L'ASTRONÒMICA

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.

Conferència de l'Astronòmica de Sabadell. Rafael Clemente, 11 de desembre de 2024

Els qui més o menys heu seguit la meva trajectòria, sabeu que l'any 2019, coincidint amb el 50è aniversari de l'arribada a la Lluna, vaig publicar “Un pequeño pasa para un hombre”. Era un resum dels programes Mercury, Gemini i Apollo, fins a culminar amb l'arribada d'Armstrong al Mar de la Tranquil·litat. Al cap d'un parell d'anys, em vaig animar i em va semblar que, així com s'havia escrit molt sobre l'Apollo 11, no s'havia escrit pràcticament res –en castellà almenys– sobre la resta dels altres vols a la Lluna. Aquest va ser l'objectiu de publicar una segona part d'aquesta aventura i vaig escriure “Los otros vuelos  a la Luna”. Finalment, se'm va acudir que podíem substituir els astronautes pels seus enviats a l'espai, i així va néixer la idea d'escriure “Más allá de la Tierra”.

“Más allá de la Tierra” és una història dels robots que van prolongar els sentits i les sensacions de l'home més enllà de l'òrbita de la Lluna. La intenció va ser que, atès que no s'havia escrit pràcticament res en castellà, aquesta obra reunís d'alguna manera tot el que s'ha fet en termes d'exploració robòtica des dels seus primers intents, l'any 1959, fins ara. I, en fi, la intenció era fer una obra pràcticament enciclopèdica que presentés totes les missions, no només les més conegudes sinó aquelles que, per alguna raó, s'han oblidat d'alguna manera.

El llibre està estructurat per destins: l'exploració de Venus (la primera que es va fer), l'exploració de Mart, l'exploració de Mercuri, l'exploració dels planetes exteriors i al final dels petits cossos del sistema solar. Farem una rapidíssima visió del contingut del llibre.

Exploració de Venus

La Venera (figura 1) va ser un primer intent soviètic per llançar una sonda cap a Venus en un moment en què el programa soviètic era la sorpresa de Damasc. Pràcticament no tenien fallades, encertaven pràcticament en tot el que intentaven. Venera era una sonda massa ambiciosa que simplement va passar davant de Venus.

Figura 1. Sonda Venera, del programa soviètic.

Poc després es va llançar la Mariner 2 (figura 2). Aquest va ser el primer grandíssim èxit de la NASA en exploració interplanetària. Era una sonda derivada de les sondes lunars Rangers, que també va passar pel davant de Venus. En aquella època encara no es parlava d'aterrar, només es feien flyby, passades davant del planeta. Duia uns quants instruments, un dels quals era una paràbola, que era un radiòmetre amb unes antenes per detectar radiació infraroja.

En passar davant de Venus, la Mariner 2 va fer tres escombrades: sud-nord, nord-sud i sud-nord una altra vegada, cobrint tot el disc del planeta i mesurant la seva temperatura. En aquella època hi havia teories que parlaven que Venus, en ser un bessó de la Terra, seria gairebé un paradís tropical. Incús hi havia qui deia que potser fins i tot podin existir-hi dinosaures com a la terra primitiva. La Mariner va ser la primera sonda que va contribuir a desfer aquesta idea romàntica ja que la temperatura que va detectar era molt alta, d'uns 400-500º, cosa que impedia totes les teories que Venus fos una segona terra. En aquell moment es va dir que havia estat un error, que els mesuraments no eren correctes, però anys després, i gràcies a una sèrie de teories -una plantejada per Carl Sagan- es va començar a parlar de l'efecte hivernacle.

Figura 2. Sonda Mariner 2, de la NASA.

Les sondes soviètiques van començar a descarregar càpsules instrumentades (figura 3) a l'atmosfera de Venus. De fet, les primeres que es van enviar a Venus arribaven a terra, senzillament queien en paracaigudes i deixaven de transmetre molt abans d’aterrar. El que passava era que la càpsula era cuita i esclafada a mesura que s'anava introduint en una atmosfera molt calenta i densa, amb temperatures de l'ordre de 400-500°C a la superfície i pressions de l'ordre de 90-95 atmosferes.

Figura 3. Càpsula d'aterratge a la superfície de Venus de les sondes soviètiques

No obstant això, una de les sondes Venera sí que va arribar a terra de Venus i va aconseguir transmetre informació des d'allà. Va ser aleshores quan els soviètics van tenir una de les seves idees genials. Com que la càpsula es destruïa en baixar al llarg de diverses hores a través de l'atmosfera, i l'atmosfera era tan densa que pràcticament es podia assimilar a un líquid enormement dens, per què fer-la caure amb paracaigudes? Van utilitzar paracaigudes a 50 km d'alçada per realitzar una primera fase de frenada, i a aquella alçada senzillament es tallaven els cables dels paracaigudes i la càpsula queia a plom. Aquestes càpsules tenien una part esfèrica, estil batiscaf, sobre la qual hi havia un barret que era suficient per frenar la caiguda aprofitant simplement la viscositat de l'aire.

D'aquesta manera algunes Venera van aterrar a Venus sense paracaigudes, senzillament a plom, i gràcies a elles es van obtenir les primeres fotografies, primer en blanc i negre i després en color, del planeta bessó de la Terra. Són aquestes (figura 4), no n'hi ha més. A hores d'ara aquestes són totes les imatges que tenim del terra de Venus.

Figura 4 . Fotografies obtingudes de Venus per les sondes Venera.

Aquestes sondes utilitzaven un penetròmetre, un braç mecànic que es desplegava, es recolzava a terra i realitzava cops secs al terra per saber la seva cohesió.

Els russos són pràcticament els únics que han aterrat a Venus. Els americans també van llançar algunes sondes amb càpsules similars a les soviètiques, les Pionner Venus 1 i 2, pero com realment van poder estudiar el planeta va ser mitjançant radars. Venus està cobert per núvols, que no deixen espai en absolut per a la contemplació de la superfície, i l’única manera d’aconseguir una imatge de la geografia del planeta és utilitzant ones de ràdio.

A les imatges de radar es poden veure alguns doms volcànics, i també alguns impactes meteorítics amb l'ejecció de material al seu voltant. Les alçades que es veuen a les imatges per radar no són realistes perquè han estat obtingudes mitjançant síntesi per ordinador i estan exagerades verticalment. Gràcies a aquestes imatges es va aconseguir, al llarg dels mesos, compondre una imatge de la geografia de Venus.

Com a curiositat, l'Agrupació Astronòmica Internacional va decidir que als accidents de Venus se'ls donarien noms femenins, d'acord amb el nom propi de Venus com a planeta. Només hi ha una excepció, les muntanyes Maxwell. És l'únic home masculí que s'ha assignat a un accident de Venus en homenatge a Maxwell com a descobridor de la teoria de les ones electromagnètiques en què està basat el radar.

Posteriorment s'han llençat algunes sondes més. La Venus Express, per exemple, és una sonda europea que un cop en òrbita al voltant de Venus va fer una fotografia de la Terra des d'allà. Amb aquesta fotografia, se'n van analitzar les característiques espectrals de l’atmosfera terrestre i es va poder veure que podria suportar vida, ja que contenia aigua, ozó, diòxid de carboni, òxids de nitrogen, metà, i va ser probablement una de les primeres demostracions astronàutiques que al nostre planeta existeix vida.

Exploració de Mart 

Als anys 62-63, russos i americans es van ficar també a la carrera cap a Mart. La primera sonda soviètica que es va enviar a Mart, la Mars 1, va tenir més o menys la mateixa sort que la primera que es va enviar a Venus. La tecnologia no estava prou avançada i la sonda va passar simplement pel davant del planeta sense poder transmetre informació.

Figura 5 . A l'esquerra, Mart 1, la primera sonda soviètica enviada a Mart ia la dreta, Mariner 4, sonda enviada per la NASA.

L'any 1962, la NASA va llançar dues sondes, la Mariner 3 i la Mariner 4, cap a Mart. La Mariner 3 va fracassar, senzillament el coet es va desviar de la trajectòria a causa d'un error en una de les fórmules de guiatge, però la Mariner 4 va aconseguir passar davant de Mart fent 22 fotografies. Aquesta és la primera imatge que va tenir la humanitat de Mart (figura 6). Es rebia a 8 bits per segon, és a dir, a una lentitud exasperant, i es trigava hores en rebre una sola fotografia. I un cop rebuda la informació, havia d'anar als sistemes gràfics per imprimir-la al format fotogràfic. Els tècnics de Pasadena no van poder esperar i, a mesura que rebien la informació en forma de paper i dades impreses, es van dedicar a pintar-la amb llapissos de color sobre la pròpia impressora.

Figura 6 . Primera imatge obtinguda de Mart en blanc i negre.

La sonda més significativa en aquesta època heroica va ser la Mariner 9 (figura 7), la primera enviada a Mart per orbitar-lo i no només passar-hi, cosa que permetria fer fotografies durant molt més temps i centrar-se en diferents aspectes del planeta. Va arribar a Mart en un mal moment, ja que el planeta estava immers en una tempesta de pols global i no se'n veien detalls. Durant les primeres setmanes, la Mariner 9 va estar fent voltes intentant fotografiar alguna cosa sense aconseguir res més que imatges en gris, però a poc a poc la pols es va anar sedimentant i van començar a aparèixer petits detalls. Va aparèixer un accident que es va anomenar Nix Olímpica. Poc es podien imaginar l’encertat que era el nom perquè es tractava d'un volcà. No només van aparèixer volcans, sinó també traces. Algunes fotografies del Mariner 9 van descobrir formes que indicaven clarament la presència d'un corrent d'aigua que havia marcat el relleu en forma de dipòsits. Va ser el primer indici que a Mart, potser en el passat, hi havia hagut un clima humit amb grans quantitats d'aigua suficients per crear enormes inundacions i avingudes.

Figura 7 . Mariner 9, primera sonda enviada per orbitar Mart.

Mentre la Mariner 9 donava voltes, els russos van intentar fer un pas més, és a dir, aterrar. La primera nau que aterrà a Mart fou la Mars 3, una càpsula semblant a la Lluna 9, la primera sonda que aterrà a la Lluna. Era una càpsula amb quatre pètals que s'obrien per redreçar-se i tenia unes càmeres a la part superior per transmetre fotografies del paisatge . A la part inferior tenia un amortidor per evitar l'impacte. A més, duia una espècie de caixa gris, que va ser el primer intent soviètic d’enviar un rover a Mart, que es va anomenar Marschot (figura 8), pràcticament una caixa de sabates amb uns patins i unes bieles que en girar feien que els patins anessin fent passos i avançant a poc a poc.

La càpsula va aterrar suaument segons sembla, però potser per la tempesta de pols que en aquell moment regnava a Mart o pel que fos, va bolcar i només va tenir temps de transmetre unes poques línies de vídeo que corresponien al cel negre. Per descomptat, el Marschot mai no va arribar a funcionar.

Figura 8. Primer rover de Mart enviat pels soviètics.

Les sondes que sí que van ser un èxit van ser les Viking 1 i 2 (figura 9), enviades el 1976 per la NASA. Es van plantejar com un regal d’aniversari per al país, per la commemoració del 200 aniversari de la seva independència. A més, la primera havia d'aterrar el 4 de juliol. No va poder ser, es va endarrerir una mica, però les dues sondes van aterrar i van transmetre les primeres imatges properes del panorama del paisatge de Mart. Incloïen un braç que pretenia no només fer anàlisis químiques del sòl sinó biològics, a la recerca de signes de vida. metabolisme i respiració.

Figura 9. Viking 1 i 2.

Joan Oró va estar a l'equip d'anàlisi química i va donar el veredicte que allò que semblava una reacció positiva pel que feia a la detecció de vida, en realitat era una reacció purament abiòtica. Tenia raó perquè després s'ha vist que el sòl marcià és molt reactiu i en el moment que es deixa caure una mica de líquid es produeix una reacció d'oxigenació brutal.

Els russos van dirigir el seu interès cap a un altre objectiu, Fobos, un dels dos satèl·lits de Mart, en vista dels fracassos a l'exploració de Mart. La Unió Soviètica va tenir grandíssims èxits en l'exploració de Venus, però va ser un desastre en l'exploració de Mart. Contràriament, la NASA va tenir moments de màxima glòria explorant Mart i resultats molt menors amb l'exploració de Venus. Així doncs, els soviètics van enviar una sonda a Mart i una càpsula que havia d'aterrar a Fobos, però va perdre l'orientació a causa d'un error humà i no va aconseguir el seu objectiu.

Les sondes Viking van concloure l'època de l'exploració heroica de Mart. A partir d’aleshores la NASA va establir un sistema d'exploració molt més sistemàtica que va començar amb la Mars Climate Orbiter, una sonda destinada a estudis meteorològics del planeta, que mai no va arribar a funcionar. Aquesta va ser la famosa sonda que es va estavellar a Mart a causa d'un error d'unitats (li van passar correccions orbitals en peus enlloc de metres, cosa que va propiciar que es cremés a l'entrada de l'atmosfera marciana).

Després va venir l'època de la NASA que feia les coses més ràpides i barates. Van enviar a Mart el rover Sojourner, que va aterrar sobre el planeta a la brava, amb paracaigudes, retrocoets i uns enormes coixins de seguretat (figura 10).

Figura 10. Airbags del Sojourner.

El Sojourner va ser un robot molt petit, però va obrir pas a dos dels robots més simpàtics que ha llançat mai la NASA: l'Opportunity i l'Spirit (figura 11). Tot i que estaven pensats per treballar durant tres mesos, el primer va durar vuit anys. Va aterrar just a l'interior d'un petit cràter, i va recórrer 30 quilòmetres visitant el cràter Victòria i va acabar al cràter Endeavour, on l'acumulació de pols als panells solars li van impedir recollir prou energia i va morir. El Spirit va quedar atrapat en un parany de sorra després de diversos anys d'exploracions també.

Figura 11 . Rovers Opportunity i Spirit, de la NASA.

Europa també ha fet alguns intents d'explorar Mart, com ara el Beagle 2. Va ser un aterrador de construcció britànica, una càpsula que un cop a terra havia d'obrir-se i desplegar panells solars, antenes i un braç amb tots els instruments per analitzar l'atmosfera i el terra També portava una mena de bolígraf que mitjançant un contrapès havia de desplaçar-se per terra per anar provant la seva resistència en diferents punts. Hauria d'haver funcionat però no va funcionar. Senzillament el desplegament de tots aquests panells no es va realitzar. L’antena i els panells solars van quedar dins la carcassa i el Beagle-2 va morir.

I una altra de les sondes que formen part de la història de l'exploració marciana va ser la Phoenix, un aterrador de la NASA destinat a estudiar el sòl marcià a la zona dels casquets polars. Com a curiositat, la Mars Reconnaissance Orbiter va fotografiar el descens en paracaigudes de la Phoenix (figura 12).

Figura 12. Sonda Phoenix baixant cap a la superfície de Mart.

Els dos darrers rovers llançats per la NASA a Mart han estat el Curiosity i el Perseverance. Com que pesaven més d'una tona era impossible fer-los caure amb el sistema tradicional de coixins de seguretat, així que es va idear un nou mètode de descens i caiguda, amb una grua volant.

Un altre projecte de la NASA va ser l'InSight, una sonda estàtica que pretenia fer estudis geològics, concretament sísmics i de transmissió de calor des del nucli del planeta. Només portava dos aparells a bord i un braç per posar-los a terra. El braç servia per dipositar el sismòmetre a terra i cobrir-lo amb una capa esfèrica per evitar que el vent introduís vibracions anòmales. També tenia una mena de torreta de perforació que havia de penetrar diversos metres cap avall. Era un trepant que a base de percussió pretenia introduir un termòmetre a terra per estudiar el flux tèrmic del planeta. El sismòmetre va funcionar però el ratolí no.  

Aquí tenim una fotografia de Deimos (figura 13). L'interès és que aquesta fotografia no és ni russa ni americana, sinó que està feta per la sonda Al-Hamal, fabricada sota el finançament d'Emirats. Aquesta sonda continua orbitant Mart i no deixa de ser significatiu que països amb poca tradició en indústria espacial s'hagin decidit a utilitzar Mart com a excusa per promoure vocacions, promoure l'interès dels joves.

Figura 13. Fotografia feta per la sonda Al Hamal de Deimos, un satèl·lit de Mart.

La sonda xinesa Tianguang és probablement la missió més reeixida que s'ha produït a l'exploració de Mart. És l'única que ha reunit en un sol llançament un orbitador, un aterrador i un rover. No només això, sinó que també ha inclòs una sèrie de càmeres fotogràfiques que es van llançar una vegada en òrbita per fer-se un selfie a si mateix (figura 14).

Figura 14. Selfie de la sonda xinesa Tianguang amb Mart de fons

Els èxits que ha tingut la República Popular de la Xina en l'exploració tant de la Lluna com de Mart mitjançant sistemes robòtics són increïbles, pràcticament no han tingut fracassos. No és que no els hagin anunciat, és que no n’ha tingut. Això fa suposar que el proper intent que facin per tornar a la Lluna, enlloc d’enviar-hi robots hi enviaran persones. Si la NASA no es posa les piles amb una pressa enorme, no està clar qui tornarà a la Lluna abans.

Exploració de Mercuri

Les primeres fotografies que es van obtenir de Mercuri van ser gràcies a la sonda Mariner 10 de la NASA. Posteriorment, ningú més va tornar a Mercuri fins a la Messenger, les càmeres fotogràfiques de la qual van transmetre fotografies molt detallades de la superfície.

La badia de Caloris és el punt més càlid del Sistema Solar. Mercuri segueix una combinació de moviments de rotació i de translació que fan que aquest punt de la seva superfície estigui directament sota el Sol en passar pel periheli, a la següent òrbita aquest punt estigui a la part més allunyada, i a la següent torni a estar al punt subsolar. Amb això, aquí es donen, probablement, les temperatures més altes i també les més baixes del Sistema Solar.

La sonda Voyager, quan ja estava molt allunyada, va fer una sèrie de fotografies panoràmiques en què es veien tots o pràcticament tots els planetes del Sistema Solar (figura 15).

Figura 15. Fotografies panoràmiques de tots els planetes del sistema solar.

Exploració dels planetes exteriors

Les dues sondes Pioneer es van llençar cap a Júpiter i Saturn i van transmetre les primeres fotografies d'aquests planetes. No eren fotografies obtingudes per càmeres, sinó simplement per un fotòmetre que explorava Júpiter a franges, produint fotografies deformades com un ou (figura 16), i mitjançant tractament gràfic es van aconseguir les primeres imatges a color del planeta (figura 16).

Figura 16. Fotografies de Júpiter obtingudes per la sonda Pioneer, abans i després del tractament

Aquestes primeres imatges van ser extraordinàries, però les que va aconseguir la següent generació de naus, com les Voyager, encara ho van ser més. Us mostro una fotografia de Saturn obtinguda per la Pioneer 10 i per la Voyager (figura 17) per poder-les comparar. Fixeu-vos en la diferència de qualitat.

Figura 17. Saturn fotografiat pel Pionner 10 (esquerra) i fotografiat per la Voyager (dreta).

Després de les Voyager va venir Galileu. Aquesta sonda va haver de superar moltíssims problemes, entre d'altres que no es va desplegar la seva antena principal i per això els tècnics van haver d'utilitzar les antenes de baix guany per transmetre totes les imatges i les dades. Les gestes que van aconseguir els informàtics per comprimir tota aquesta informació en uns paquets mínims i poder-los transmetre a través del poquíssim ample de banda que tenien, és una altra de les llegendes de la NASA.

Per contra, la següent sonda que es va llançar cap a Saturn, la Cassini, va funcionar perfectament. És un altre dels grans èxits de la NASA. Duia una espècie de paella blanca que era la sonda d’aterratge Huygens, que aterrà a Tità. Aquest satèl·lit de Saturn té atmosfera, vent, rius, llacs, dunes i fins i tot unes illes màgiques a la vora d'un dels petits llacs de metà que apareixen i desapareixen de tant en tant. A Tità, l’atmosfera és tan densa que un astronauta podria caminar-hi gairebé amb mànigues de camisa, amb un bon abric, per suposat. Tità, juntament amb Europa i Encèlad són els tres grans objectius on potser algun dia es cercarà i es trobaran signes de vida.

La sonda Juno en aquest moment segueix girant al voltant de Júpiter i transmetent fotografies de la superfície, dels núvols de Júpiter i ocasionalment també dels seus satèl·lits.

Exploració dels cossos menors

La sonda New Horizons es va enviar per a l'estudi de Plutó i el seu satèl·lit Caront. No només va fotografiar Plutó i Caront, sinó que també va fotografiar Nix, un dels petits satèl·lits que giren al voltant de Plutó, dels cinc que té. I després de passar per Plutó va continuar el viatge per visitar Arrokoth, el cos del sistema solar més llunyà visitat mai per una sonda fins avui dia. Aquesta trobada va durar exactament un segon.

Ceres és un altre planeta nan cap on es va enviar la sonda Dawn, que va estudiar aquest planeta nan, havent passat abans per Vesta. Aquest asteroide té el volcà més alt del sistema solar per un marge d'1 km, que es diu Rea Silva.

Exploració de cometes

I finalment hem de parlar de l'exploració dels cometes. La sonda Rosetta va fotografiar el cometa Gerasimenko. Hi va deixar anar també una sonda d'aterratge perquè es posés a la superfície, però li va fallar el sistema. I com era de témer, la sonda va rebotar en la baixa gravetat del cometa i va anar a parar en una esquerda. Els tècnics de l'ESA es van dedicar durant mesos a fotografiar i analitzar pam a pam tot el cometa que, encara que sembli un cos petit, té uns quants quilòmetres de diàmetre, fins que van trobar la sonda.

Tant japonesos com americans, han llançat sondes de recollida de mostres cap a altres asteroides. Una de les més recents ha estat Osiris-Rex que va ser enviada a l'asteroide Bennu, i que va tornar amb una collita de regòlit en quantitats industrials, molt superior a la que s’esperaven, perquè la major part d'asteroides que s'han visitat fins ara són com muntanyes d'escombraries que es mantenen unides simplement per la seva pròpia gravetat.

Dimorphos va ser el blanc utilitzat a l'experiment de redireccionament d'un asteroide, que potser algun dia servirà per salvar la Terra d'una catàstrofe, però de moment es va fer a petita escala. Es va llançar una sonda cap a aquest asteroide, que és un satèl·lit d'un altre asteroide. El principal és Dídimos i el satèl·lit es va batejar com a Dimorphos. La sonda que va impactar pesava al voltant d'una tona i la van fer impactar a contramarxa per maximitzar l'impacte. Finalment, el resultat de l'impacte va tenir més conseqüència del que s'havia suposat. Va ser la primera vegada que l'home va aconseguir moure un cos celeste, encara que fos poquet.

Col·loqui

Quins serien els principals projectes o missions que hi ha previstos en el futur?
Rússia no ha anunciat gaires plans. En el cas dels Estats Units hi ha almenys dues missions en projecte, la Psyche i la de les llunes gelades de Júpiter, exactament la d'Encèlad. Són viatges molt llargs que tenen la data d'arribada cap el 2030. Xina està concentrada en l'exploració humana de la Lluna. La Índia també vol enviar alguna nau cap a Mart. A més hi ha el programa Da Vinci, que és una exploració de Venus, amb una càpsula d'aterratge americana, i BepiColombo, que arribarà a Mercuri aviat.

Veurem més llançaments de la SLS?
Tot i que el SLS no està directament relacionat amb l'exploració planetària, és el supercoet per impulsar la càpsula Artemis cap a la Lluna. És un coet l'època del qual ha passat, ja que es va dissenyar fa 15 anys en unes circumstàncies diferents, i en aquests 15 anys l'aparició de SpaceX i els coets recuperables, ha deixat obsolet pràcticament l'SLS, que no deixa de ser un successor car del Saturn 5 i, a més, no recuperable.

Què hi ha més interès en explorar: la Lluna o Mart?
L'interès per explorar Mart és purament científic, ara com ara, excepte el fet que per a Musk s'ha convertit en una obsessió convertir la humanitat en una espècie multiplanetària. Però des del punt de vista pràctic, l'interès comercial, que és el que compta en aquest moment, és la Lluna, i més concretament les regions polars, sobretot el Pol Sud, per veure si és factible l'explotació de l'aigua que hi pot haver allà, probablement el recurs més valuós que amaga la Lluna a curt termini.

Conferència de l'Astronòmica de Sabadell. Montse Campàs, 18 de desembre de 2024

Què és un cometa?

La paraula cometa ve del grec cometes, que significa astre amb cabellera. Són cossos menors que poden mesurar des de pocs metres fins a molts quilòmetres de diàmetre i estan compostos bàsicament de gel i silicats.

Figura 1 . Morfologia d'un cometa.

Les òrbites dels cometes normalment són molt allargades i els porten a passar la major part del temps en zones allunyades del Sol, on fa molt de fred. Però quan s'acosten a l'astre rei s'escalfen i el gel se sublima. Aquest gas que s'escapa del nucli sòlid del cometa arrossega amb ell partícules, creant la coma del cometa. Després el sol pentina aquesta coma amb el seu vent solar i apareixen una cua, que pot ser molt gran i majestuosa o força simple.

Figura 2 . Òrbita d'un cometa.

Se sol dir que els cometes són els objectes més foscos del sistema solar. Per això el nom que els donen de boles de gel brutes, perquè tenen un albedo similar al del carbó. Són objectes molt foscos, encara que no ho semblin.

Els nuclis cometaris estan formats bàsicament per, més o menys, un 25% de silicats, pols, roques, un 50% de gel i aigua, i la resta serien substàncies com amoníac, diòxid de carboni, monòxid de carboni, metà, i un enorme nombre de molècules complexes. Hi ha una teoria que diu que el nucli és com un conglomerat, han xocat diversos objectes a baixes velocitats i s'han anat unint, el que explicaria també la porositat i la baixa densitat dels nuclis cometaris en general. I hi ha una altra teoria que diu que són com cebes, és a dir, que tenen moltes capes, i quan se'n fractura una deixa escapar els volàtils que hi ha per sota, de vegades fent veritables esclats.

Figura 3 . Teories del nucli com si fos un conglomerat (esquerra) i com si fos una ceba (dreta).

Últimament ha sortit un nou estudi del cometa 67P, que va ser visitat per la sonda Rosetta, publicat a la revista Science, el qual recupera la idea que els cometes són possibles contribuïdors a omplir d'aigua el nostre planeta. L'origen de l'aigua del nostre planeta és objecte de debat des de fa molt de temps. Es pensa que, al principi, la Terra estava completament seca, però a partir d'explosions volcàniques va sortir vapor d'aigua que es va condensar, però no pas en la gran quantitat que tenim. Per això s’analitza tant i es busquen els components d'aquesta aigua. L'hidrogen es pot presentar en forma de tres isòtops diferents: l'hidrogen normal que no té cap neutró al nucli, el deuteri que té un neutró i el triti que té dos neutrons (figura 4).

Figura 4 . Els tres isòtops que presenta l'hidrogen a la natura.

Si analitzem l‟aigua de la Terra, es presenta com una barreja d‟isòtops, en una proporció molt determinada. Les primeres anàlisis del cometa 67P van trobar que el material que envoltava el cometa tenia una proporció massa alta de deuteri versus hidrogen normal per ajustar-se al que seria l'aigua a la Terra. Però ara aquest nou estudi que ha sortit publicat diu que el mantell que envolta el cometa no és representatiu de la composició del seu nucli, i noves anàlisis més properes al nucli han donat una proporció de deuteri versus hidrogen molt més propera al que podem trobar aquí a la Terra.

Tipus de cometes

Els diferents tipus de cometes són els següents:

· Cometes amb període curt o de la família de Júpiter: tenen un període orbital menor de 20 anys i orbites amb prou feines inclinades respecte de l'eclíptica.
· Cometes tipus Halley: les òrbites més allargades i períodes de desenes d'anys i inclinacions que poden ser molt grans.
· Cometes amb llarg període: tenen òrbites allargadíssimes que van des de milers d'anys fins a objectes que han passat per les rodalies del Sol una única vegada des que els orígens del sistema solar.
· Cometes interestel·lars: només en tenim un de conegut, el 21 Borissov .

I jo afegiria també els cometes “bèsties estranyes”, que no podem classificar.

El cometa 21 Borissov va ser descobert per un astrònom aficionat, Borissov, amb el seu telescopi de 0,65 metres ubicat a Crimea. El novembre de 2019, els astrònoms de la Universitat de Yale van dir que el cometa, inclòs el seu coma i la seva cua, tenia 14 vegades la mida de la Terra.

Figura 5 . Cometa 21 Borissov .

Les bèsties rares són asteroides que en realitat són cometes. Això va passar, per exemple, amb l'objecte 2004TU12, descobert com un asteroide, i un dia fent un seguiment rutinari, li va sortir cua. Però va desaparèixer aquesta cua i de moment va passar a ser el cometa 162P, un cometa periòdic (figura 6). En canvi, el cometa P/2010 A2, se'l va descobrir amb cua, però aquesta cua sí que va desaparèixer i mai més s’ha vist. Aleshores, què és un cometa, un asteroide? De moment està catalogat com a cometa, però és una bèstia rara. A més, alguns objectes transneptunians o centaures com Eride o Sedna són una barreja entre cometa i asteroide perquè quan s'aproximen una mica al Sol els surt cua. Jo els classifico també com a cometes rars.

Figura 6 . Cometa 2004TU12, des de l'observatori Montcabrer .

Cometes observats per nosaltres

Fa 24 anys que observem cometes des del nostre observatori Montcabrer, anomenat així perquè es troba al vessant de la muntanya de Montcabrer (Cabrils). D’aquests cometes n’hem pogut observar alguns que es trencaven, altres que desapareixien, altres que esclataven, també hem observat cometes visitats per sondes, cometes interestel·lars i cometes fotogènics.

Cometes trencats

El desembre del 2001 vam tenir la sort de captar com es trencava el cometa 51P. A la imatge es poden veure dos trossos del cometa (figura 7). El 2005 es van trencar diversos cometes: el 2004 V5, el 2005 K2, el 2005 A1 i el 101 P. I el 2006 el cometa 73 P també es va trencar en mil trossets.

Figura 7. Cometa 51P

 Cometes desintegrats

El cometa 2004 S1 va ser un cas molt curiós perquè nosaltres vam obtenir imatges d'aquest cometa, cada dia més feble, fins que un dia ja era un esborrall immedible. S'havia desintegrat (figura 8).

Figura 8 . Seqüència d'imatges del cometa 2004 S1.

Vam rebre un missatge de l'astrònom Zdenek Sekanina que estava fent el seguiment d'aquest cometa perquè ja havia vist que s'estava trencant i ens va demanar imatges pel seu estudi. Els hi vam passar i apareixem a l’article que va fer.

Cometes en esclat

 Del cometa ascensor 29P tenim mesures des del 2001 fins ara. L'anomenem ascensor perquè ha tingut molts esclats (figura 9). Hi ha més de 20.000 mesures d’aquest cometa que s’han utilitzat per fer molts treballs i també per a estudiar com es mou, quin és el seu període de rotació i perquè té aquests esclats.

Figura 9 . Mesures de la magnitud del cometa 29 P al llarg dels anys.

Vaig poder col·laborar amb Mark Kidger i el grup d'observadors Cometes. En aquella època ell estava treballant per al satèl·lit Herschel i va poder establir una bona correlació entre la fotometria d'obertura CCD del cometa 29P feta per nosaltres i la fotometria i espectroscòpia realitzada pel satèl·lit Herschel. Amb aquestes dades es va obtenir que el nucli del cometa té un període de rotació d'uns 60 dies, i els esclats també tenen relació amb el gir.

L'esclat del cometa 17P va ser impressionant. Ens van trucar des de les Canàries un dia a les 2 h de la nit per dir-nos que el cometa li passava alguna cosa rara. Ens va costar una mica, però el vam observar i el vam veure molt més brillant que el dia anterior. Amb el pas de les hores, la seva brillantor va anar augmentant i en pocs dies l'esclat va ser espectacular.

Figura 10. Esclat del cometa 17P

Cometes visitats per sondes

També vam tenir la sort de poder treballar per al projecte Deep Impact . Un dia vam rebre un correu de la gent del Deep Impact que ens deien que érem dels que havíem observat més vegades aquest cometa i que els agradaria que els enviéssim dades amb un format molt determinat. Espanya és un país amb grans observadors de cometes. Vaig estar estar treballant amb el grup d’observadors de cometes, m’enviaven les imatges i jo les penjava directament a la web de la NASA. Quan la sonda va impactar ens van dir que amb les nostres dades la sonda hagués passat a només 40 km del cometa. Són mesures molt precises!

També vam treballar amb el projecte Rosetta, que va visitar el cometa 67P. Abans de visitar aquest cometa, es van sondejar altres cometes per a la seva visita, com el 46P Wirtanen .

Cometes fotogènics

Nosaltres no fem imatges boniques. Les nostres imatges són per mesurar els cometes, per obtenir-ne la seva fotometria i astrometria . Per això, la majoria de les imatges que veureu ara són dels nostres companys d'observadors de cometes.

[La conferenciant mostra força imatges de diferents cometes]

Com a mostra de cometes fotogènics mostrem el cometa C/2023 A3 Tsuchinshan-ATLAS, obtingut per Dídac Mesa, des de Maldà (Lleida) el 24 d'octubre del 2024 (figura 11).

Figura 11. cometa C/2023 A3 Tsuchinshan-ATLAS

Amb tota la nostra experiència, el 2018 l'editorial Marcombo ens va encarregar un llibre sobre els cometes on expliquem tot allò que sabem d'aquests astres tan entranyables.

Col·loqui

Com que són uns objectes que no són tan puntuals, com podeu fer una fotometria d'aquests objectes?
Agafem el box per fer la fotometria, adaptant el màxim que podem al que és el nucli. Hem fet una estandardització perquè tots els observadors de cometes ho facin igual i és un box de 10x10. Aleshores també fem la multi obertura, fem fotometria de  20x20, 30x30 i 40x40. Com tots ho observem amb el mateix box, els resultats són homogenis. Aleshores podem fer gràfiques i estudiar-ne una mica el comportament perquè tots fem la fotometria igual. Utilitzem un programari específic per a fer-ho.

Quin equip mínim necessita un aficionat sense gaires recursos per fer observació cometària?
Observa amb allò que tinguis, no hi ha un equip mínim per fer observacions. Fins i tot tenim gent que fa mesurament de cometes visualment, encara que ja en queden pocs.

Pel que fa a l'equip, el que un es pugui permetre comprar. Sempre és millor comprar-se una bona càmera que un bon telescopi.

Si un cometa passa a prop de la Terra, quina probabilitat hi ha que xoqui amb nosaltres?
De moment ho tenim tot controlat. És més fàcil que xoqui un asteroide que un cometa. Però per l'òrbita ja veuríem que xocarà si passa molt a prop.

Conferència de l'Astronòmica de Sabadell. Ana Heras, 8 de gener de 2025

Plato és una missió espacial amb el propòsit principal de buscar planetes similars a la Terra al voltant d'altres estrelles, i respondre preguntes fonamentals sobre els sistemes planetaris. Tot i que en castellà "Plato" pot sonar curiós, el nom és un acrònim en anglès que al·ludeix al filòsof Platoó, reflectint l'exploració i el coneixement de nous mons.

L'astronomia sempre ha despertat fascinació. En mirar al cel, contemplem les estrelles, però fins fa poc no sabíem gaire sobre el que passava al seu voltant. Gràcies als avenços en telescopis terrestres i espacials, ara sabem que, de mitjana, hi ha almenys tants planetes com estrelles a l'univers. Tot i que no totes les estrelles tenen planetes, aquesta idea és inspiradora i ha transformat la nostra comprensió del cosmos. Però l'estudi d'altres sistemes planetaris no sols serveix per entendre el Cosmos sinó també per entendre molt millor el nostre sistema solar. Volem saber si el nostre sistema és especial o, ben al contrari, molt habitual.

L'interès pels exoplanetes no és pas nou. Des de l'antiguitat, filòsofs com Epicur i Giordano Bruno van intuir que podrien existir altres mons similars al nostre. Tot i això, no va ser fins al 1992 quan Aleksander Wolszczan i Dale Frail van detectar els primers exoplanetes orbitant al voltant d'un púlsar. Més tard, el 1995, Michel Mayor i Didier Queloz van descobrir el primer exoplaneta al voltant d'una estrella semblant al Sol, una troballa que va marcar l'inici d'una nova era a l'astronomia i que els va valer el Premi Nobel de Física. Avui dia, s'han confirmat més de 5.800 exoplanetes, un nombre que continua augmentant gràcies al desenvolupament de noves tècniques i observatoris.

Observar un planeta de manera directa amb llum visible amb els instruments que tenim és impossible. Si comparem la lluentor d'un planeta petit com la Terra amb la lluentor del Sol, hi ha una diferència de deu ordres de magnitud. Hauríem d'eliminar la llum de l'estrella amb alguna tècnica -que ja estem començant a fer- per veure'l. Això significa que la majoria d'exoplanetes descoberts fins ara ho han estat amb mètodes indirectes. Detectem l'efecte que el planeta té en la llum o en l'espectre de la seva estrella.

El mètode de trànsit és la tècnica més utilitzada per descobrir exoplanetes. Dels 5.800 exoplanetes descoberts, 4.329 ho han estat per aquest mètode. Consisteix a mesurar la disminució de la brillantor d'una estrella quan un planeta passa davant seu, ocultant-la parcialment. Aquest mètode permet determinar el radi del planeta, les característiques de la seva òrbita i, en alguns casos també, les característiques de la seva atmosfera.

Figura 1. Mètode dels trànsits

Pot semblar senzill però no ho és, perquè cal tenir en compte que en aquestes mesures hi ha molt de soroll, com la pròpia activitat de l'estrella, el soroll instrumental i, com ja hem esmentat, la baixa disminució de llum. Per a un planeta com Júpiter, la baixada de llum és d'una centèsima, però per a un planeta com la Terra és de només 8 cent mil mil·lèsimes.

A més, aquest mètode té limitacions. Per exemple, només detecta planetes que les seves òrbites estiguin alineades amb la nostra línia de visió, cosa que passa en un 0,5% dels casos per a planetes amb òrbites similars a la de la Terra. Per això, per descobrir nous exoplanetes, és essencial observar una gran quantitat d'estrelles.

Figura 2. Només el 0,5% dels exoplanetes, vists des de la Terra tenen trànsits

Detectar planetes petits com la Terra requereix una precisió fotomètrica molt alta, una mica difícil d'aconseguir a causa del soroll dels instruments, de l'activitat estel·lar, de les interferències de l'atmosfera terrestre en observacions des del terra, i de situacions en què altres fenòmens observats imiten un trànsit planetari (el pas d'una nana marró, una estrella binària, etc.). Per això, cal fer observacions addicionals amb telescopis terrestres o espacials per confirmar els descobriments.

Plato està dissenyat per superar aquests desafiaments. Observarà milers d'estrelles amb una precisió excepcional i augmentarà significativament les probabilitats de detectar planetes habitables.

A més dels trànsits, Plato també observarà les corbes de fase. Un planeta reflecteix la llum de la seva estrella i arriba a un punt màxim de brillantor, observem el màxim de la corba de llum. En continuar la seva òrbita, el planeta és ocultat després per l'estrella, cosa que genera un eclipsi. Això difereix del trànsit, on el planeta passa davant de l'estrella, bloquejant-ne parcialment la llum.

Figura 3. Corba de fase d'un exoplaneta

Les corbes de fase permeten analitzar com canvia la llum reflectida per un planeta a mesura que orbita la seva estrella, proporcionant informació sobre el seu albedo, composició atmosfèrica i, fins i tot, possibles condicions climàtiques. Per exemple, el telescopi James Webb utilitza múltiples longituds d'ona per obtenir mesures precises que ajuden a entendre l'atmosfera dels planetes i, en alguns casos, fins i tot a modelar-ne el clima.

Un exemple notable de descobriments realitzats mitjançant el mètode de trànsit és el sistema TRAPPIST-1, detectat per un petit telescopi belga. Es tracta d'un sistema planetari format per set planetes rocosos que tots orbiten molt a prop de la seva estrella (més a prop que l'òrbita de Mercuri). Com que l'estrella és una nana vermella ultrafreda, la zona d'habitabilitat (on podria existir aigua líquida a la superfície) és molt propera a l'estrella, i tres dels set planetes es troben en aquesta zona.

El telescopi espacial James Webb està estudiant aquest sistema intensivament per cercar atmosferes en aquests planetes. Tot i que encara no s'han trobat firmes biològiques, aquest sistema ofereix informació crucial sobre planetes rocosos i la seva habitabilitat potencial.

Figura 4. Sistema planetari Trappist-1

Tots els set planetes del sistema Trappist-1 tenen trànsits vistos des de la Terra, cosa que proporciona unes corbes molt boniques perquè de vegades se solapen més d'un trànsit alhora.

Figura 5. Trànsits planetaris al sistema Trappist-1

Un altre exemple destacat és el telescopi Kepler , responsable del descobriment de la majoria dels exoplanetes fins ara. Kepler ha detectat planetes amb trànsits clars i precisos, com ara un planeta terrestre de 1,4 radis terrestres i una massa de 4,6 masses terrestres. Aquestes dades, netes d'interferències instrumentals i estel·lars, exemplifiquen el nivell de precisió assolit en aquests mesuraments.

El mètode de velocitat radial és un altre pilar a la detecció d'exoplanetes. Aquest mètode mesura l' efecte Doppler causat pel moviment de l'estrella a causa de l'atracció gravitatòria del planeta. Tot i que no ofereix informació directa sobre el radi del planeta, permet calcular un límit inferior de la seva massa.

Un exemple icònic és el planeta Pròxima b, descobert al voltant de Pròxima Centauri. Tot i que la seva massa indica que podria ser habitable, encara no s'ha detectat en trànsit, per la qual cosa el radi i la densitat segueixen sent desconeguts. Tot i això, la combinació dels mètodes de trànsit i velocitat radial permet calcular tant la massa com el radi, i, per tant, la densitat del planeta, proporcionant pistes clau sobre la seva composició. La densitat ens dóna la primera mesura important per saber de què està fet un planeta. Amb ella podem saber si és un planeta gasós, aquós o terrestre.

Hi ha moltes missions i observatoris que estan treballant en l’estudi dels exoplanetes, tal com es pot veure a la imatge següent (figura 6). D'una banda, hi ha els observatoris a terra, que són molt importants sobretot per a mesures de les velocitats radials. Després tenim les missions passades com la francesa-europea COROT, que va ser la primera missió que es va llançar per estudiar exoplanetes, i va descobrir la primera superterra. També tenim les missions de la NASA, Kepler i TESS. I la missió Keops de l'ESA, que fa seguiment de planetes ja coneguts.

Figura 6. Missions presents i futures per a l'estudi dels exoplanetes

Deixeu-me destacar la contribució espanyola amb diversos instruments des de terra, com Carmenes a Calar Alto o altres instruments des de Canàries. A Xile també hi ha instruments molt importants, com Espresso, col·locat al Very Large Telescope de més de 8 metres, que és l’únic instrument que podria detectar les velocitats radials d’un planeta com la Terra a una distància d’una unitat astronòmica. Encara no està gaire clar que ho puguem fer perquè l'obstacle més gran no és l'instrument sinó l'activitat de la pròpia estrella.

Com us deia abans, avui dia tenim 5.811 exoplanetes confirmats i 7.358 candidats que encara no han estat confirmats. La diversitat d'exoplanetes és sorprenent (figura 7). Tenim “hot jupiters”, planetes gegants orbitant la seva estrella més a prop que Mercuri. Tenim planetes més grans que Júpiter orbitant a distàncies 10 o 100 vegades més grans que Júpiter del Sol. Tenim superterres, amb mides i masses entre la Terra i el Neptú, alguns han de ser rocosos, mentre que altres poden ser d'aigua o de gel, encara no ho sabem.

Figura 7. Relació d'exoplanetes confirmats

No sabem si el sistema solar és comú a l'univers o és un sistema planetari estrany. Encara hi ha grans buits en el nostre coneixement, especialment pel que fa a planetes petits a la zona d’habitabilitat d’estrelles com el Sol. Això és degut, en part, a missions com Kepler i TESS que han observat principalment estrelles febles o fredes, limitant el seguiment detallat amb altres instruments. Cal observar estrelles més brillants.

A la imatge següent (figura 8) podem veure el nombre de planetes descoberts segons la magnitud de l'estrella. Per a estrelles brillants coneixem, sobretot, la massa dels planetes, i per a estrelles febles coneixem, sobretot, els seus radis. Només a la zona intermèdia tenim les dues mesures, per la qual cosa hem pogut calcular les densitats en pocs casos. En total només tenim 1.350 planetes amb massa i radi coneguts.

Figura 8. Nombre de planetes segons la magnitud de les estrelles

El que estem veient és que els planetes del sistema solar, on els petits són rocosos i els grans gasosos, no són la regla general. Hi ha altres configuracions de planetes, alguns amb molta aigua, o amb gel, i això ho podrem saber quan coneguem, amb tota seguretat, la seva densitat. Aquí entra en joc el satèl·lit Plato.

Plato ha estat dissenyat per omplir aquests buits, enfocant-se en estrelles més brillants i detectant planetes a la zona d'habitabilitat d'estrelles similars al Sol. La seva precisió permetrà obtenir dades crítiques sobre planetes petits, com la seva densitat i composició, i buscar condicions que afavoreixin la habitabilitat.

El concepte de zona d'habitabilitat es defineix com la distància a l'estrella on podria existir aigua líquida a la superfície del planeta. Evidentment cal tenir en compte també l'efecte hivernacle de les atmosferes planetàries, per això la zona habitable és força ampla.

Figura 9. Zona dhabitabilitat

Actualment tenim més de 5.800 exoplanetes confirmats i uns 7.000 candidats addicionals. Tot i això, per avançar en la nostra entesa, necessitem descobrir més planetes petits a la zona d'habitabilitat i caracteritzar-los en detall.

Plato, juntament amb missions futures, té el potencial de revolucionar la nostra comprensió dels exoplanetes i de respondre preguntes fonamentals sobre la possibilitat de vida més enllà de la Terra.

Avui dia no coneixem exoplanetes petits a la zona d'habitabilitat al voltant d'estrelles com el Sol per a les quals tinguem dades completes, com ara el radi i la densitat. Per exemple, els planetes del sistema TRAPPIST-1 són a la zona habitable d'una estrella petita i freda, però no hi ha dades comparables per a estrelles més grans com el Sol. Aquest buit és una de les principals motivacions per desenvolupar Plato, que ajudarà a completar aquest “mapa” de possibles Terres.

Entendre els exoplanetes requereix conèixer les seves estrelles. Els paràmetres clau dels planetes, com ara el radi, la massa o l'edat, depenen directament de les característiques estel·lars. Per exemple, el radi del planeta es calcula respecte del radi de l'estrella, la massa del planeta depèn de la massa estel·lar, o l'edat del sistema estel·lar influeix en l'evolució del planeta.

Per això, Plato no només estudiarà planetes, sinó també les estrelles que els allotgen, utilitzant una tècnica anomenada astrosismologia. Tots coneixem els terratrèmols terrestres, vibracions que procedeixen de l´interior de la Terra i que serveixen per estudiar com és el nostre planeta per dins. De la mateixa manera, aquesta tècnica permet estudiar les ones sonores que es propaguen dins de les estrelles. Aquestes ones, en reflectir-se i ressonar, generen patrons observables a la llum de l'estrella.

Figura 10. Vibracions d'una estrella

Analitzant aquestes oscil·lacions, podem determinar com és l'estructura interna de l'estrella, la seva edat, que és essencial per entendre l'evolució dels planetes, i la quantitat d'elements com l’hidrogen que s'han consumit en reaccions nuclears, revelant l'etapa evolutiva de la estrella.

Plato proporcionarà els mesuraments més precisos d'astrosismologia fins avui, millorant els nostres models d'evolució estel·lar i permetent aplicar-los a estrelles més febles que no es puguin mesurar directament.

L'edat d'un sistema planetari és clau per comprendre'n les característiques. Els planetes terrestres passen per etapes de refredament, diferenciació interna i, potencialment, tectònica de plaques, processos que n'afecten la composició i l'habitabilitat. En canvi, els planetes gegants canvien la seva estructura i composició amb el temps, com ho ha fet Júpiter des de la seva formació fins avui dia. Estudiar planetes en diferents etapes evolutives permetrà entendre millor el desenvolupament dels sistemes planetaris.

Plato combinarà diverses tècniques avançades per detectar i estudiar exoplanetes. D'una banda, observarà petites variacions en la llum estel·lar causada pel pas d'un planeta davant de la seva estrella, i de l'altra mesurarà les oscil·lacions estel·lars i determinarà paràmetres fonamentals de les estrelles. A més, observatoris terrestres confirmaran i mesuraran la massa dels planetes observats per aquest satèl·lit. Aquesta combinació permetrà crear un catàleg únic de planetes petits a la zona habitable, amb dades sobre el radi, la massa, la densitat i l'edat.

Plato utilitzarà un sistema de multitelescopis, un disseny que permetrà observar més de 100.000 estrelles simultàniament. Per això cal un camp de visió molt ampli amb estrelles febles, però també brillants, de les quals tenim menys trànsits. A més, volem tenir una bona sensibilitat per a l'astrosismologia . Per tot això té 26 càmeres. La seva massa és de 2.500 kg i la seva mida al voltant de 3,5x3,5x3,5, el que ho fa força impressionant. A més, tindrà 9 m de panells solars quan estiguin estesos.

Figura 11. Satèl·lit PLATO

Ja s'ha fet un model estructural i s'ha provat en una cambra acústica, on s'han fet tests de vibracions, de buit, etc. Encara falten més tests però esperem que es llanci a finals del 2026 o principis del 2027, amb un coet Ariane 6.2. El satèl·lit està preparat per tenir una vida útil de 8,5 anys, encara que hi ha la possibilitat que sigui més llarga.

El contractista industrial principal d'aquest satèl·lit és OHB System AG, en equip amb Thales Alenia Space (França i UK) i Beyond Gravity (Suïssa), i a més hi ha centenars d'empreses més petites subcontractades que han construït parts del satèl·lit.

La càrrega útil està formada per 24 càmeres normals que treballaran en llum blanca. Cada 25 segons faran una imatge. Cada càmera tindrà 4 CCDs , de 4.510 x 4.510 píxels cadascuna. En total hi haurà 104 CCDs , que si les posem totes juntes ocupen una àrea de 0,7 m ² . És la “càmera global” més gran que hi haurà a l'espai.

Se situarà al punt de lagrange L2, com els satèl·lits EUCLID o James Webb . És un punt a 1,5 milions de quilòmetres de la Terra on s'aconsegueix una gran estabilitat d'apuntat i de cobertura de cel. Com que necessitarà tenir la llum del Sol apuntant cap als panells i que el Sol no apunti a les càmeres, cada quart de volta -cada tres mesos- caldrà girar el satèl·lit 90 graus. Això crearà algunes pertorbacions a les mesures que caldrà corregir.

Ara mateix ja tenim el model de vol en fase de construcció. Ja tenim el mòdul de servei i el mòdul de les càmeres on ja estan gairebé totes integrades. Hem tingut un problema amb el testeig de les càmeres ràpides perquè el lloc de testeig, que és a París, es va inundar i no vam poder testejar-les. Estem buscant algun altre lloc.

El camp de visió instantani de totes les càmeres ocuparà 2.200 graus quadrats del cel, és a dir, com 10.000 llunes plenes (figura 12). Volem fer una fotografia en algun lloc conegut perquè la gent pugui entendre l’enorme camp que veurà aquest satèl·lit. Al centre hi ha 24 càmeres, 12 més cap a l'exterior, i 6 més a la perifèria.

Figura 12. Camp de visió de PLATOO

Observarà simultàniament entre 100.000 i 200.000 estels. Es concentrarà en estrelles nanes i subgegants amb tipus espectrals entre F5 i K7, i magnitud menor que 13. També observarà estrelles nanes vermelles de tipus M, fins a la magnitud 16.

La idea és fer dos apuntats de dos anys cadascun, i fins i tot poder fer un apuntat durant quatre anys seguits. D'aquesta manera es podrà fer un seguiment molt gran de les mateixes estrelles durant molt de temps. Hem de pensar que el planeta terra, des de fora, només té un trànsit a l'any.

Ja hem triat la zona del primer apuntat, centrat a l'hemisferi sud (figura 13). Això és així perquè des de l'espectrògraf Espresso, situat a Xile, puguin fer mesures dels exoplanetes que descobreixi Plato.

Figura 13. Primer apuntat de Plato.

Estem preparant un catàleg molt precís perquè serà impossible baixar totes les dades que obtingui el satèl·lit. Només podrem baixar les dades de les estrelles que tinguem catalogades. És més, moltes corbes les farem al mateix satèl·lit per baixar només les corbes i no les imatges. També tenim un programa de “científics convidats” perquè proposin ciència diferent de la que farà Plato, ciència que necessiti un fotòmetre d'alta precisió.

En el futur hi ha més missions programades. Després de Plato es llançarà Ariel, també de l'ESA, que estudiarà atmosferes planetàries. La NASA llançarà un altre Satèl·lit, el Roman, que mirarà bàsicament la deformació de la llum a causa dels exoplanetes (per microlents gravitatòries). No podrem fer seguiment d'aquests exoplanetes, però ens donarà informació molt interessant sobre les poblacions d'exoplanetes a la Galàxia.

Per a l'estudi de les composicions atmosfèriques tindrem l'ELT ( extremely large telescope ) que s'està construint a Xile. No sabem si amb ell podrem estudiar atmosferes de planetes similars a la Terra, però sí de planetes més grans.

I per a la propera dècada o la següent tenim dos grans projectes: Habitable World Observatory (NASA) i LIFE (ESA), el primer basat en coronografia i el segon en interferometria, per a l'estudi d'atmosferes de planetes de tipus terrestre. No cal dir que vivim en un temps excepcional pel descobriment de nous mons.

Col·loqui

Quina obertura tenen els telescopis?
Tenen 12 centímetres. Són relativament petits.

On és el centre de captació de dades i coordinació?
Hi ha diversos llocs. Un d'ells és a Madrid, on hi ha el que anomenem el Science. Operations Center. Aquestes dades s'enviaran a Alemanya.

Quina vida útil tindrà la missió?
De moment està finançada per a quatre anys. Això és un estàndard segons el qual les missions tenen uns diners garantits per a les operacions. Però la seva vida útil està calculada en 8,5 anys.

Conferència de l'Astronòmica de Sabadell. Joan Antoni Ros, 15 de gener de 2025

La culpa, una mica, que avui faci aquesta conferència és que ja fa uns anys que imparteixo cursos de divulgació de diferents parts de la física, i en ells, lògicament, han aparegut molts experiments que s'han fet al llarg de la història, experiments molt bonics i curiosos. Una vegada els alumnes em van dir que podia fer un curs només d'experiments de la física. Jo els vaig respondre que un curs potser no seria el millor perquè podria ser molt avorrit, però que una conferència potser sí. I aquí estic, he seleccionat tres experiments que espero siguin del vostre gust.

La mesura de la velocitat de la llum

El primer que he posat a la llista és la mesura de la velocitat de la llum. Ja s'havien fet intents anteriors, però aquest està considerat el que realment va donar al clau, el que es va acostar molt, molt a la velocitat actual. Hi ha un petit error, però bé, se'l pot perdonar.

Ens hem de traslladar al 1848. El senyor Hippolyte Fizeau era a casa del seu pare de vacances, a Suresnes, els afores de París. Es devia avorrir i es va posar a mesurar la velocitat de la llum. Us mostro (figura 1) la separació que hi havia des de l'habitatge on va fer l'experiment fins a la muntanyeta de Montmartre. La torre Eiffel no estava encara ni planificada, i la Basílica del Sagrat Cor tampoc. L'Arc del Triomf sí, i el bosc de Bolonya també.

Figura 1. Mapa de París on es pot veure Suresnes i Montmatre .

El senyor Fizeau es va equipar amb una sèrie d'aparells mecànics i òptics. Va col·locar un mirall semiplatejat, semireflectant, i va muntar tot un dispositiu amb una roda dentada, similar a un engranatge, i un disc opac que tenia merlets, àleps i buits. També havia de tenir algun sistema per mesurar la velocitat de la roda dentada, desconec com ho feia. Tot això estava muntat allà a la casa paterna. Després, va haver d'anar a Montmartre, a 8.633 m de casa seva, i col·locar-hi un mirall que reflectís la llum del Sol. Segurament va haver de posar alguna persona allà per orientar-lo, perquè no és fàcil, ja que, com que el sol es mou, havien de fer correccions contínues. I a més havien de comunicar-se entre ells a distància, cosa que té molt mèrit.

L'experiment consistia en el següent (figura 2): la llum del sol es reflectia al mirall semireflexant, de manera que més o menys la meitat de la radiació es refractava i seguia en línia recta (fins que es perdia), i l'altra meitat es reflectia en la direcció desitjada. Aquest raig de llum es feia passar a través dels merlets de l'engranatge, pel buit, i la roda dentada es muntava amb un sistema giratori. Si la roda girava molt lentament, la llum podia passar quan el buit coincidia, arribava fins al mirall, que estava col·limat i orientat perquè reflectís la llum pel mateix lloc, i tornava exactament pel mateix lloc, passant una altra vegada pel mirall semipermeable. Una part es reflectia, però una altra part tornava pel mateix camí i tornava cap a on estava el senyor Fizeau observant. Molt enginyós oi? El que crida latenció és la simplicitat dels objectes que utilitzava.

Figura 2. Esquema de lexperiment

La roda dentada que va utilitzar tenia 720 merlets i, evidentment, 720 buits. Era un disc força gran. Quan va tenir tot el dispositiu muntat va fer girar la roda a diferents velocitats. Quan la roda es movia molt lentament, el raig de llum tenia temps de reflectir-se, fer camí d'anada i tornada, creuar pel mateix lloc i tornar. Així, des del seu observatori, ell veia el reflex de llum al mirall de Montmartre. Però en augmentar la velocitat hi havia un moment que no li arribava llum, perquè el raig d'anada, quan passava pel buit, mentre anava fins al mirall i tornava, havia arribat a un lloc on l'engranatge ja havia passat del buit al merlet següent. Cada merlet tapava la llum que havia passat pel buit anterior. En continuar augmentant la velocitat tornava a veure la llum, perquè la llum que, a l'anada, havia passat per un buit, en el temps que anava al mirall i tornava, ja havia passat al buit següent.

Concretament deixava de veure's la llum quan el disc girava a 12,6 voltes/segon. Després tornava a veure's quan girava a 25,2 voltes/segon, i tornava a no veure's a 37,8 voltes/segon. Va fer el càlcul següent:

2 x 8633 x 720 x 25,2 = 313.274.304 m/s

Va obtenir que la velocitat de la llum era de 313.274 km/s, que no està gens malament! La velocitat real, com sabeu, és de gairebé 300.000 km/s. La veritat és que va ser una mesura absolutament impressionant per a lèpoca.

En aquella època el senyor Riemann estava barallant-se amb el seu famós tensor que va donar lloc a bona part de la relativitat. I Albert Einstein encara no havia nascut. Disposar d'aquesta mesura crec que va ser un avenç de la ciència realment increïble.

Si observem la taula de les partícules elementals (figura 3), veiem que la partícula de la llum, el fotó, té massa en repòs zero. Totes les partícules que tenen massa zero es mouen a la velocitat de la llum, en canvi les altres es poden acostar a aquesta velocitat, però mai no arribar perquè necessitarien infinita energia per a això. Tot això està molt comprovat experimentalment, no sols és teoria.

Figura 3. Taula de les partícules elementals

Les partícules es divideixen en fermions i bosons. Els fermions són les partícules que formen la matèria, que alhora es divideixen en leptons i en quarks. Els leptons són tota la família de l'electró i els seus cosins germans gegants: el muó , el tauó, i 3 neutrins. El neutrí electrònic, íntimament relacionat amb l'electró, el neutrí muònic , que està íntimament relacionat amb el muó , i el neutrí taunic , íntimament relacionat amb les interaccions del tauó . Després tenim els sis quarks, també partícules elementals, però totes tenen massa en repòs: el up, el down , el charm , el bottom, el top i l'strange .

Els neutrins són una cosa curiosa perquè durant dècades es creia que no tenien massa. De fet, a la famosa supernova de 1987, els detectors de neutrins van rebre els neutrins pràcticament al mateix temps que la llum. Això era una bona prova que no tenien massa. Però més endavant, un famós experiment en el detector de neutrins superkamiokand va detectar que els neutrins podien canviar de sabor, és a dir que un neutrí muònic podia convertir-se en un electrònic, o un tauònic en un muònic , etc. I això significava que sí que tenien massa, però era una massa molt, molt petita.

A la taula també veiem els bosons, que són les partícules transmissores de les forces. A més del fotó, hi ha els gluons, el possible gravitó (encara no descobert però que ja hem descobert ones gravitatòries), els bosons vectorials intermedis, Z, W ⁺ i W ^- , i finalment el bosó de Higgs

I per acabar amb la velocitat de la llum, deixeu-me dir que aquesta depèn del material pel qual viatja. El valor d'uns 300.000 km/s és al buit (o gairebé a l'aire també), però en el vidre, per exemple, és de 200.000 km/s, en el diamant és de 124.000 km/s, en el silici és de 70.000 km/s , i en un condensat de Bose-Einstein és de només 17 m/s (61 km/h).

El descobriment de l'electró

El següent experiment sens dubte hauria de ser l'experiment de Michelson-Morley, un experiment crucial, fantàstic, emocionant, meravellós de la física, però és clar, aquest necessita una conferència per a ell sol. Per tant, passarem a dos experiments diferents. Dos experiments que semblen contradictoris perquè el primer demostra que l'electró és una partícula i el segon és una ona.

Joseph John Thompson va descobrir l'electró el 1897 amb un altre bonic experiment. Aquesta partícula ja havia estat teoritzada anteriorment per Laming , concretament el 1838, però la va descobrir Thompson gràcies a un tub de raigs catòdics. En aquella època es deia tub de Crookes perquè havia estat inventat per aquest altre físic, el 1875.

Aquest experiment demostra la naturalesa corpuscular de la matèria, és a dir que l'electró, el muó o qualsevol altra partícula, ja sigui elemental o composta de la natura, com per exemple un protó o un neutró, tenen una naturalesa corpuscular, es comporten com si fossin boles sòlides. Després es va demostrar que això no és correcte del tot.

Figura 4. Tub de raigs catòdics

El funcionament de lexperiment és senzill. En aquest tub es fa el buit. Tot seguit s'escalfa el càtode, es connecta l'alta tensió, i alguns electrons salten cap a l'ànode. Aquest té forma d'anell, i alguns electrons el creuen i avancen cap endavant. Per tant, s'emet un raig catòdic (d'electrons). Al final hi ha una pantalla composta per una capa de fòsfor que, quan els electrons hi impacten emeten llum, que podem veure per la part del darrere. Fins i tot podem col·locar una escala a la pantalla, com es fa als oscil·loscopis.

Si variem el camp elèctric que hi ha entre dues plaques, o variem el camp magnètic que hi ha entre dos imants, podem desviar el feix d'electrons cap a qualsevol direcció (a dalt, a baix, dreta o esquerra).

Sembla clar que hi ha un feix de partícules que surt del càtode i que xoca amb la pantalla final. Ara bé, us recordo que la distància més petita que podem mesurar és de 10^-18 m, que és mil vegades més petita que la mida dels nuclis atòmics. Totes les partícules elementals que vaig esmentar anteriorment estan per sota d'aquesta mesura, per la qual cosa no podem saber si tenen alguna estructura o forma. Tot està per sota aquesta escala. Per tant, amb aquest experiment demostrem clarament la naturalesa corpuscular de les partícules.

I ja que n'estem parlant, us explico una curiositat. El 1800, Alessandro Volta va inventar la primera pila. Ja s'havien realitzat experiments previs amb diferents plaques connectades, i s'havia observat que passava alguna cosa, que hi havia corrent elèctric. Els primers físics que van treballar amb ella van decidir trucar a un dels borns de la bateria "positiu" ia l'altre "negatiu", basant-se en la idea que el corrent elèctric era una cosa que sortia d'un pol amb més càrrega, el positiu, i es dirigia cap al pol amb menys càrrega, el negatiu. Curiosament, quan es van fabricar les primeres piles, el pol positiu contenia materials amb tonalitats vermelloses, com els metalls rovellats. Per exemple, les bateries dels cotxes tenen el pol positiu compost per peròxid de plom, que és plom rovellat i té un color vermellós. En canvi, el pol negatiu és de plom esponjós, un plom pur, i té un color gris. Això és el que va originar la convenció de pintar el pol positiu de color vermell i el negatiu negre.

Una pregunta curiosa que sorgeix és sobre el sentit del corrent elèctric. En la meva experiència de més de 40 anys com a professor, i especialment ensenyant electricitat a l'àmbit de l'automòbil, sempre començava amb aquesta pregunta. En termes físics i reals, sabem que el sentit real del corrent és des del pol negatiu cap al positiu, ja que els electrons tenen càrrega negativa i sabem que la càrrega negativa es troba al pol negatiu. Per tant, el sentit real del corrent és de negatiu a positiu. Tot i això, quan parlem d'un circuit elèctric convencional, fem servir la nomenclatura que els físics van emprar quan van començar a treballar amb corrent. En aquest cas, es diu que el corrent surt del pol positiu, passa pel circuit i arriba al pol negatiu. Això és una convenció que es fa servir en la majoria dels casos.

L'experiment de la doble escletxa

Passem al tercer experiment. Després d'haver parlat de la mesura de la velocitat de la llum i del tub de raigs catòdics, veurem un experiment diferent, que també involucra partícules, però el comportament del qual és completament oposat. Aquest experiment no té res a veure amb la naturalesa corpuscular, sinó que demostra la naturalesa ondulatòria de les partícules. És considerat un dels experiments més impressionants.

Aquest experiment el va començar el científic Young el 1801, i el va realitzar inicialment amb llum. Va col·locar una placa que tenia dues petites escletxes, molt estretes, i després va il·luminar aquesta placa per veure què passava darrere. El científic cobria una de les escletxes i només deixava passar llum per l'altra, el patró de llum que apareixia darrere era el següent (figura 5):

Figura 5. Llum passant per una sola escletxa

Quan cobria la segona escletxa i només passava llum per la primera, el patró era simètric, centrat en la primera escletxa en lloc de la segona (figura 6).

Figura 6. Llum passant només per l'altra escletxa

Fins aquí tot semblava normal. Tot i això, quan obria les dues escletxes, en lloc de veure un patró simple de la suma de les dues corbes, va aparèixer un patró clar d'interferències (figura 7).

Figura 7. Llum passant per les dues escletxes alhora

Aquest patró d'interferències només es podia explicar si les partícules que passaven per les escletxes eren ones, les quals interactuaven entre si, creant zones constructives, on la llum se sumava, i altres zones destructives, on la llum desapareixia gairebé del tot. D'aquesta manera, Young va demostrar que la llum era una ona.

Però aquest experiment es va tornar a fer més endavant, però ja no amb llum sinó amb altres elements. El 1961 Claus Jönsson ho va realitzar amb electrons; el 1974 Pier G. Merli ho va tornar a fer, però fent passar electrons d'un en un; i finalment el 1989 Akira Tonomura ho va millorar molt deixant-ho com a definitiu.

El 1961, Johnson va repetir l'experiment original utilitzant un generador d'electrons. Aquests generadors són els mateixos que es fan servir als microscopis electrònics i permeten ajustar electrònicament la cadència dels electrons que s'emeten. D'aquesta manera, es podia controlar la quantitat d'electrons generats. Johnson va observar els mateixos resultats que Young, és a dir, quan tapava un forat veia el patró clàssic d'impacte. Tot i això, quan els dos forats estaven oberts, esperava trobar un patró diferent, ja que els electrons són partícules i no fotons. Tot i la seva expectativa, el patró que va aparèixer va ser el mateix: un clar patró de difracció amb bandes clares i fosques, cosa que va evidenciar que els electrons també tenen propietats ondulatòries.

Figura 8. Aparició del patró dinterferències al pas delectrons per la doble escletxa

A més, aquests paquets d'ones es poden mostrar de diverses maneres, i si es fan servir programes com GeoGebra, es pot visualitzar gràficament com es comporten. Els càlculs quàntics permeten fer prediccions sobre el comportament de partícules com electrons, cosa que inclou efectes com l'efecte túnel, en què les partícules poden "travessar" barreres que, clàssicament, haurien de ser impenetrables.

En la física moderna, hi ha dues teories fonamentals: la teoria de la relativitat, tant especial com general, i la mecànica quàntica. La relativitat s?ocupa d?estudiar fenòmens en escales molt grans, com l?estudi de forats negres i el càlcul de col·lisions en acceleradors de partícules. La mecànica quàntica, per part seva, tracta dels fenòmens a escales subatòmiques i s'aplica a partícules com els electrons. Ambdues teories són extremadament precises i útils, però no encaixen perfectament en una mateixa descripció de la naturalesa.

Tot i els avenços en les dues teories, no s'ha aconseguit trobar una teoria unificada que les combini. Alguns corrents de pensament sostenen que no cal trobar una teoria única, ja que la relativitat i la quàntica operen en diferents escales i condicions, i no necessàriament s'han d'unificar. Encara que més d'un segle de recerca no ha trobat una teoria del tot, la cerca continua. Tot i així, la bellesa de la física i els experiments que ens mostren com l'univers funciona continua sent fascinant i sorprenent.