Conferencia de la Astronómica de Sabadell. Hans Ulrich, 4 de diciembre de 2024
Introducción
Esta charla necesita una introducción especial y cual mejor que las últimas palabras de la charla de Charlie Chaplin en su épica película ‘El Gran Dictador’ del año 1940: “Vamos a luchar para un mundo en que la ciencia y la razón nos guíen a la búsqueda de la felicidad”. Vivimos en un momento de la historia en que la fase de iluminación se quiere revertir, y con esta charla quiero hacer algo en contra.
Los negacionistas, los escépticos, los falsos profetas y toda esta gente, gracias a los modernos medios de comunicación tienen un gran altavoz. Hoy en día cualquier idiota con su idiotez tiene seguidores. Para mucha gente un video TikTok de Bolivia tiene más valor y credibilidad que el trabajo y las declaraciones de un catedrático especializado. La pseudo-ciencia o “hechos alternativos” son presentados en los medios de comunicación casi como algo relevante. Como ha dicho Christian Drosten, este mismo año: LA CIENCIA NO ES UNA OPINIÓN! Poner en duda la ciencia es una herramienta política de los ultra-liberales para destruir los estados como conocemos y valoramos, y por eso las palabras “soldados de la democracia” de Charlie Chaplin parecen muy adecuadas.
Ciencia vs Pseudo-ciencia
Este es un modelo simplificado de cómo funciona la ciencia, del método científico (figura 1): Tenemos una pregunta, se realiza una investigación o una observación más a fondo, se construye una hipótesis. Esta hipótesis se debe testear con experimentos o con observaciones, y después vamos a analizar los resultados. Si nuestra hipótesis inicial es cierta se publica el resultado, pero si no es cierta debemos seguir con más investigación o acabar rechazándola.
Figura 1. Modelo simplificado de las etapas del método científico.
Los pseudocientíficos, al contrario, tienen una persona, un profeta, que en un sueño o en un momento de lucidez, sale de la esfera de la ignorancia en que vivimos nosotros, y él ve la verdad absoluta y nos la explica al resto de los mortales. Y os pongo un ejemplo: Rudolf Steiner, en 1905, fundó la “Antroposophia” que iluminó la humanidad solo con su intuición.
Siempre que hago una charla quiero agradecer el suporte de la gente que pagan impuestos porque la ciencia tiene un precio, y quiero convencerles que la ciencia también tiene valor. Utilizando cuestiones de la astrofísica quiero explicar lo complicado y a veces laberíntico que puede ser el camino para responder cuestiones fundamentales como: ¿Nuestro Sol es una estrella? o ¿Como funcionan las estrellas? Y quiero hacerlo sin cifras.
¿Qué hace un astrónomo?
Si hablamos de la astronomía, mucha gente tiene ideas muy raras sobre nuestro trabajo. En el medievo y en el Renacimiento, la gente pensaba que los astrónomos perdían su mente porque lo que hacían era encontrar la voluntad de Dios.
Sabemos qué hace unos 20.000 años o más, nuestros ancestros descubrieron y observaron los ritmos de los movimientos del cielo. Lamentablemente no tenemos pruebas escritas, pero sí evidencias arqueológicas. Por ejemplo, esta foto (figura 2) fue tomada de una cumbre en la selva negra mirando en dirección a Francia y a una distancia de 70 kilómetros de la montaña. Vemos la puesta del Sol en el día del equinoccio, momento en el cual empieza el verano o el otoño.
Figura 2. Puesta de Sol.
Después se inventó la escritura y en seguida encontramos textos de astronomía. Por ejemplo, en Babilonia, en 1700 aC un astrónomo escribió una tablilla sobre 21 años de observaciones de Venus. Ya sabían que había una repetición de la posición de Venus en el firmamento cada 584 días. También usaban piedras para marcar el límite de los imperios y encontramos una con motivos astronómicos, lo que indicaba que este conocimiento era muy importante para ellos (figura 3).
Figura 3. Apuntes de las observaciones de Venus (izquierda) y piedra para marcar el límite del imperio.
En aquellos primeros años la astronomía era un elemento imprescindible para gobernar. Como sabemos, todos los dioses viven en el cielo, y todas las jerarquías, las monarquías, las dictaturas y dinastías que existen hasta hoy día, existen gracias a Dios. Si los monarcas no entendían lo que pasaba en el cielo, se podía perder rápidamente el control sobre los plebeyos. Además, la astronomía también sirve para cosas prácticas importantes como las fechas de la siembra y de la cosecha, para hacer mapas, para la navegación, para elaborar calendarios, etc, lamentablemente, también sirve para la astrología.
Este disco (figura 4), conocido como el disco de Nebra, es un disco de bronce encontrado en el norte de Alemania y datado del año 1000 aC. Es el resultado del comercio entre Europa Central y el Medio Oriente, Mesopotamia para ser más precisos. Y este disco ha servido para cosas prácticas: para saber las fechas de la siembra y la cosecha, pero también para establecer un calendario. Sin embargo, los astrólogos llegaron y modificaron el disco poniendo la barca del Sol. Según la mitología el barco era necesario para transportar el Sol al otro lado de la Tierra durante la noche. Es decir, con el tiempo el conocimiento astronómico se perdió y utilizaron este disco para fines astrológicos.
Figura 4. Disco de Nebra
Los llamados reyes magos de la Biblia no eran reyes, sino astrólogos de Babilonia. En aquellos años se pagaba muy bien a los astrólogos, y eran tan ricos que la gente pensaba que eran reyes. Podemos imaginarnos el poder que tenía la astrología. La astrología que tenemos hoy en día proviene de Babilonia.
Los griegos iniciaron la astrofísica unos 300-200 años aC. y ya hicieron algunas de las preguntas esenciales y lógicas: ¿Cuál es la distancia a la Luna y al Sol? ¿Cómo podemos describir sistemáticamente los movimientos en el cielo? ¿Qué pasa en los eclipses solar y lunar? ¿Cuál es la fuente de energía del Sol? La respuesta a esta última pregunta llegaría casi 2.000 años después. Vamos a ver cual ha sido este recorrido.
Aristarco de Samos (310-230 aC) en su tiempo fue un verdadero revolucionario. Postuló las siguientes ideas:
- El cielo no se mueve, sino que es la Tierra que va haciendo revoluciones.
- El Sol y las estrellas son iguales. Las estrellas están situadas solamente un poco más lejos. Esta hipótesis necesitó casi otros 2.000 años para ser confirmada.
- El Sol y no la Tierra es el centro del universo. Unos 1.700 años después, la iglesia de Roma siguió amenazando a los astrónomos con la hoguera por eso.
- El Sol y la Luna parecen tener el mismo diámetro, pero sus observaciones durante los eclipses lunares indicaban que el sol está 30 veces más lejos, eso quiere decir que como mínimo es 30 veces más grande.
- Observando eclipses lunares dedujo que la Tierra es 4 veces más grande que la Luna.
Es impresionante que, en esta fase, el pensamiento ya estuviera tan avanzado.
Otro gran astrónomo griego fue Eratóstenes de Cirene (276-194 aC). No solamente fue astrónomo, sino que también fue escritor, filósofo, historiador y jefe de la Biblioteca de Alejandría. Hizo un catálogo de estrellas fijas, un ensayo sobre la circunferencia de la Tierra, y es el padre del calendario Juliano, que fue decretado en Egipto en 238 aC. por Ptolemaios III y fue introducido para el imperio Romano por Julio César en el año 47 a.C. Este calendario estuvo en vigor en el occidente católico hasta el siglo XVI y en el mundo cristiano ortodoxo hasta hoy en día, es a decir, 2250 años después.
Erastóstenes sabía que, en la ciudad egipcia de Assuan había un pozo en que, durante el solsticio, el sol se veía en el fondo y se podía ver su reflejo. Es decir, en el mediodía, el sol estaba exactamente encima de este pozo. Y en el mismo momento en Alejandría, había un obelisco y se podía ver un poco de sombra. Esto sólo podía ocurrir si la Tierra no era plana, sino esférica, y conociendo la distancia entre las dos ciudades, pudo calcular el radio terrestre. ¿Cómo pudo saber la distancia entre las dos ciudades? Había señores que se llamaban contapasos, que usaban ruedas y medían las distancias entre las distintas ciudades del Imperio de Alejandro Magno, y por eso sabía que esa distancia era de 225 mil estadios, lo que pasa es que no sabemos exactamente a qué equivalía un estadio.
Figura 5. Primer intento de cálculo de la circunferencia de la Tierra.
Después de los griegos, durante más de mil años no pasó casi nada. Ptolomeo (150 dC.) escribió unos libros donde recopiló todo el conocimiento astronómico de su tiempo, y gracias a los árabes estos conocimientos se conservaron. Para el Vaticano estos libros eran la verdad y cualquier duda era un sacrilegio.
Por otra parte, Ptolomeo también escribió libros en los cuales transmitía los “conocimientos” babilónicos de la astrología, y es uno de los culpables que la astrología ha sobrevivido hasta el siglo XV.
En el siglo XV, gracias a los portugueses y otros navegantes, se produjo un renacimiento de la astronomía como ciencia. Los portugueses descubrieron cómo llegar a la India y Colón encontró el Caribe. Los portugueses y españoles se repartieron el mundo en el tratado de Tordesillas en 1494. Podemos ver un mapa de la época (figura 6) pero que es solo orientativo ya que nadie sabía calcular distancias más allá del Atlántico. Era muy fácil medir distancias de norte a sur, pero muy difícil de este a oeste, y por eso los astrónomos invirtieron muchos esfuerzos para solucionar este problema.
Figura 6. Primer mapa elaborado en la época.
Uranienborg era uno de los ejemplos de los palacios de la ciencia de la época, construido por Tycho Brahe en Dinamarca. Para construirlo gastó el 10% del presupuesto anual danés, lo que generó mucha envidia. Cuando su mecenas, el rey Federico II, murió, Brahe fue expulsado del país enseguida. Viajó hasta Praga donde se encontró con Johannes Kepler, el último astrónomo que también trabajó como astrólogo. Brahe había hecho observaciones de Marte durante 30 años, y cuando murió, estas observaciones pasaron a manos de Kepler, quien publicó las primeras tablas celestes fiables en muchos años, las ‘Tabulae Rudolphinae’. Era la primera vez que alguien podía explicar y calcular con alta precisión las posiciones de los planetas.
En 1608, en los Países Bajos, el señor Lippershey construyó el primer telescopio. Dos años después, Galileo Galilei construyó una copia del telescopio de Lippershey, y fue el primer científico que dirigió un telescopio hacia el cielo. En el año 1610, observando Júpiter, descubrió cuatro pequeñas ‘estrellas’ que acompañaban a este planeta, a las que bautizó como ‘estrellas Medici’, en honor a su mecenas. Y al observarlas durante muchos días descubrió un mini sistema solar alrededor de Júpiter. Las cuatro ‘estrellas Medici’ circulaban con una regularidad extraordinaria, superando a los mejores relojes de su tiempo.
Con este descubrimiento, Galileo hizo enemigos en el Vaticano porque ahora había descubierto evidencias de que el Sol era el centro del Universo y no la Tierra, pero también hizo amigos, los marineros, que vieron en este reloj del cielo una oportunidad para calcular el tiempo con fiabilidad, y de esta manera saber en qué longitud estaban.
Figura 7. Lippershey con su telescopio.
En esta época los navegantes tenían el grave problema de no saber calcular la longitud en la que se encontraban, para ello necesitaban relojes fiables que todavía no existían. Si no sabes la longitud en alta mar, puede ser muy trágico. Por ejemplo, en 1641 unos piratas de Inglaterra perdieron la mitad de la tripulación porqué no sabían dónde estaban y se quedaron sin agua fresca, o en 1707 la marina británica perdió 21 buques de guerra y 1450 marineros en La Mancha al naufragar por error en la longitud. Por eso, muchos gobiernos ofrecieron premios para quien encontrara la solución. El British Parliament en 1714 llegó a ofrecer dos millones de libras para la solución de este problema, que era entre el 10-20% del presupuesto anual del país. Por eso, toda Europa se puso a trabajar en este tema.
En el año 1670, Romer, estudiando los eclipses del satélite Ío con Júpiter, descubrió que la luz no tiene una velocidad infinita, y fue capaz de calcularla, lo que supuso otra gran revolución. Hay que tener en cuenta que casi todos los científicos y filósofos estaban en contra. Es importante también recordar que, hasta la revolución francesa, todas las universidades en Europa tenían solamente cuatro facultades, que en orden de importancia era: teología, medicina, jurisprudencia y filosofía. No era fácil llegar con nuevos descubrimientos de física o de astronomía. Solamente después de 50 años y otras pruebas, la velocidad de luz fue aceptada por casi todos.
Hasta este momento de la charla, en el siglo XVII, ya se conocían muchas cosas, pero todavía no se sabía dónde se encontraban las estrellas (a qué distancia), ni cuál era la fuente de energía del Sol, ni la edad de las estrellas, ni cómo era su vida.
El problema de la longitud y su solución con las posiciones de los satélites de Júpiter funcionaba muy bien en tierra firme, pero no en un barco. Por eso la solución no llegó de la mano de los astrónomos, sino de un relojero autodidacta, lo que provocó mucho enfado y envidia por parte de los astrónomos.
En el año 1838, Friedrich Wilhelm Bessel encontró la primera distancia de una estrella. Para ello usó una idea de Galileo: el método de la paralaje. Bessel estudió muy bien los catálogos estelares para encontrar las estrellas más cercanas, y escogió la estrella 61 Cyg. Aplicó este método, midió el ángulo de la paralaje y calculó su distancia. Encontró una distancia enorme. Era tan enorme que el propio Bessel se inventó la unidad de medida del año luz, así la luz de esta estrella tardaba 10,28 años en llegar hasta nosotros.
Podemos retomar la pregunta de si el Sol y las estrellas son animales similares. Si cogemos el Sol y lo situamos a la distancia de 61 Cyg, se vería unas 10 veces más brillante que esta estrella. En conclusión, el Sol produce la misma energía que las estrellas, por lo tanto, el Sol y las estrellas pueden ser exactamente lo mismo, pero todavía no se sabía.
¿Las estrellas tienen colores? La respuesta es que sí. ¿Y para qué sirven estos colores? Los colores nos dicen cuál es la temperatura de la superficie de una estrella, es la manera para medir su temperatura. Por ejemplo, os enseño una fotografía de la estrella μ Cephei (figura 8), que recibe el título de estrella granate debido a su intenso color rojo, especialmente si se la observa a través de prismáticos o telescopios pequeños.
Figura 8. μ Cephei
¿De dónde viene la energía de las estrellas? En 1874, el joven alemán Max Planck estaba buscando una especialidad para estudiar y consultando con unos catedráticos le dijeron que el conocimiento de la física estaba llegando a su fin y que sólo quedaban algunos detalles por descubrir, uno de los cuales era el concepto de la energía. Planck, con sus descubrimientos, es considerado el padre de la física cuántica. Con la llegada de la cuántica y la relatividad, toda la física cambió radicalmente, por lo tanto, ¡cuidado con las afirmaciones del futuro de la ciencia que han hecho a veces los propios científicos!
Hay una diferencia fundamental entre la astrofísica y otras ciencias como la química o la biología, porque los astrofísicos no podemos hacer experimentos, no podemos, por ejemplo, doblar el peso del Sol y ver lo que pasaría. Y en este contexto, la estadística juega un papel muy importante.
Para saber más de las estrellas, dos astrofísicos: Hertzsprung (1873-1967) y Russel (1877-1957) usaron la estadística. Elaboraron un diagrama luminosidad-temperatura (figura 9), y pusieron las estrellas conocidas en el diagrama, desde las más frías con 3.000 grados hasta las más calientes con algo más de 30.000 grados. La mayoría de estrellas fueron a parar en la diagonal, algunas en la parte superior derecha y algunas en la parte inferior izquierda. ¡Hacía falta saber el porqué!
Figura 9. Diagrama luminosidad-temperatura de las estrellas.
Todavía no se sabía cual era la fuente de energía de las estrellas. Este conocimiento no llegó de la mano de la astronomía ni de los telescopios sino de dos sitios inimaginables: los aparadores de la gente rica y la cámara oscura del físico francés Antoine Henri Becquerel.
A la gente rica le gustaba tener vidrio de uranio, un material conocido desde la época de los romanos. Se trata de óxido de uranio y sirve para producir pinturas, esmaltes y vidrios extravagantes y extremadamente fluorescentes. Becquerel quiso entender y explicar el secreto del uranio, y en 1896, totalmente por casualidad, encontró manchas en sus placas fotográficas, aunque no había luz que hubiera velado las placas. Buscando la causa, se dio cuenta que lo había provocado unas muestras de uranio cercanas.
La ironía es que Claude Félix Abel Niépce de Saint-Victor ya había descubierto entre 1857 y 1861 que los minerales de Uranio emitían unos “rayos invisibles” que destrozaban las placas fotográficas, pero era demasiado tímido para publicar el resultado.
Este descubrimiento representó una verdadera revolución. Supuso el nacimiento de la física nuclear, y poco tiempo después ya estaba claro que la desintegración radioactiva del uranio era un proceso que producía energía casi 100 millones de veces más potente que las reacciones químicas como la quema del carbón. De esta manera en la década de 1920 ya se tenía el conocimiento para entender porque brillaba el Sol. Ahora bien, mientras que la radioactividad fue un gran descubrimiento para muchas ciencias, la astronomía no le hizo ni caso.
Tres grandes físicos: Hans Bethe, Friedrich von Weizsäcker y Rudolf Kippenhahn descubrieron que, para algunos elementos como el carbón, el oxígeno, hasta el hierro, no se producían desintegraciones, pero sí fusiones, que eran más potentes que las desintegraciones. Pero, lamentablemente, la fusión necesitaba condiciones muy extremas, de temperatura y presión muy altas. Y calculando las condiciones que podía tener el centro del Sol, se vio que no se llegaba a estas condiciones tan extremas, y que por lo tanto la fusión no podía ser la fuente energética del Sol.
Pero estos tres físicos también descubrieron otra cadena de reacciones nucleares que empleaba el carbono, el nitrógeno y el oxígeno como catalizadores (cadena CNO), y con esta cadena ya era posible la fusión del hidrógeno para formar helio en el centro del Sol.
Faltaba la última etapa, descubierta por Rudolf Kippenhahn. En 1960 tuvo acceso a los computadores más avanzados de Alemania y empezó a simular estrellas. Gracias a la bomba nuclear, el conocimiento en la física nuclear había crecido enormemente. Pudo explicar el diagrama HR y confirmar la relación entre la masa de una estrella y su luminosidad, además de calcular el camino de las estrellas en el diagrama y el ciclo de vida de las estrellas (figura 10).
Figura 10. Evolución de las estrellas en el diagrama HR
Las estrellas nacen y se sitúan en la diagonal principal del diagrama HR. Cuando se agota su hidrógeno central se convierten en gigantes rojas y van hacia la zona de las gigantes. Explotan y se convierten en enanas blancas, moviéndose hacia la zona de las enanas.
En resumen, hemos hecho un viaje de más de 2000 años y hemos respondido la pregunta fundamental de porqué brilla el Sol, y hemos confirmado también la hipótesis de que el Sol es una estrella. Recordando a Charlie Chaplin, espero haberos convencido de que el camino para llegar a soluciones en la ciencia puede ser largo, con muchas curvas y fatigoso. La ciencia no es una opinión y a pesar de que a veces los científicos hacen faltas, mienten, son corruptos, etcétera, no hay espacio para pseudociencias ni falsos profetas.
Coloquio
¿Estamos solos en el firmamento?
No lo sabemos, pero sí sabemos que hay una innumerable cifra de galaxias que contienen un innumerable número de estrellas con sus planetas, y por lo tanto hay muchos lugares candidatos a albergar vida. Por eso estoy absolutamente seguro de que se ha formado vida como la del planeta Tierra en muchos sitios. Lo que no sabemos es si esta vida es inteligente o no.
¿Cómo se retroalimenta la energía de las estrellas?
No se retroalimenta. Lo que hacen es fusionar elementos ligeros en elementos más pesados. Al final, quien gana es la gravedad que acaba colapsando los centros estelares. Todavía no sabemos bien cómo se formaron las primeras estrellas que no tenían metales.