80 años anteriores al 1982 la esperanza de vida en EEUU había pasado de los 47 a los 74 años, y el primer tema fronterizo de su reportaje es jugar con la maquinaria celular para lograr el antienvejecimiento. En el 2009 es de 78 .

Cáncer, Alzheimer y enfermedades cardiovasculares eran el reto a abordar los siguientes años. El SIDA todavía no había aparecido en escena, y ni la obesidad ni la diabetes eran un problema alarmante de salud pública.

Mente y Cerebro

Invitando a los autores de la sección “Apuntes neurocientíficos desde el MIT ” a contarnos los avances más relevantes de los últimos 27 años en la neurociencia, en 1982 parecían entusiasmados con el PET (Positron Emission Tomography), una técnica que permitía rastrear las zonas activas del cerebro cuando realizaba determinadas acciones. Ahora existe una más específica fMRI (imágenes de resonancia magnética funcional), pero la esperanza de poder monitorear circuitos neuronales in vivo todavía debe esperar.

Sin duda se han conseguido grandes logros en el conocimiento de los cerebros enfermos, pero entender el funcionamiento completo de los normales continúa siendo una de las grandes fronteras de la ciencia.

Este es uno de los posts más abiertos del blog. Faltan infinidad de avances o no-avances por comentar. Creo que he sido injusto y me he centrado demasiado en los segundos. Aprovechemos lo dinámico del formato para ir ampliando perspectivas sobre cómo ha cambiado la ciencia en los últimos 27 años.

Hace un par de semanas Michio Kaku publicaba en el Wall Street Journal un artículo titulado “La nueva carrera hacia la Luna”, en referencia a los proyectos de EEUU, China, Rusia, India y Japón de enviar misiones tripuladas de vuelta a nuestro satélite.

Esta mañana he estado en la sede central de la NASA en Washington DC atendiendo una sesión para la prensa con 7 de los astronautas que han pisado la Luna en las misiones Apollo. Y tras constatar, como ya sospechaba, que la verdadera justificación al descomunal gasto que supondría un viaje tripulado a la Luna y después a Marte, no son tanto los beneficios científicos ni innovación tecnológica que puedan conllevar, sino el afán explorador de nuestra especie y sobre todo inspirar a las nuevas generaciones como hizo en su momento el Apollo 11, creo que toca replantear el concepto de “carrera” espacial.
A mi, por lo menos, no me inspira ver a una serie de países gastando dinero público en paralelo “compitiendo” para plantar su banderita y sacar pecho a la antigua usanza. Si el principal motivo para enviar humanos a explorar el espacio es inspirar (una de las palabras más repetidas durante la conferencia de hoy) y que la humanidad logre una nueva gran hazaña… perfecto. Hagámoslo. Pero tendría mucho más sentido hacerlo todos juntos en una misión internacional que aunara esfuerzos y representara no sólo a un país, sino a todos los pueblos del mundo.
Aunque sea por las limitaciones presupuestarias, quizás este podría ser el futuro del viaje tripulado a la Luna.

¿MERECE LA PENA VOLVER A LA LUNA?

Planes aprobados ya los hay. En 2004 George W. Bush anunció la intención de enviar de nuevo humanos a la Luna en el 2020 para recolectar materiales, realizar investigaciones científicas, entender funcionamiento del cuerpo en el espacio, y fundamentalmente prepararse para una futura misión tripulada a Marte.

Pocos son los confiados en que se van a cumplir los plazos, pero es que además, existen bastantes discrepancias entre los convencidos de que la exploración humana del espacio es imprescindible y los que opinan que los costes exceden holgadamente los beneficios esperables.

En resumen, hay 3 motivos básicos que se suelen apuntar para justificar que “vale la pena” ir a la luna: recolectar materiales, investigación científica / innovación tecnológica, e inspiración. Pero todos tienen sus detractores. Concretemos:

Recursos minerales: Conseguir Helio-3
Aprovechar recursos y exportar materiales de la Luna es uno de los argumentos utilizados para justificar su regreso. Se ha hablado con relativa seriedad, por ejemplo, de instalar placas solares que permitirían enviar energía hacia la Tierra. Pero el compuesto que más interés ha generado es el Helio-3, un isótopo extremadamente escaso en la Tierra pero que los vientos solares han dejado en cantidades considerables en el suelo lunar. Su interés radica en que por sus características químicas podría ser muy útil en los reactores de fusión nuclear.
Los críticos apuntan que las enormes cantidades de materiales lunares que deberían ser transportadas a la Tierra para una vez aquí extraer el Helio 3, la hacen una tarea demasiado costosa. También dicen que sería bueno primero asegurarnos de que podemos controlar la fusión nuclear… y en otra consideración muy relevante, se plantean si eso mismo no lo pueden hacer robots de manera más barata y segura.

De hecho, este es uno de los principales focos de discusión. La cuestión no es si debemos explorar el espacio o no, la rotundidad del sí está fuera de cualquier duda. La discusión es si debemos hacerlo con humanos o con unos mucho más baratos robots.
Los defensores del viaje tripulado replican que esos mismos argumentos existían al inicio de los 60 y posteriormente se vio que las habilidades y versatilidad humanas eran muy superiores. Continúa siendo así, pero sin duda llegará un momento en que el cuerpo humano tendrá más limitaciones que los futuros robots.

Ciencia: Telescopios en la Luna
Enviar un astronauta geólogo a recoger muestras e investigar la superficie lunar estaría muy bien, si fuera seguro y más barato. De momento esta brutal inversión científica no parece justificada por mucho que nos ayudara a conocer mejor el origen de nuestro planeta o del sistema solar.
Otra iniciativa científica que cuenta con muchos adeptos es instalar telescopios en la cara oculta de la Luna. Su superficie estable permitiría construir estructuras mayores que los telescopios espaciales, y sin una atmósfera que interfiera en las observaciones, y escondidos de las radiaciones de radio terrestres, permitirían explorar en un espectro de bajas frecuencias todavía no testadas. Y el pasado nos dice que siempre que vemos con una nueva lente descubrimos alguna novedad.
Los críticos se preguntan hasta qué punto es factible construir un telescopio en las condiciones lunares. Argumentan que, como en el caso del helio 3, los defensores de los viajes tripulados no prestan suficiente atención a las profundas limitaciones técnicas de dichos proyectos.
De nuevo, no se trata de investigar sí o investigar no. Claro que sí! Pero si queremos maximizar la relación coste/beneficios, los científicos de la NASA prefieren invertir el dinero en otros telescopios, exploración con robots, sondas… que en viajes tripulados.

Inspiración
Apollo 11 fue histórico, un hito de nuestra especie que inspiró a jóvenes y adultos pero… ¿volvería a ocurrir lo mismo? Difícil de pronosticar, la sociedad ha cambiado mucho y el concepto “presencia física” a disminuido su valor. Sin duda un proyecto como el de enviar un humano a Marte (a la Luna ya hemos ido) sería tremendamente inspirador, pero quizás no tanto como lo fue el Apollo en su momento.

Está en nuestros genes
En el epílogo de su libro “Man on te moon”, Andrew Chaikin dice que le irrita oír a la NASA repitiendo la expresión “the next logical step is…” (el siguiente paso lógico es….”. “¿Qué tiene que ver la lógica con todo esto???”, se pregunta Chaikin. Para él, y muchos otros, explorar el espacio es algo más emocional que racional, algo instintivo intrínseco a la naturaleza de nuestra especie. Innegable.
Para los pro, éste es uno de los motivos más poderosos. Y para los anti, de los más absurdos. El debate se intensifica cuando unos y otros le añaden argumentos bastante flojos como “algún día la humanidad deberá salir de este planeta” o “tenemos otros problemas aquí en la Tierra”.

La segunda carrera espacial
A no ser que aparezca la interesante propuesta de un programa conjunto, a nadie se le escapa que las opciones Chinas y Rusas son una “amenaza” al liderazgo estadounidense en la exploración espacial. Uno de los astronautas de la reunión de hoy en la NASA ha citado el programa Ruso buscando la motivación para acelerar el de USA.
Ojalá el hombre pise de nuevo la Luna, pero sin que sea una carrera absurda.

Innovación tecnológica
Es uno de los puntos fuertes para defender el viaje tripulado. Obvio que una empresa así genera grandes avances en su camino que revierten posteriormente en la sociedad. Claramente es un motor de innovación indirecto. La pregunta de los críticos es si los mismos se pueden conseguir de manera directa y sin rodeos.
“Pues quizás no, porque como en muchos otros campos, la investigación en lo desconocido es imprevisible”, sería la respuesta más corta y contundente.

Ir a Marte, and beyond
Está clarísimo: ir a la Luna no está justificado si no es pensando en ir más lejos después. ¿Por qué no vamos directamente a Marte entonces? Es la sugerencia de Buzz Aldrin . “Porque debemos entrenarnos antes”, es la respuesta oficial. La luna sería un lugar ideal para testar cómo responde el cuerpo humano a la vida fuera de la Tierra, y establecer una base que en algún momento podría actuar como parada intermedia en el viaje a Marte. Si esta es la mejor opción o no, es un debate técnico más que ideológico y por lo visto en la sesión de hoy, no parece todavía absolutamente claro.

En definitiva, está claro que habrá futuros astronautas pisando la superficie de la Luna, Marte, u otros rincones del Sistema Solar. La discusión es si debido a los enormes costes que eso representa debemos empezar ya o vale la pena esperar un poquito. Lo que sí está claro es que si EEUU quiere cumplir el mandato de Bush de llegar a la Luna en el 2020, Obama deberá decidir pronto si pone todavía más dinero para hacer que sea posible, o anuncia que tiene otros planes prioritarios tan inspiradores para el planeta como las Misiones Apollo. Yo apuesto por lo segundo.

¡Otro fichaje! Roberto Guzmán es físico e ingeniero de materiales, y cuando nos hicimos amigos en el MIT siempre me explicaba freakadas interesantísimas provenientes del mundo de la tecnología. Pero lo que más me gustaba es que no se quedaba en la anécdota. Sus conocimientos científicos le permitían dar un contexto y valorar en detalle si era algo símplemente curioso o un gran avance. Esperemos que se suelte, y periódicamente nos explique lo último de lo último de la tecnología, un espacio poco cubierto en el blog.

El principio de flexibilidad – uno de los pocos que tiene este blog – hace sin embargo que hoy Roberto inaugure con un post de menor carácter tecnológico, y aproveche su asistencia a un evento con los astronautas Aldrin y Armstrong del Apollo 11 para plantear un tema de preactualidad: la exploración espacial. Utilizo este término porque pronto empezaréis a escuchar noticias sobre el 40 aniversario de la llegada del hombre a la Luna que tendrá lugar el próximo 20 de julio.
Sin querer quitar protagonismo a Roberto, ¿de qué creéis que se hablará más? ¿de la teoría conspirativa según la cuál todo fue un montaje y Armstrong nunca pisó a la luna? ¿o de si vale la pena invertir una millonada de dólares en repetirlo e incluso ir a Marte?

¿CUÁLES SON LOS SIGUIENTES RETOS DE LA EXPLORACIÓN ESPACIAL?, por Roberto Guzmán de Villoria

Cuando se nos pregunta el porqué invertir dinero en investigación y se habla de medicina, informática o avances en ingeniería, todo el mundo suele estar de acuerdo en que está completamente justificado. Sin embargo cuando se habla de investigación espacial, la opinión general no es tan unánime, más aún cuando nos encontramos en una crisis como la actual. Tal cual están las cosas, no parece tener mucho sentido gastar parte de los impuestos en buscar vida en otros planetas y mucho menos mandar astronautas al espacio. Conscientes de la decreciente popularidad que tiene hoy en día la exploración espacial, un simposio como “Giant Leaps”, donde se podía encontrar a Buzz Aldrin o Neil Armstrong (aunque sólo acudió a un memorial previo), parecía una ocasión ideal para plantear el futuro de la investigación espacial, y conocer de primera mano hacia donde se dirige.
Maria Zuber responsable del Departamento de Tierra, Atmósfera y Ciencias Planetarias del MIT , y la posterior mesa redonda, se encargaron de mostrarnos próximos retos.

1. Estudio de la fisiología y el comportamiento humano en condiciones de baja gravedad.
Realmente importante desde el punto de vista de la exploración espacial con humanos, más cuando se piensa en estancias largas. En este sentido la Estación Espacial Internacional está siendo fundamental. Aunque se planea utilizar robots, todavía se está muy lejos de conseguir la versatilidad de un ser humano. Evidentemente es un campo científico con menos utilidad para los no astronautas.

2. Medida de la variabilidad solar.
Aparte de la importancia que tiene para nosotros, como ya se explicó en un interesante post , en el caso de la investigación espacial es necesario conocer la predicción del tiempo espacial evitando por ejemplo tormentas solares que pueden incomunicar la nave o el satélite.

3. Determinar la extensión y la composición del universo.
Se piensa que el 73% del universo está formado por una forma hipotética y misteriosa de energía llamada energía oscura que hace que el universo se expanda cada vez más deprisa, y el 22% por materia oscura, una materia indetectable con los medios actuales salvo por su efecto gravitacional en otras particulares (es decir, una materia con masa, pero "invisible"). Si esto es así, y además no se ha probado la existencia de ambas, significa que no conocemos muy bien de que está compuesto el universo. El observar el límite del universo daría muchísima información de su formación, pero dudo que se puede hacer en un tiempo.

4. Descubrir otras Tierras.
Bueno, escrito así suena un poco a ciencia ficción, pero es cierto que el periodo interglaciar que estamos viviendo y hace posible la vida (y que no nos congelemos) no va a durar siempre. La última edad de hielo fue hace 10 000 años. El último gran meteorito que impactó la tierra, se estima que fue hace 65 millones de años (probablemente el causante de la desaparición de los dinosaurios). En cualquier caso el sol consumirá la tierra en unos 5 mil millones de años, haciéndola inhabitable mucho antes. Aunque parece que hay bastante margen (bueno, eso sin tener en cuenta el factor humano) , de momento sólo se ha conseguido llevar astronautas por largos periodos de tiempo a la Estación Espacial Intenacional que está a unos 480 Km de distancia. Así que tarde o temprano hay que empezar a investigar si existen planetas habitables con el fin de encontrar propiedades similares a la tierra. De momento la tecnología que tenemos de naves espaciales no da para mucho, así que hay que conformarse con buscarlos mediante telescopios "coronograph " de luz visual y de interferometría infrarroja, y así realizar un “censo” de planetas de tamaños similares a la tierra, situados a distancias similares de su sol y con atmosferas de composición semejante. El programa de la NASA se llama "Terrestrial Planet Finder " y se espera lanzar el primer telescopio para el 2014.

5. Preservar nuestro planeta.
Como una vez me dijo un profesor de matemáticas, puedes observar la piel de un elefante con una lupa durante horas, pero sólo si te alejas te darás cuenta que es un elefante. Con la Tierra ocurre lo mismo. Si existen potentes telescopios que se dedican a buscar planetas similares a la tierra, ¿por qué no usar esa potente tecnología para saber qué ocurre con nuestro planeta?. Se está estudiando la estructura de las capas de hielo de la Antártida y como están evolucionando. Queda mucho por investigar sobre fenómenos geológicos, siendo muy útil lo que se denomina "Estudio comparativo de los planetas". El planeta más semejante y cercano es Marte, y la mayor ventaja en estudiarlo respecto a la Tierra, es un motivo tan ridículo como real. Al no existir países ni gobiernos, no hay problemas políticos ni de seguridad para poder estudiar el planeta a sus anchas…una lástima para la ciencia.

6. Búsqueda de vida extraterrestre.
En los últimos años siempre se habla de Marte, hay indicios de que existe agua en su superficie, por lo que es probable que pudiera existir algún ser vivo primitivo (microorganismos). Pero la búsqueda va algo más lejos, ¿es posible encontrar indicios de vida en otros lugares en nuestro sistema solar? De momento los candidatos son una luna de Saturno, Titán; y otra de Júpiter, Europa. En Titán se han encontrado lagos de metano e incluso lluvia de éste durante el verano . Desde luego no parece un paraíso para vivir un sitio lleno de metano, que en ese caso es líquido debido a las bajas temperaturas (alrededor de los -180 C). El interés radica en el origen de este metano , ya que puede ser de origen orgánico (liberado por los seres vivos durante la digestión de los nutrientes, especialmente los rumiantes, o mejor dicho las bacterias de sus intestinos) o de origen geológico. En cualquier caso parece una hipótesis poco probable, aunque posible . Parece más interesante Europa , la sexta luna de Júpiter, de tamaño similar a nuestra luna. En este se piensa que bajo una superficie de hielo la temperatura es de -160 C podría haber un océano de agua líquida...agua líquida a tan bajas temperaturas...una hipótesis es que Jupiter produjera mareas que calentarán el agua a modo de océanos subterráneos. Como curiosidad hoy se han publicado evidencias de un océano subterráneo en otra luna de Saturno, Encélado .

Así que cómo se puede ver, todavía queda bastante por hacer en el espacio, aunque el siguiente gran reto, del mismo nivel mediático que el Apollo 11 es …rumbo Marte.

Si os cuento que unos científicos están investigando ciertos pinos porque podrían ser plantados en Marte dentro de centenares o miles de años, ¿qué pensaríais? Quizás la primera reacción sería: “¿¿¿¿con dinero de mis impuestos????”

Y si se justifican diciendo “es que dentro de un tiempo aquí ya no cabremos…, o tendremos que colonizar otros mundos porque habremos agotado los recursos de la Tierra… y además, en unos pocos millones de años el sol se expandirá y los futuros humanos deberán mudarse a otros planetas…” tal vez el sofoco aumente y repliquéis
“¿y tanta prisa tenéis? ¿no se os ocurre nada más prioritario que solucionar?”

En esa línea escribí una nota crítica en el rastreador científico sobre un artículo aparecido en el periódico mexicano Universal, que explicaba muy bien el proceso de terraformar Marte y el rol de los pinos del Monte Orizaba, pero no buscaba las cosquillas al proyecto.
Tras insinuar un “basta ya de hacer caso a ciegas de todo lo que nos cuenten los científicos, los periodistas no tienen porqué ser siempre sus aliados”, y plantear en tono sarcástico dudas sobre la conveniencia de gastar dinero público en el estudio de los pinitos marcianos, llego a México y me presentan al investigador principal del proyecto. Ups… Tierra trágame… y llévame a otro planeta...

Pasos para terraformar Marte
Hacer habitable nuestro planeta vecino no es una idea nueva. La NASA lleva años dándole vueltas y financiando investigaciones como las de Rafael Navarro para esclarecer los pasos que lo harían posible.
Rafael matiza: “lo primero de todo, antes de plantear cualquier intervención, es saber si existe algún tipo de vida en Marte. Si la hubiera debemos respetarla, estudiarla, y olvidarnos de modificar las condiciones de ese planeta. Pero si dentro de unos años comprobamos que Marte es inerte, entonces sí podemos plantearnos convertirlo en un lugar que pudiera acoger seres vivos”.
El primer paso sería calentarlo. Hay varios métodos propuestos (explosiones nucleares, espejos gigantescos que hagan incidir más luz solar…) pero el más factible parece ser introducir en su atmósfera gases que causen un efecto invernadero muy fuerte, calienten rápidamente la superficie del planeta, y derritan el agua que Marte tiene en los polos y su subsuelo. El octafluoropropano es uno de los últimos candidatos para no dejar escapar los rayos de luz solar que rebotan de la superficie de Marte, y Rafael Navarro considera que en sólo 100 años ya tendríamos una temperatura suficientemente alta para abordar la segunda etapa: introducir microorganismos que pudieran sobrevivir en esas condiciones y cuyo metabolismo liberara oxígeno a la atmósfera. Las cianobacterias que oxigenaron la Tierra hace 2000 millones de años podrían ser ideales para esta función, ya que además los microbiólogos están encontrando variedades sobreviviendo en ambientes extremos parecidos a la superficie de Marte en cuanto a aridez, pH, temperaturas y presencia de radiaciones. Esta etapa de oxigenación duraría unos 1000 años, y entonces ya sería viable enviar líquenes, musgos, pastos…, y los pinos que Rafael Navarro investiga en el Monte de Orizaba, por ser los que crecen mayor latitud del mundo.

Cuando este ecosistema haya acampado, ya pondremos termitas, otros animales, y al final quizás humanos.

Conglomerado de ideas
Una de las ventajas de hablar cara a cara con alguien es que te transmite más que palabras. La expresión tan honesta de Rafael cuando le dices “convénceme, porque yo a esto todavía no le veo el sentido” no deja lugar a dudas: sí tiene sentido. No estamos hablando de un capricho de científicos.
Lo que ocurre es que no debemos quedarnos sólo con la idea, irrelevante en estos momentos, de la colonización humana de Marte dentro de miles de años.
Independientemente de si pueden llegar ser plantados en Marte o no, el Monte de Orizaba cuenta con el bosque de pinos más alto del mundo. Los científicos no terminan de comprender cuáles son las condiciones que les permiten sobrevivir a 4100 metros de altitud. Y esto vale la pena ser investigado. También hay motivos más que justificados para entender la esencia de la vida e investigar sus límites con los microorganismos de ambientes extremos como Río Tinto en Huelva, o el desierto de Atacama en Chile. Rafael Navarro ha recibido este año la medalla “Alexander von Humboldt” por identificar en dicho desierto una región casi análoga a la superficie de Marte, y que está permitiendo a los astrobiólogos de la NASA y la ESA testar nuevas formas de búsqueda de vida en el planeta temporalmente rojo.

Da la sensación que la idea de terraformar Marte más bien sea una especie de ejercicio intelectual en el que se aglutinen conceptos y aparezcan nuevas preguntas sobre las características básicas de la vida, cómo se regulan los ecosistemas, investigar desde otro ángulo las propiedades de los gases de efecto invernadero, entender cómo podía ser Marte en el pasado… un útil conglomerado de ideas más que una iniciativa real.
Pero cuando a Rafael Navarro le dices “entonces olvidémonos de intentar terraformar Marte en serio, no?” su cara refleja de nuevo un sincero convencimiento, basado en su larguísima trayectoria como astrobiólogo en la preciosa, immensa y vibrante Universidad Nacional Autónoma de México .
“No es tan complicado como piensas”, dice, “y los tiempos que te he dado son extrapolaciones con la tecnología actual. En el futuro el proceso podría acelerarse”.

De repente, veo que el debate está más cercano de lo que me imaginaba. Ahora sé que sí merece la pena investigar los pinos de Orizaba, pero continúo pensando que plantearse su futura exportación a Marte es empezar la casa por el tejado, y sigue pareciéndome poco más que una distracción pensar que en el futuro la humanidad necesitará colonizar nuevos mundos.
Sin embargo, si nos alejamos de este objetivo final, tenemos en cuenta el avance exponencial de la tecnología, y analizamos el proceso pasito a pasito, quizás no estemos hablando de algo tan lejano. En el muy probable caso que dentro de unos pocos años los astrobiólogos nos digan “chavales, aquí no hay nada”, posiblemente alguien presentará una propuesta de proyecto destinada a enviar octafluoropropano, o algún otro gas de efecto invernadero, a la superficie de Marte para intentar calentar su atmósfera y empezar el proceso de terraformación.
Suponiendo que no fuera tan costoso económicamente. ¿vosotros lo aprobaríais?

Bruno y yo sentábamos en rincones opuestos de una mesa que albergaba a una quincena de jóvenes abogados, economistas y politólogos españoles de Washington DC. Le observaba porque al igual que yo, no parecía muy involucrado con los temas que aparecían en la conversación; más bien parecía estar ensimismado en sus propios pensamientos.
La ronda de presentaciones llegó más tarde. En su turno Bruno Sánchez-Andrade Nuño dijo decoroso “no, bueno…. yo es que soy astrofísico; investigo el Sol, aquí en el Naval Research Laboratory”. Percibí un par de “aha”s acompañados de cejas levantadas, varios movimientos verticales de cabeza, y un “muy interesante, no?”. Luego se produjo un breve silencio que alguien cortó con un tema superfluo que no recuerdo. Podría ser la crisis económica.
Yo por mi parte, esperé el momento en que se perdió la formalidad del encuentro para coger mi cerveza, acercarme a este asturiano recién llegado a Washington tras pasar 4 años en el Instituto Max Plank para el estudio del Sistema Solar, de Alemania, y decirle “Oye, seguro que tú tienes cosas mucho más interesantes que explicar.... A qué te dedicas en concreto?”. Sorpresa agradable: “Al estudio de la atmósfera solar, pero también me interesa mucho la divulgación”

- ¿Por qué?
- Primero porque me apasiona la ciencia; me gusta tanto que estoy convencido que puede resultar interesante a todo el mundo. Segundo porque lo que estamos aprendiendo ahora del Sol y el clima espacial va a tener repercusiones muy importantes en los próximos años. Y último, porque estoy harto de que me vean como un rarito que hace cosas que nadie entiende ni le interesan. De hecho es una profesión preciosa para los jóvenes.
- Tío, tenemos que vernos otro día y charlar con más calma
- Cuando quieras

Otro día fue ayer mismo, en el Kramer’s Bookstore de Dupont Circle.

- ¿Qué tal Bruno? ¿Cómo estás?
- Liadísimo con el trabajo, las 100 horas de astronomía que empiezan la semana que viene, y la organización del “SunDay” (el día del Sol)
- Qué es esto?
- Las 100 horas es una de las actividades más destacadas del año de la astronomía 2009 . Del 2 al 5 de Abril en todo el mundo se harán miles de actividades destinadas a que el público observe el cielo y pueda ser consciente de algunas de las maravillas que ocurren en el Universo. Durante esas horas millones de personas participarán y estarán pensando en soles, estrellas, galaxias, planetas, … es una imagen maravillosa.
- Me dijiste que estudiabas la atmósfera solar, no?
- Si, en concreto investigo la dinámica de lo que pasa por encima de la “superficie” solar. Para eso uso satélites y cohetes científicos. Es alucinante que todavía haya tantos y tan grandes misterios en un objeto tan cotidiano y accesible como el Sol.

- El otro día un artículo decía que en los últimos meses habían desaparecido las manchas solares… ¿es eso cierto?
- Sí, momentáneamente. El Sol tiene ciclos de actividad periódicos. Cada 11 años se invierte el cambio magnético, y pasa por un máximo y un mínimo de actividad magnética. Las manchas son la parte visible de este magnetismo. Van dando vueltas alrededor del Sol, aparecen más, desaparecen…Ahora estamos en un mínimo de actividad y no se ven manchas solares. Pero es algo normal.
- ¿No se trata de un mínimo extrañamente largo?
- No, está durando bastante, pero no está parado, que sería lo grave. De hecho ya estamos viendo la aparición de unas pequeñas manchas situadas en unos puntos que indican el comienzo de un nuevo ciclo. Las manchas solares son una manera de medir la actividad del Sol.
- Ah, si?
- Si, si… se han estado observando desde siglos, y se correlacionan perfectamente con estos ciclos de 11 años. Lo importante es que esta actividad magnética nos afectan en la Tierra de muchas, muchas formas. De hecho hay un estudio muy curioso de 1801, del astrónomo W. Herschel, en el que observa una correlación entre las manchas solares y el precio del trigo .
- Explícame eso…
- La mejor explicación, de momento es ésta: Los rayos cósmicos penetran en la atmósfera terrestre y forman iones y radicales libres, que son los centros desde donde se forman las nubes. Mayor actividad magnética solar hace que estemos más protegidos contra estos rayos cósmicos. Esto implica menos nubes globalmente. Cielos despejados, menos precipitaciones, daban peores cosechas por esos tiempos. Al haber menos trigo, se vendía más caro.
- Entonces ¿el Sol afecta claramente al clima de la Tierra?
- Si, claro. El Sol nos da luz, nos calienta, pero además envía radiación ultravioleta y partículas cargadas. Todos estos factores definen el clima a lo largo de los siglos, pero también crean cambios a muy corto plazo.
- Pero ¿se pueden dar efectos drásticos?
- Sin duda. Por ejemplo, en el siglo XVI se produjo un mínimo de actividad muy largo, de decenas de años. llamado mínimo de Maunder , y fue catastrófico. Hubo inviernos crudísimos, con fuertes heladas, ríos congelados, cosechas perdidas, y perecieron muchas personas.
- ¿Por eso se dice que el Sol está relacionado con el cambio climático?
- Hay algunos que lo sugieren, pero no hay evidencias claras sobre esto. La actividad solar es un parámetro a tener en cuenta, pero no es la explicación. El efecto del Sol es despreciable comparado con el de los gases de efecto invernadero.
- Quedamos por tanto que el mínimo por el que estamos pasando no es preocupante…
- Qué va! Lo jodido puede ser cuando llegue el máximo de actividad dentro de unos 6 años. Si es un pico alto, puede generar problemas muy gordos.
- Por qué?
- Porque son momentos de mucha actividad magnética, y se producen grandes explosiones solares que envían radiación y partículas a la Tierra.
- Esto siempre ha sido así…
- Ya, pero ahora tenemos una enorme cantidad de satélites y sistemas que podrían ser dañados en tormentas solares. Por eso es muy importante entender la fuente de esos fenómenos: la atmósfera solar, las explosiones, y poder predecir el Space Weather (clima espacial). Y esto lo estamos aprendiendo ahora. Empezó como ciencia básica, pero ya estamos empezando a aplicarlo.
- ¿A qué podría afectar?
- A muchas cosas! Satélites que se van al carajo directamente, distorsión de medidas de los GPS’s, interrupción de comunicaciones por radio, satélites que pierden su órbita, colapsos en estaciones eléctricas, problemas en los oleoductos, los habitantes de la ISS podrían tener serios problemas, o incluso aviones que les tocaría desviar su ruta o volar a menor altura… todo esto ya ha ocurrido con anterioridad, pero en una sociedad cada vez más dependiente de la tecnología va a ser más importante controlarlo. Cuando se genera una llamarada lo primero que sale del Sol es una gran cantidad de radiación que llega a la Tierra en 8 minutos, casi sin avisar. Luego, en horas o días pueden llegarnos las nubes de partículas que se lanzan en esas llamaradas. Esto se puede prever en cierta medida, y se puede actuar para minimizar los problemas.
- Pero el campo magnético de la Tierra nos protege, no?
- Sí, la magnetosfera desvía estas nubes magnéticas, pero cuando llegan con intensidad penetran muy profundo en la atmósfera, y en latitudes muy meridionales. Esto lo que llamamos auroras. A mediados del siglo XIX Carrington observó una de esas explosiones en directo, con su telescopio. Tiene que haber sido una muy gorda para que la pudiera ver. Fue el primero en ver algo parecido, y no se lo creía. A las pocas horas, y por unos cuantos días, las noches de medio mundo brillaban con vívidas auroras, saltaban chispas de los telégrafos y todavía funcionaban sin estar enchufados… fue cuando se empezó a pensar en estos efectos Sol-Tierra.
- De todas maneras el problema más serio es para los satélites....
- Si, cada vez somos más dependientes de más satélites, lo que también tiene sus problemas añadidos…
- ¿qué quieres decir?
- Está plagado de satélites. Se estima que hay unas decenas de miles de objetos orbitando. Y seguro que hay más pero son secretos.
- Decenas de miles? Encima de la atmósfera?
- Ya empieza a haber tantos que de hecho hace un mes chocaron 2. Mira que es vasto el cielo, pero pasaron por el mismo sitio, a la misma altura, en el mismo momento. Debieron dejar un buen montón de basura espacial esparcida por allí.
- La basura espaccial es un problemas que os preocupa, no?
- Cada vez es más importante. Un simple tornillo suelto por el espacio, a las velocidades que alcanzan, puede destruir un satélite entero. Será un problema muy a tener en cuenta. La mayoría de basura espacial acabará cayendo y desintegrándose al entrar en la atmósfera, pero eso lleva su tiempo.
- Hablando de tiempo espacial… son ya más de las 9:30pm. Yo he quedado con unos amigos… te apetecería dejar la entrevista a medias, y que los lectores vayan preguntando y tú respondiendo en los comentarios?
- Ah, claro. Ya te dije que me interesaba la divulgación. Que me pregunten lo que quieran, y yo si lo sé, respondo. Y si no, lo busco.
- Perfecto! Muchas gracias.
- Es un placer.
- Por cierto… tu planeas volver a España?
- En los próximos 2- 3 años no. Pero nunca se sabe lo que depara el futuro.
- Hay buen nivel en nuestro país?
- Buenísimo. De los mejores. Los astrónomos españoles estamos muy bien preparados. Canarias tiene uno de los mejores cielos del mundo para observar. Aproximadamente, 1 de cada 20 publicaciones en astronomía es de un español. Aunque eso no quiere decir que trabaje en España…
- Curioso… venga vamos, que llego tardísimo! Ampliarás información en los comentarios, verdad?
- Sí, sí..

Hasta finales del siglo XX las esperanzas de descubrir vida extraterrestre pasaban por encontrarla en algún rincón de nuestro sistema solar.
¡Claro que en el vasto Universo debían existir multitud de planetas con seres vivos! Pero… ¿Cómo íbamos a encontrarlos? Podemos ver estrellas, supernovas o cometas porque emiten luz, pero los planetas son opacos; no había forma de verlos. Y de todos modos... si llegáramos a detectar alguno de manera indirecta a nosecuantos años luz, ¿cómo podríamos saber si albergaba vida?

Guillem Anglada es un astrofísico de Ullastrell que realiza su investigación post-doctoral en la Carnegie Institution de Washington DC, y en estos precisos instantes se encuentra buscando planetas extrasolares en un observatorio astronómico de Hawaii .

Científicos como él se las han apañado para encontrar maneras con las que ver indirectamente planetas lejanos. Pero no sólo eso, también son capaces de averiguar cuál es la composición de su atmósfera.
Y si resulta que en ella observan una proporción de gases extraña, que no encaja con lo esperado en un mundo inerte, posiblemente significará que hay algo vivo pululando por allí.

Personalmente, ahora sí estoy casi convencido que dentro de unos años las portadas de los periódicos electrónicos anunciarán uno de los descubrimientos más trascendentes de la historia de la humanidad: no estamos solos en el Universo.

De momento, los planetas que pueden descubrir Guillem y compañía con los telescopios actuales son muy grandes y demasiado cercanos a las estrellas como para poder contener formas de vida mínimamente parecidas a la nuestra, pero mañana la NASA enviará al espacio un telescopio más potente que permitirá rastrear planetas parecidos a la Tierra, en lo que representa un nuevo gran paso para hallar señales de vida.

Tardé sólo un par de cervezas en convencer a Guillem de que nos explicara más detalles sobre dicha misión Kepler, sobre qué métodos utilizan para buscar planetas extrasolares, que nos vaya explicando sus peripecias científicas en Hawaii, y que entre observación y observación se entretenga respondiendo las consultas que podamos plantearle en los comentarios.

Esta es la primera de una serie de participaciones periódicas sobre astrofísica de Guillem Anglada en este blog. Démosle la bienvenida!

Buscando planetas más allá del Sistema Solar, por Guillem Anglada

¿Por que buscamos planetas en otras estrellas? Para satisfacer nuestro instinto de curiosidad y exploración! Si, vale… Pero científicamente hablando, a que pregunta queremos responder?

La detección de planetas extrasolares nos ayuda a comprender las circunstancias de formación del Sistema Solar y es el primer paso para entender cuan extraña, preciosa y variada puede emerger la vida en el Universo. Hace 15 años, sabíamos de una estrella que albergaba un sistema planetario, el Sol, y de los nueve planetas que lo orbitan sabemos sólo de uno que contenga vida. Este panorama está cambiando. En un par de años se van a mandar sondas a Marte para buscar formas de vida exóticas en el subsuelo y a día de hoy tenemos evidencia de más de 350 mundos alrededor de otras estrellas. La mayoría de exoplanetas conocidos son gigantes de gas como Júpiter, porque es mas fácil detectarlos, pero ya empezamos a encontrar a los más pequeños (supertierras ).

Fig 1.- Representación artística del sistema planetario en Gliese 581 que contiene un trío de supertierras. Créditos : ESO

¡Detectar exoplanetas no es fácil! No emiten luz propia, solamente la reflejan y hay que buscarlos de forma indirecta. Aunque se han propuesto muchos métodos de detección, en la práctica solamente unos pocos han funcionado: espectroscopia Doppler, tránsitos, microlentes gravitatorias, astrometría e imagen directa. El orden no está escogido al azar. La espectroscopia Doppler es el método que ha dado más y mejores resultados. La mayoría de los 350 candidatos se deben a esta técnica que consiste en medir el movimiento radial de la estrella debido a la fuerza que ejerce el planeta sobre ella a lo largo de su órbita.

Fig 2.- La estrella se acerca y se aleja periódicamente debido a la fuerza que hace un pequeño planeta al orbitarla. La velocidad de la estrella puede medirse gracias al efecto Doppler en la luz que recibimos.
Créditos : ESO

Su éxito se debe, en parte, a una coincidencia afortunada que cogió a todo el mundo por sorpresa. En Diciembre de 1995 los astrónomos suizos Michel Mayor y Didier Queloz anunciaban la detección del primer objeto de masa planetaria alrededor de otra estrella, 51 Peg b , una estrella cercana poco peculiar y parecida al Sol. Sin embargo, 51 Peg b si tiene un elemento sorprendente; su periodo orbital es de 4,2 días solamente. Como más corto es el periodo orbital de un planeta, más cercano debe estar a la estrella y más rápido debe moverse, de ahí el éxito del método espectroscópico. En comparación, la órbita de Mercurio es de casi tres meses. Haciendo caso a los teóricos de la época, 51 Peg b nunca debería haber existido. Los planetas gigantes deben formarse en órbitas alejadas, donde el gas es frío y abundante durante los primeros millones de años de vida de una estrella. Actualmente, la idea más aceptada es que los planetas migran, es decir, cambian su órbita significativamente después de su formación. Esto no ocurrió de forma muy drástica en el sistema solar o Júpiter habría barrido la Tierra y el resto de pequeños planetas interiores. En 51 Peg no tuvieron tanta suerte.

La existencia de órbitas tan cercanas a la estrella sugiere otro método de detección: los tránsitos. Un planeta pasará por delante de su estrella periódicamente bloqueando una pequeña parte de la luz si la inclinación orbital es la adecuada.

Fig 3- Un planeta transita delante de su estrella boqueando una pequeña fracción de la luz que nos llega. Créditos : CNES

Para órbitas como la de la Tierra la probabilidad de que esto ocurra es minúscula (<0.01%), pero para planetas como 51 Peg b es del 10%. En 2001 se detectaron por primera vez los tránsitos de HD 209458 b, otro Júpiter caliente como 51 Peg b. La cantidad de luz bloqueada depende del cociente de áreas entre la estrella y el planeta. Un objeto del tamaño de Júpiter oculta el 1% del brillo de una estrella como el Sol. Para un objeto de tamaño terrestre la ocultación es de un parte entre 10 000 y no hay mas remedio que ir al espacio para evitar la variabilidad inducida por la atmosfera. Esto hace la misión COROT (CNES/ESA) siguiendo 10 000 estrellas con un telescopio de 15 cm. Hace dos semanas anunciaron la detección de su primera supertierra, de la que aún no han podido medirle la masa, ya que es muy pequeña y la estrella bastante activa. Una forma poco científica de anunciar resultados, pero es que les ha entrado la prisa.
Este sábado la NASA lanza Kepler , su primera misión exclusivamente dedicada a planetas extrasolares también por el método del tránsito pero con un telescopio ‘algo’ más grande (1 metro), que monitorizará 100000 estrellas durante 3 años y medio.
Las estadísticas apuntan a que, al menos, el 10% de las estrellas tienen gigantes gaseosos y que el 30% contienen una o más supertierras. Basándose en esta tendencia, los teóricos apuestan que la práctica totalidad de las estrellas tienen planetas tipo Tierra en órbita. Esta es la pregunta que Kepler va a responder.

Al margen de los grandes acontecimientos que ocurren en el mundo, me preparo para mi primer experimento planetario en el Mauna Kea , Hawaii. Llegar fue toda una aventura, hay niebla, me equivoqué de volcán, llegué tardísimo a la montaña y no tenía habitación reservada… En fin, si el tiempo acompaña vamos a confirmar la detección del planeta más joven… si es que está! Las estrellas jóvenes son tan activas que es necesario un espectrógrafo infrarrojo para sacarles la velocidad radial, pero esa es otra historia que ya os contaré otro día.

En resumen, un pasito más hacia la respuesta a una vieja pregunta que trasciende a la astronomía. ¿Existen otros lugares como la Tierra? ¿Es la vida, tal y cómo la conocemos, un fenómeno común en el universo?... ¿estamos solos?

Cuando entré en el despacho de Vera Rubin en la Carnegie Institution de Washington DC, lo primero que vi fue una reproducción del diagrama que la convirtió en una de las astrónomas más reconocidas del siglo XX.
“¡Ésta es la fotografía de Andrómeda con la que usted descubrió la materia oscura del Universo!”, exclamé.
“No, no, no, no… yo no descubrí la materia oscura”, replicó. “Yo observé que las galaxias giraban de una manera totalmente inesperada según las leyes de Newton y Kepler. Esto se interpretó como la primera evidencia de que la materia oscura existía, y continúa siendo la hipótesis más factible, pero también podría ser que arrastráramos un error fundamental en las ecuaciones que utilizamos para describir el movimiento de los cuerpos celestes….”

Vera Rubin es una mujer encantadora. A sus 80 años continúa investigando a diario en una institución científica donde todo el mundo la venera, y sorprendiéndose de que alguien pueda mirar al cielo nocturno sin sentir deseo por conocer la estructura del Universo.

La materia oscura del Universo
Cuando a mediados de los años 60 Vera Rubin empezó a medir la velocidad de rotación de las estrellas de la galaxia Andrómeda observó algo muy extraño: las situadas en los extremos giraban casi a la misma velocidad que las más internas. ¡Esto no tenía sentido! Las zonas centrales de la galaxias tenían una densidad de materia muy superior, y según las leyes fundamentales de la astrofísica, allí las estrellas deberían rotar mucho más rápido.
Su primera reacción fue pensar que las mediciones estaban equivocadas, o que Andrómeda tenía un comportamiento anómalo. Sin embargo, cuando analizó otras galaxias espirales y vio que en todas ocurría lo mismo (la velocidad de rotación de las estrellas no disminuía a medida que se alejaban del centro), se dio cuenta que algo importante no encajaba...
La publicación en 1970 de sus inequívocos resultados agitó a toda la comunidad cosmológica: si las estrellas en el exterior de las galaxias giraban a la misma velocidad que las centrales... eso implicaba que debían estar rodeadas de la misma densidad de materia! Pero... ¿qué materia? Los astrónomos continuaban viendo que las zonas externas estaban más vacías...

En los años 30 Fritz Zwicky ya había postulado que el universo podía estar plagado de una materia oscura desconocida que afectara al movimiento de las galaxias, pero los datos de Rubin fueron la prueba experimental de su existencia. Lo sorprendente del caso es que no se podía tratar sólo de planetas, meteoritos, u otros cuerpos que permanecían ocultos a los telescopios porque no emitían luz; la cantidad de materia requerida para que las observaciones de Rubin encajaran con las leyes físicas era de tal magnitud, que debía estar constituida por algún tipo de partícula absolutamente desconocida.

Desde entonces el análisis de clusters de galaxias y fenómenos como las lentes gravitacionales han confirmado que el 21% del Universo está formado por un tipo de materia totalmente diferente a la que conocemos, y cuya naturaleza continúa siendo un misterio.

“Me extraña mucho que en 40 años los físicos de partículas no hayan averiguado ya qué es esta materia oscura. Me resulta muy, muy extraño”, dijo Vera Rubin. “Pero parece que están cerca de conseguirlo, ¿no?. Lisa Randall en Harvard me explicó que sobre la energía oscura van perdidísimos, pero que para la materia oscura ya tienen muchos candidatos, y probablemente con el LHC podrán comprobar si está constituida por neutrinos, WIMP’s… o cualquier otro tipo de partícula…”, contesté.
La ventaja de conversar con alguien que ha vivido la historia de la ciencia en primera persona es que te puede responder “Eso llevan diciéndolo desde hace 30 años. Precisamente a principios de los 80 asistí a un congreso en Harvard donde dijeron que en 5 años lo sabrían con total seguridad. Lo mismo oí varias veces en los 90, también en el 2000, y hace unos meses aquí en Washington DC. Y continúan igual de perdidos. Vale la pena que entiendan qué es la materia oscura pronto, porque algunos científicos ya empiezan a desconfiar de que realmente exista, y buscan otras explicaciones a los fenómenos que observamos.”

Ciencia en primera persona
Me cuesta horrores recortar las dos horas que pasamos charlando sobre cómo ha cambiado la astronomía en los últimos 100 años, sobre la probable construcción de telescopios en la luna, sobre su doctorado con Gamov, sobre exoplanetas, y sobre su convicción de que existen civilizaciones inteligentes esparcidas por el Universo. “Nuestra galaxia tiene 200 mil millones de estrella, y sabemos que existen como mínimo 200 mil millones de galaxias. No importa de cuantas maneras quieras combinar los elementos químicos. Me sorprendería muchísimo que no hubiera seres parecidos a nosotros, y muchos otros tipos de vida, en un Cosmos tan descomunal”.

Tampoco puedo dejar de comentar alguna de sus anécdotas como mujer científica. Cuando Vera Rubin empezaba su carrera, en el telescopio californiano de Mount Wilson sólo aceptaban hombres con la excusa de que no había baño para mujeres. Ella pedía hora en nombre de su marido, también científico, y utilizaba el telescopio como si nada. Se ve que un día colgó un recorte de papel con figura de mujer en la puerta del cuarto de baño y dijo “Mirad! Ya hay servicios de mujeres!”.
También explica que su primer contacto con la revista Nature fue enviarles una carta al director quejándose de una oferta laboral que decía textualmente “las mujeres igualmente cualificadas recibirán un 20% menos que los hombres”. No la publicaron.
No niega que el machismo en ciencia haya mejorado muchísimo, pero recuerda que al inicio de su carrera pensaba que una vez jubilados los científicos machistas de 70 años, la nueva generación de jóvenes que empezaban a trabajar con mujeres tendrían una actitud completamente diferente. Y no fue así en absoluto.

Hay personas que te inspiran, y Vera Rubin sin duda es una de ellas.
Supongo que a tod@s os ha ocurrido que cuando conocéis a alguien “especial”, sentís la necesidad de contárselo a aquellos de vuestros amig@s que sabrán apreciarlo. Para mi es un lujo poder compartir en este blog la satisfacción de haber estado con alguien que en su octava década de vida continúa apasionándose por el conocimiento científico y es capaz de decirte de un tirón “en la primera década del siglo XX descubrimos que el universo se expandía, en los años 20 que nuestro sol no era el centro de la vía láctea, en los 30 que había galaxias fuera de la nuestra propia, en la década de los 40 y 50 aprendimos a interpretar las ondas que nos llegaban del espacio, en los 60 descubrimos la radiación de fondo de microondas, en los 70 la materia oscura, en los 80 vimos que en el centro de cada galaxia había un agujero negro, en los 90 llegó la energía oscura y la expansión acelerada del Universo, y esta primera década del siglo XXI está siendo la explosión de los planetas extrasolares. Ha sido un gran siglo, y no hay ninguna razón para imaginar que esto vaya a parar…”