Conferència de l'Astronòmica de Sabadell. Hans Ulrich, 4 de desembre de 2024
Introducció
Aquesta xerrada necessita una introducció especial i quina millor que les últimes paraules de la xerrada de Charlie Chaplin en la seva èpica pel·lícula 'El Gran Dictador' de l'any 1940: "Vam lluitar per a un món en què la ciència i la raó ens guiïn a la recerca de la felicitat". Vivim en un moment de la història en què la fase d'il·luminació es vol revertir, i amb aquesta xerrada vull fer alguna cosa en contra.
Els negacionistes, els escèptics, els falsos profetes i tota aquesta gent, gràcies als moderns mitjans de comunicació tenen un gran altaveu. Avui dia qualsevol idiota amb la seva idiotesa té seguidors. Per a molta gent un vídeo a TikTok de Bolívia té més valor i credibilitat que el treball i les declaracions d'un catedràtic especialitzat. La pseudo-ciència o "fets alternatius" són presentats als mitjans de comunicació gairebé com una cosa rellevant. Com ha dit Christian Drosten, aquest mateix any: LA CIÈNCIA NO ÉS UNA OPINIÓ! Posar en dubte la ciència és una eina política dels ultra-liberals per destruir els estats com coneixem i valorem, i per això les paraules "soldats de la democràcia" de Charlie Chaplin semblen molt adequades.
Ciència vs Pseudo-ciència
Aquest és un model simplificat de com funciona la ciència, del mètode científic: Tenim una pregunta, es realitza una investigació o una observació més a fons, es construeix una hipòtesi. Aquesta hipòtesi s'ha de testejar amb experiments o amb observacions, i després analitzem els resultats. Si la nostra hipòtesi inicial és certa es publica el resultat, però si no és certa hem de seguir amb més investigació o acabar rebutjant-la.
Figura 1. Model simplificat de les etapes del mètode científic.
Els pseudocientífics, al contrari, tenen una persona, un profeta, que en un somni o en un moment de lucidesa, surt de l'esfera de la ignorància en què vivim nosaltres, i ell veu la veritat absoluta i ens l'explica a la resta de mortals. I us en poso un exemple: Rudolf Steiner, el 1905, va fundar l'"Antroposophia" que va il·luminar la humanitat només amb la seva intuïció.
Sempre que faig una xerrada vull agrair el suport de la gent que paguen impostos perquè la ciència té un preu, i vull convèncer-los que la ciència també té valor. Utilitzant qüestions de l'astrofísica vull explicar el complicat i de vegades laberíntic que pot ser el camí per respondre qüestions fonamentals com: El nostre Sol és una estrella? o Com funcionen les estrelles? I vull fer-ho sense xifres.
Què fa un astrònom?
Si parlem de l'astronomia, molta gent té idees molt rares sobre la nostra feina. A l’Edat Mitjana i al Renaixement, la gent pensava que l'astrònom perdia la seva ment perquè el que feia era trobar la voluntat del déu.
Sabem què fa uns 20.000 anys o més, els nostres ancestres van descobrir i observar els ritmes al cel, d'una forma totalment observacional. Lamentablement no tenim proves escrites, però sí evidències arqueològiques. Per exemple, aquesta foto (figura 2) va ser presa des d'un cim a la selva negra mirant en direcció a França i a una distància de 70 quilòmetres de la muntanya. Veiem la posta del Sol en el dia de l'equinocci, moment en el qual comença l'estiu o la tardor.
Figura 2. Posta de Sol.
Després es va inventar l'escriptura i de seguida trobem textos d'astronomia. Per exemple, a Babilònia, el 1700 aC un astrònom va escriure una tauleta sobre 21 anys d'observacions de Venus. Ja sabien que hi ha una repetició de la posició de Venus al firmament cada 584 dies. També feien servir pedres per marcar el límit dels imperis i en trobem una amb motius astronòmics, cosa que indicava que aquest coneixement era molt important per a ells (figura 3).
Figura 3. Apunts de les observacions de Venus (esquerra) i pedra per marcar el límit de l'imperi.
En aquells primers anys l'astronomia era un element imprescindible per governar. Com sabem, tots els déus viuen al cel, i totes les jerarquies, les monarquies, les dictadures i dinasties que hi ha fins avui dia, existeixen gràcies a Déu. Si els monarques no entenien el que passava al cel, es podia perdre ràpidament el control sobre els plebeus.
L'astronomia també serveix per a coses pràctiques importants com les dates de la sembra i la collita, per fer mapes, per a la navegació, per elaborar calendaris, etc, lamentablement, també serveix per a l'astrologia.
Aquest disc (figura 4), anomenat el disc de Nebra, és un disc de bronze trobat al nord d'Alemanya i datat de l'any 1000 aC. És el resultat del comerç entre Europa Central i el Medi Orient, Mesopotàmia per ser més precisos. I aquest disc ha servit per a coses pràctiques: per saber les dates de la sembra i la collita, però també per establir un calendari. Tanmateix, els astròlegs van arribar i van modificar el disc posant la barca del Sol. Segons la mitologia la barca era necessària per transportar el Sol a l'altre costat de la Terra durant la nit. És a dir, amb el temps el coneixement astronòmic es va perdre i van utilitzar aquest disc per a fins astrològics.
Figura 4. Disc de Nebra
Els anomenats reis mags de la Bíblia no eren reis, sinó astròlegs de Babilònia. I en aquells anys es pagava molt bé als astròlegs i eren tan rics que la gent pensava que eren reis. Podem imaginar-nos el poder que tenia l'astrologia. L'astrologia que tenim avui dia prové de Babilònia.
Els grecs van iniciar l'astrofísica uns 300-200 anys aC i ja es van fer algunes de les preguntes essencials i lògiques: Quina és la distància a la Lluna i al Sol? Com podem descriure sistemàticament els moviments al cel? Què passa quan hi ha un eclipsi solar o lunar? Quina és la font d'energia del Sol? La resposta a aquesta última pregunta arribaria gairebé 2.000 anys després
Aristarc de Samos (310-230 aC) en el seu temps va ser un veritable revolucionari. Va postular les següents idees:
- El cel no es mou, sinó que és la Terra que va fent revolucions.
- El Sol i les estrelles són iguals. Les estrelles estan situades només una mica més lluny. Aquesta hipòtesi va necessitar gairebé altres 2.000 anys per ser confirmada.
- El Sol i no la Terra és el centre de l'univers. Uns 1.700 anys després, l'església de Roma va continuar amenaçant els astrònoms amb la foguera per això.
- El Sol i la Lluna semblen tenir el mateix diàmetre, però les seves observacions durant els eclipsis lunars indicaven que el sol està 30 vegades més lluny, això vol dir que com a mínim és 30 vegades més gran.
- Observant eclipsis lunars va deduir que la Terra és 4 vegades més gran que la Lluna.
És impressionant que, en aquesta fase, el pensament ja estigués tan avançat.
Un altre gran astrònom grec va ser Eratòstenes de Cirene (276-194 aC). No només va ser astrònom, sinó que també va ser escriptor, filòsof, historiador i cap de la Biblioteca d'Alexandria. Va fer un catàleg d'estrelles fixes, un assaig sobre la circumferència de la Terra i és el pare del calendari Julià, que va ser decretat a Egipte el 238 aC. per Ptolemaios III i va ser introduït per a l'imperi Romà per Julio César en 47 aC. Aquest calendari va estar en vigor a l'occident catòlic fins al segle XVI i al món cristià ortodox fins avui dia, és a dir, 2250 anys després.
Eratòstenes sabia que, a la ciutat egípcia d'Assuan, hi havia un pou en què, durant el solstici, el sol es veia en el fons i es podia veure el seu reflex. És a dir, el sol estava exactament el migdia damunt d'aquest pou. I en el mateix moment a Alexandria, hi havia un obelisc i es podia veure una mica d'ombra. Això només podia ocórrer si la Terra no era plana, si era una esfera, i coneixent la distància entre les dues ciutats, va poder calcular el radi terrestre. Com va poder saber la distància entre les dues ciutats? Hi havia senyors que s'anomenaven contapassos, que feien servir rodes i calculaven les distàncies entre les diferents ciutats de l'Imperi d'Alexandre Magne, i per això se sabia que aquesta distància era de 225 mil estadis, el que passa és que no sabem exactament a què equivalia un estadi.
Figura 5. Primer intent de càlcul de la circumferència de la Terra.
Després dels grecs, durant més de mil anys no va passar gairebé res. Ptolemeu (150 dC.) va escriure uns llibres on va recopilar tot el coneixement astronòmic del seu temps, i gràcies als àrabs aquests coneixements es van conservar. Per al Vaticà aquests llibres eren la veritat i qualsevol dubte era un sacrilegi.
D'altra banda, Ptolemeu també va escriure llibres en els quals transmetia els "coneixements" babilònics de l'astrologia, i és un dels culpables que l'astrologia hagi sobreviscut fins al segle XV.
Al segle XV, gràcies als portuguesos i altres navegants, es va produir un renaixement de l'astronomia com a ciència. Els portuguesos van descobrir com arribar a l’Índia i Colón va trobar el Carib. Els portuguesos i espanyols es van repartir el món en el tractat de Tordesillas de 1494. Podem veure un mapa de l'època (figura 6) però que és només orientatiu ja que ningú sabia calcular distàncies més enllà de l'Atlàntic. Era molt fàcil mesurar distàncies de nord a sud, però molt difícil d'est a oest, i per això els astrònoms van invertir molt per solucionar aquest problema.
Figura 6. Primer mapa elaborat a l'època.
Uraniborg era un dels exemples dels palaus de la ciència de l'època, construït per Tycho Brahe a Dinamarca. Per construir-lo va gastar el 10% del pressupost anual danès, cosa que va generar molta enveja. Quan el seu mecenes, el rei Federic II, va morir, Brahe va ser expulsat de seguida del país. Va viatjar fins a Praga on es va trobar amb Johannes Kepler, l'últim astrònom que també va treballar com a astròleg. Brahe havia fet observacions de Mart durant 30 anys, i quan va morir, aquestes observacions van passar a mans de Kepler, qui va publicar les primeres taules celestes fiables en molts anys, les 'Tabulae Rudolphinae'. Era la primera vegada que algú podia explicar i calcular amb alta precisió les posicions dels planetes.
El 1608, als Països Baixos, el senyor Lippershey va construir el primer telescopi. Dos anys després, Galileo Galilei va construir una còpia del telescopi de Lippershey, i va ser el primer científic que va dirigir un telescopi cap al cel. L'any 1610, observant Júpiter, va descobrir quatre petites 'estrelles' que acompanyaven aquest planeta, a les quals va batejar com a 'estrelles Medici', en honor al seu mecenes. I en observar-les durant molts dies va descobrir un mini sistema solar al voltant de Júpiter. Les quatre 'estrelles Medici' circulaven amb una regularitat extraordinària, superant els millors rellotges del seu temps.
Amb aquest descobriment, Galileu va fer enemics al Vaticà perquè ara hi havia una evidència que el Sol era el centre de l'Univers i no la Terra, però també va fer amics, els mariners, que van veure en aquest rellotge del cel una oportunitat per calcular el temps amb fiabilitat, i d'aquesta manera saber en quina longitud estaven.
Figura 7. Lippershey amb el seu telescopi.
En aquesta època els navegants tenien el greu problema de no saber calcular la longitud en la qual es trobaven, per a això necessitaven rellotges fiables que encara no existien. No saber la longitud en alta mar, pot ser molt tràgic. Per exemple, el 1641 uns pirates d'Anglaterra van perdre la meitat de la tripulació perquè no sabien on eren i es van quedar sense aigua, o el 1707 la marina britànica va perdre 21 vaixells de guerra i 1450 mariners a la Manxa en naufragar per error en la longitud. Per això, molts governs van oferir premis per a qui trobés la solució. El British Parliament el 1714 va arribar a oferir dos milions de lliures per a la solució d'aquest problema, que era entre el 10-20% del pressupost anual del país. Per això, tot Europa es va posar a treballar en aquest tema.
L'any 1670, Romer, estudiant els eclipsis del satèl·lit Io amb Júpiter, va descobrir que la llum no té una velocitat infinita, i va ser capaç de calcular-la, cosa que va suposar una altra gran revolució. Cal tenir en compte que gairebé tots els científics i filòsofs hi estaven en contra. És important també recordar que, fins a la revolució francesa, totes les universitats a Europa tenien només quatre facultats, que en ordre d'importància era: teologia, medicina, jurisprudència i filosofia. No era fàcil arribar amb nous descobriments de física o d'astronomia. Només després de 50 anys i altres proves, la velocitat de llum va ser acceptada per gairebé tots.
Fins aquest moment de la xerrada, al segle XVII, ja es coneixien moltes coses, però encara no se sabia on es trobaven les estrelles (a quina distància), ni quina era la font d'energia del Sol, ni l'edat de les estrelles, ni com era la seva vida.
El problema de la longitud i la seva solució amb les posicions dels satèl·lits de Júpiter funcionava molt bé a terra ferma, però no en un vaixell. Per això la solució no va arribar de la mà dels astrònoms, sinó d'un rellotger autodidacta, cosa que va provocar molt enuig i enveja per part dels astrònoms.
L'any 1838, Friedrich Wilhelm Bessel va mesurar la primera distància d'una estrella. Per a això va utilitzar una idea de Galileu: el mètode del paral·laxi. Bessel va estudiar molt bé els catàlegs estel·lars per trobar les estrelles més properes, i va triar l'estrella 61 Cyg, va aplicar aquest mètode, va mesurar l'angle del paral·lel i va calcular la seva distància. Va trobar una distància enorme. Era tan enorme que el mateix Bessel es va inventar la unitat de mesura de l'any llum, així la llum d'aquesta estrella tardava 10,28 anys a arribar fins a nosaltres.
Podem reprendre la pregunta de si el Sol i les estrelles són animals similars. Si agafem el Sol i el situem a la distància de 61 Cyg, es veuria unes 10 vegades més brillant que aquesta estrella. En conclusió, el Sol produeix la mateixa energia que les estrelles, per tant, el Sol i les estrelles poden ser exactament el mateix, però encara no se sabia.
Les estrelles tenen colors? La resposta és que sí. I per a què serveixen aquests colors? Els colors ens diuen quina és la temperatura de la superfície d'una estrella, és la manera per mesurar la seva temperatura. Per exemple, us ensenyo una fotografia de l'estrella μ Cephei (figura 8), que rep el títol d'estrella granat a causa del seu intens color vermell, especialment si se l'observa a través de prismàtics o telescopis petits.
Figura 8. μ Cephei
D'on ve l'energia de les estrelles? El 1874, el jove alemany Max Planck estava buscant una especialitat per estudiar i consultant amb uns catedràtics li van dir que el coneixement de la física estava arribant a la seva fi i que només quedaven alguns detalls per descobrir, un dels quals era el concepte de l'energia. Planck, amb els seus descobriments, és considerat el pare de la física quàntica. Amb l'arribada de la quàntica i la relativitat, tota la física va canviar radicalment, per tant, cal vigilar amb les afirmacions del futur de la ciència que han fet de vegades els mateixos científics!
Hi ha una diferència fonamental entre l'astrofísica i altres ciències com la química o la biologia, perquè els astrofísics no podem fer experiments, no podem, per exemple, doblar el pes del Sol i veure el que passaria. I en aquest context, l'estadística juga un paper molt important.
Per saber més de les estrelles, dos astrofísics: Hertzsprung (1873-1967) i Russel (1877-1957) van fer servir l'estadística. Van elaborar un diagrama lluminositat-temperatura (figura 9), i van posar les estrelles conegudes en el diagrama, des de les més fredes amb 3.000 graus fins a les més calentes amb una mica més de 30.000 graus. La majoria d'estrelles van anar a parar a la diagonal, algunes a la part superior dreta i algunes a la part inferior esquerra. Calia saber el perquè!
Figura 9. Diagrama lluminositat-temperatura de les estrelles.
Encara no se sabia quina era la font d'energia de les estrelles. Aquest coneixement no va arribar de la mà de l'astronomia ni dels telescopis sinó de dos llocs inimaginables: els aparadors de la gent rica i la càmera fosca del físic francès Antoine Henri Becquerel.
A la gent rica li agradava tenir vidre d'urani, un material conegut des de l'època dels romans. Es tracta d'òxid d'urani i serveix per produir pintures, esmalts i vidres extravagants i extremadament fluorescents. Becquerel va voler entendre i explicar el secret de l'urani, i el 1896, totalment per casualitat, va trobar taques a les seves plaques fotogràfiques, tot i que no hi havia llum que hagués vetllat les plaques. Buscant la causa, es va adonar que l'havia provocat unes mostres d'urani properes.
La ironia és que Claude Félix Abel Niépce de Saint-Victor ja havia descobert entre 1857 i 1861 que els minerals d'Urani emetien uns "raigs invisibles" que destrossaven les plaques fotogràfiques, però era massa tímid per publicar el resultat.
Aquest descobriment va representar una veritable revolució. Va suposar el naixement de la física nuclear, i poc temps després ja estava clar que la desintegració radioactiva de l'urani era un procés que produïa energia gairebé 100 milions de vegades més potent que les reaccions químiques com la combustió del carbó. D'aquesta manera, a la dècada de 1920 ja es tenia el coneixement per entendre perquè brillava el Sol. Ara bé, mentre que la radioactivitat va ser un gran descobriment per a moltes ciències, l'astronomia no li va fer ni cas.
Tres grans físics: Hans Bethe, Friedrich von Weizsäcker i Rudolf Kippenhahn van descobrir que, per en alguns elements com el carbó, l'oxigen, fins i tot el ferro, no es produïen desintegracions, però sí fusions, que eren més potents que les desintegracions. Però, lamentablement, la fusió necessitava condicions molt extremes, de temperatura i pressió molt altes. I calculant les condicions que podia tenir el centre del Sol, es va veure que no s'arribava a aquestes condicions tan extremes, i que per tant la fusió no podia ser la font energètica del Sol.
Però aquests tres físics també van descobrir una altra cadena de reaccions nuclears que emprava el carboni, el nitrogen i l'oxigen com a catalitzadors (cadena CNO), i amb aquesta cadena ja era possible la fusió de l'hidrogen per formar heli al centre del Sol.
Faltava l'última etapa, descoberta per Rudolf Kippenhahn. El 1960 va tenir accés als ordinadors més avançats d'Alemanya i va començar a simular estrelles. Gràcies a la bomba nuclear, el coneixement en la física nuclear havia crescut enormement. Va poder explicar el diagrama HR i confirmar la relació entre la massa d'una estrella i la seva lluminositat, a més de calcular el camí de les estrelles en el diagrama i el cicle de vida de les estrelles (figura 10).
Figura 10. Evolució de les estrelles en el diagrama HR
Les estrelles neixen i se situen en la diagonal principal del diagrama HR. Quan s'esgota el seu hidrogen central es converteixen en gegants vermelles i van cap a la zona de les gegants. Exploten i es converteixen en nanes blanques, movent-se cap a la zona de les nanes.
En resum, hem fet un viatge de més de 2000 anys i hem respost la pregunta fonamental de perquè brilla el Sol, i hem confirmat també la hipòtesi que el Sol és una estrella. Recordant Charlie Chaplin, espero haver-vos convençut que el camí per arribar a solucions en la ciència pot ser llarg, amb moltes corbes i fatigós. La ciència no és una opinió i, tot i que de vegades els científics fan faltes, menteixen, són corruptes, etcètera, no hi ha espai per a pseudociències ni falsos profetes.
Col·loqui
Estem sols al firmament?
No ho sabem, però sí que sabem que hi ha una innombrable xifra de galàxies que contenen un innombrable nombre d'estrelles amb els seus planetes, i per tant hi ha molts llocs candidats a albergar vida. Per això estic absolutament segur que s'ha format vida com la del planeta Terra en molts llocs. El que no sabem és si aquesta vida és intel·ligent o no.
Com es retroalimenta l'energia de les estrelles?
No es retroalimenta. El que fan és fusionar elements lleugers en elements més pesants. Al final, qui guanya és la gravetat que acaba col·lapsant els centres estel·lars. Encara no sabem bé com es van formar les primeres estrelles que no tenien metalls.