domingo, 9 de junio de 2013

Encuentro cercanos


La aparición de un gran cometa es uno de los espectáculos más impresionantes que puede observar un ser humano. Estos hermosos astros que no son mas que una mezcla de rocas con hielo de agua despliegan sus magnificas formas al acercarse al sol, cuando la radiación solar sublima el hielo que contienen.

Pues bien, la tierra no es el único lugar donde se pueden observar con gran detalle la aparición de uno de estos cuerpos. Sin ir más lejos, el planeta Marte recibirá un encuentro cercano (tal vez muy cercano) con un cometa en octubre de 2014.

El visitante recibe el nombre de C/2013 A1 (Siding Spring), es un cometa procedente de la nube de Oort descubierto el pasado 3 de enero de 2013. El cometa pronto saltó a la fama, debido a que pasará muy cerca del planeta rojo el día 19 de octubre de 2014, es más, existía una pequeña posibilidad de que el cometa impacte contra la superficie marciana (cálculos más recientes han disminuido todavía más esta posibilidad). Actualmente se espera una aproximación al centro de Marte de 0,00074 UA, o sea unos 111.000 kilómetros. La velocidad relativa a la que el cometa pasará por Marte es de 56 km/s.

El tamaño del núcleo de este cometa esta aun indeterminado debido a la gran distancia a la que se encuentra, pero se estima un diámetro de aproximadamente 4 kilómetros.

El dia del encuentro, 19 de octubre de 2014, marte se encontrará a 60º del sol, visible en la constelación de Ofiuco, por lo que muchos observadores apuntaran sus telescopios al planeta rojo. La próxima sonda marciana de la NASA, MAVEN llegará un mes antes del encuentro, pero ya se encuentran en marte las sondas orbitadoras Mars Reconnaissance Orbiter, Mars Express, y Mars Odyssey.
MAVEN

Mars Reconnaissance Orbiter

Mars Express

Mars Odyssey

Y no pudemos olvidarnos de los exploradores superficiales Curiosity y Opportunity que probablemente sigan operativos para ese entonces.
Curiosity

Opportunity

No se considera que exista un peligro para estos exploradores robóticos, pues el cometa endría que acercarse mucho más a marte para ser una amenaza real, en cualquier caso se hará un seguimiento del cometa para afinar su trayectoria.


En cualquier caso será un evento digno de nuestra atención, uno de esos sucesos que no se repiten en mucho tiempo.

sábado, 8 de junio de 2013

Telescopios gravitacionales: La misión FOCAL


En una entrada anterior hablamos de los que son las lentes gravitatorias y como pueden ser usadas para la astronomía. Pero si bien estas lentes nos ayudan a ver más lejos, las mismas estan muy alejadas de nosotros y no podemos aprovechar su poder amplificador. Para aprovechar al máximo una lente gravitatoria debemos estar cerca de su foco o sea la region donde convergen rayos de luz de objetos distantes.
Lente gravitatoria
Pues una propuesta de sonda-telescopio espacial propone utilizar al solo como una lente gravitacional gigante para el estudio de todo, de la radiación de fondo cósmica hasta para el estudio de las superficies de los planetas extrasolares.

Objetivo: El punto focal del sol.

Nuestra meta debe ser alcanzar el punto focal del Sol. Aunque recibe este nombre, se trata más bien una esfera situada a partir de las 550 UA. Una nave localizada a esta distancia podría usar el Sol como lente gravitatoria para explorar las estrellas cercanas. Gracias a la relatividad general de Einstein, nuestra estrella se convertiría así en el telescopio espacial definitivo. En teoría, y con un telescopio lo suficientemente grande, seríamos capaces de ver hipotéticas ciudades en la superficie de un planeta alrededor de Alfa Centauri. 

En otras palabras tenemos en ell sol una lente de tal poder que ninguna tecnología razonable nunca podría duplicar o superar su poder.

Claro que en la realidad no sería tan sencillo. Las desviaciones de la forma esférica del Sol o la influencia de la atmósfera solar (cromosfera y corona) hacen que sea realmente complicado emplear el Sol como lente gravitatoria para observar en longitudes de onda visibles. Pero si usamos ondas de radio o microondas la cosa cambia.
Sonda focal empleando al sol como lente gravitatoria.

Ademas el problema disminuye al aumentar la distancia. El punto focal del Sol está a 550 UA, pero la línea focal se extiende hasta el infinito, es decir, la nave espacial se sigue moviendo hacia el exterior mientras continúa su programa de observación. por lo que alejarse hacia afuera es una buena idea, ya que disminuye progresivamente el problema de las distorsiones coronales solares.

Para ello se ha propuesto la misión espacial FOCAL. Esta podría ser una de las grandes misiones del siglo 21, una sonda telescopio enviada al punto focal del sol para aprovechar el efecto de lente gravitatoria. La idea es enviar una sonda equipada con un gran telescopio en dirección opuesta a la zona que se desea observar y el sol provee un aumento de 10^8 lo suficiente como para ver automóviles en un planeta situado en alfa centauro, y lo mejor de todo es que no es ciencia ficción.
Sonda FOCAL

El principal obstáculo al que nos enfrentamos es la enorme distancia al punto focal del sol, 550 UA . Una Unidad astronómica equivale a 150 millones de kilómetros por lo que el punto focal se halla a 82.500 millones de kilómetros, a la luz le toma 77 horas aproximadamente llegar a ese lugar.
Distancias logarítmicas al sol.

Nuestra nave más rápida, la voyager 1 se aleja del sol a una velocidad de 17 kilómetros por segundo, y en 35 años "apenas" ha alcanzado una distancia de 122 UA, por lo que aun le faltan otros 120 años para llegar al puntos focal del sol. Pero con nuestra tecnología es posible, con la suficiente inversión, viajar a velocidades de hasta 10 veces mayor que la voyager 1. 
Una combinación de reactores nucleares y motores iónicos podrían permitir alcanzar el punto focal del sol en un tiempo razonable.

Utilizando reactores nucleares que alimenten a un conjunto de motores iónicos de nueva generación es posible alcanzar una velocidad de más de 100 km por segundo o aproximadamente 20 UA por año, lo que permitiría llegar al punto focal en poco más de 27 años. Esta velocidad se alcanzaría tras dos años de funcionamiento ininterrumpido del sistema de propulsión. El reactor con los motores iónicos se separaría de la sonda tras cumplir con su misión. Durante el resto de viaje la sonda se alimentaría de reactores termoelectricos de radioisótopos.
En el trayecto al punto focal se podrá estudiar al cinturón de Kuiper, además de buscar indicios de la existencia de la nube de Oort 

Pero la ciencia no tiene que esperar a que se alcance el punto focal para empezar, pues existen numerosos objetivos secundarios para una sonda como esta. Por ejemplo, estudiar la heliosfera y el medio interestelar, además de medir el paralaje de las estrellas cercanas gracias a un telescopio equipado con un espejo primario de un metro de diámetro situado en una plataforma móvil, lo que permitiría calcular las distancias a las estrellas de nuestro vecindario galáctico de forma muy precisa. Otros objetivos serían buscar alguna evidencia de la existencia de la Nube de Oort o de algún cuerpo de masa planetaria situado a grandes distancias del Sol.


varias decadas despues del lanzamiento será necesario la instalación de un telescopio de por lo menos 10 metros para asegurar la comunicación a tan grandes distancias.
La comunicación con la nave a estas enormes distancias se garantizaría mediante una antena desplegable de 15 metros de diámetro, aunque también se estudia incorporar un láser de 10 W acoplado al telescopio de la sonda. Para poder recibir la debil señal de la sonda será necesario construir un telescopio de diez metros de diámetro en órbita terrestre. No obstante, la construcción de este telescopio sólo sería imprescindible décadas después del lanzamiento, cuando la sonda se encontrase realmente lejos.

Con el tiempo han surgido otros posible usos para esta sonda como la medición directa de helio 3, deuterio o litio 7 en el medio interestelar con el fin de poner límites a las modelos de nucleosíntesis tras el Big Bang, o el seguimiento preciso de la trayectoria de la sonda para detectar ondas gravitatorias y medir la energía oscura.
La radiación de fondo de microondas podría estudiarse con un detalle inimaginable mediante esta sonda.

Lo realmente interesante es que esta sonda u otra similar capaz de alcanzar el espacio profundos podría ser construida y lanzada con la tecnología actual. Quien sabe que podría revelarnos un instrumento de estas características, estamos ante una de las más grandes aventuras de la humanidad, y esta al alcance de nuestra tecnología. 

Lentes gravitatorias

Lentes gravitatorias

Es parte del sentido común pensar que la luz se mueve en linea recta, pues como sabemos desde la escuela es la distancia mínima entre dos puntos. 
Ejemplo de espacio plano

El recordado físico Albert Einstein propuso en su teoría de la relatividad general que la luz efectivamente sigue la trayectoria más corta, sin embargo, el espacio que recorre dicho rayo de luz no siempre es plano. Es posible encontrar situaciones en la que el espacio tenga curvatura.

La curvatura en el espacio se debe a la presencia de una gran cantidad de masa, un planeta, estrella, galaxia o cúmulo de galaxias originan esta curvatura cuyo efecto es mayor cuando más masiva sea la masa del objeto que la origina.


Planetas, estrellas y galaxias curvan el espacio a su alrededor.

Si el espacio que recorre un rayo de luz posee una curvatura (por ejemplo debido a la masa de una estrella) entonces la distancia más corta entre dos puntos sería una linea que se percibe como una curva. Esta trayectoria se llama geodésica. En geometría, la línea geodésica se define como la línea de mínima longitud que une dos puntos en una superficie dada, y está contenida en esta superficie. Generalmente hablamos de geodésicas en espacios curvados, y vienen a ser algo así como la linea recta entre las lineas curvas, es decir, la distancia más corta posible entre dos puntos.
Trayectorias geodésicas

Por ejemplo, la luz de una estrella lejana al pasar cerca al Sol sufre una pequeña desviación. Este efecto fue observado por primera vez durante un eclipse de 1919. Durante ese eclipse solar el astrónomo Arthur Eddington observó cómo se curvaba la trayectoria de la luz proveniente de estrellas distantes al pasar cerca del Sol, produciéndose un desplazamiento aparente de sus posiciones, lo que supuso además una comprobación experimental de la teoria de Einstein. 
Desvío en la trayectoria de la luz de una distante estrella observada durante un eclipse solar.

De forma similar, si un punto brillante lejano (por ejemplo un quasar), es observado cuando una gran masa (por ejemplo una galaxia) se interpone entre éste y el observador, la desviación de los rayos de luz generan un efecto lente. El resultado es que, justo como ocurre con una lente óptica, la luz se enfoca y el objeto se ve más brillante. También pueden aparecer imágenes múltiples del mismo objeto.


Ejemplos de lentes gravitatorias.

A este fenómeno lo llamamos lente gravitatoria. Las lentes gravitatorias pueden utilizarse para detectar la presencia de objetos masivos invisibles, tales como agujeros negros, la materia oscura e incluso planetas extrasolares ya que permite observar objetos muy débiles para nuestros instrumentos.
Lentes gravitatorias

Una gran ventaja de las lentes gravitacionales es que actúan en todo tipo de radiación electromagnética y no únicamente en luz visible. De hecho, este tipo de lentes carecen de aberración cromática, es decir, su efecto no depende de la longitud de onda de la luz sobre la que actúan, sino que es igual para todos los rangos del espectro electromagnético, sea éste óptico, infrarrojo, ultravioleta o cualquier otro. Esto permite poder analizar los objetos amplificados por la lente mediante las técnicas habituales de fotometría o espectroscopia astronómicas. Efectos de lentes gravitacionales han sido propuestos sobre la radiación de fondo de microondas y sobre algunas observaciones de radio y rayos x.


Tanto en luz visible, como en ondas de radio y ultravioleta, las lentes gravitatorias no discriminan ningún rango del espectro.

Ahora vayamos a lo más sorprendente, sus aplicaciones astronómicas. Estas lentes pueden utilizarse con un telescopio para obtener imagenes amplificadas de objetos lejanos, de esta manera somos capaces de detectar las galaxias más lejanas. Usando las tecnicas de micro-lentes gravitacionales (causadas por objetos de masas estelares) ya se han descubierto tres planetas, y se esperan descubrir más en el futuro. De hecho ya se ha descubierto un posible planeta en la galaxia de andromeda nuestro vecino galáctico de gran tamaño más próximo. El patrón de lentes se ajusta a una estrella con una compañera más pequeña que posee sólo 6 o 7 veces la masa de Júpiter.
Lente gravitatoria

A partir de la deformación de las fuentes de fondo se puede deducir la distribución de masa del objeto que hace de lente. Esto es especialmente útil en el caso de cúmulos de galaxias. Esta técnica tiene la ventaja de que es capaz de rastrear también la materia oscura.

En un próximo articulo hablaré de un proyecto que podría dejar obsoletos a todos nuestros telescopios actuales y futuros, utilizando el efecto de las lentes gravitatorias.