¿El Universo es finito o infinito?

La teoría del Universo en expansión dice que el Universo podría expandirse para siempre, cosa que corresponde a un Universo ‘plano’. Y ese es probablemente el modelo del Universo al que nos sentimos más cercanos en la actualidad. Pero también podría ser finito, porque podría ser que el Universo tenga un volumen muy grande ahora, pero finito, y que ese volumen aumente, por lo que solo en el futuro infinito será realmente infinito…

Pero claro no sabemos si el Universo es finito o no. Para dar un ejemplo, imaginemos la geometría del Universo en dos dimensiones como un plano. Es plano, y un plano normalmente es infinito. Pero puedes tomar una hoja de papel ,una hoja de papel ‘infinita’, y puedes enrollarla y hacer un cilindro, y puedes enrollar el cilindro de nuevo y hacer una forma toroidal. La superficie del toroide también es especialmente plana, pero es finita. Así que hay dos posibilidades para un Universo plano: uno infinito, como un plano, y otro finito, como un toroide, que también es plano.

Plano es solo una analogía bidimensional. Lo que queremos decir es que el Universo es ‘Euclidiano’, lo que significa que las líneas paralelas siempre se mueven paralelas, y que los ángulos de un triángulo suman 180º. Ahora, el equivalente bidimensional de eso es un plano, una hoja infinita de papel. En la superficie de ese plano podéis dibujar líneas paralelas que nunca se encontrarán. Una geometría curva sería una esfera. Si dibujáis líneas paralelas en una esfera, estas líneas se encontrarán en un punto determinado, y si dibujáis un triángulo, sus ángulos suman más de 180º. Entonces la superficie de la esfera no es plana. Es un espacio finito pero no es plano, mientras que la superficie de un toroide es un espacio plano.

En la actualidad con nuestros datos del Fondo Cósmico de Microondas podemos probar que el Universo es plano, aún no sabremos si es finito o infinito.

Si el Universo es finito, eso significa que en una geometría bidimensional sería como un toroide. Ahora, pensemos en un toroide. En tal Universo, la luz que viaja sobre la superficie de un toroide puede tomar dos caminos: puede ir por los lados pero también puede ir en línea recta. Esto significa que si el Universo es como un toroide, la luz puede tener diferentes caminos para llegar al mismo punto. Puedes tener un camino largo y un camino corto. Significaría que cuando se mide el fondo cósmico de microondas se verán patrones extraños en el cielo, porque la luz de lejos no nos habría llegado en línea recta debido a la topología del Universo. Entonces, la esperanza sería, eventualmente, buscar esos patrones extraños en el cielo y sabríamos sí es finito.

 Si el Universo fuera finito sería 100 veces más grande que el horizonte, que es la distancia que ha recorrido la luz desde el Big Bang. Eso correspondería al tamaño de la ‘rosquilla’ del toro. Por otro lado, si el Universo fuera realmente infinito, no veríamos ninguna señal de esos patrones peculiares que hemos hablado antes. Lo que realmente podríamos decir en ese caso es que el Universo es más grande que cierto tamaño. Pero si fuera finito podría ser medible.

Podría ser tan grande como 100 veces el horizonte. Eso significa que el Universo sería tanto como 100 mil millones de parsecs, unos 300 mil millones de años luz, si pudiéramos medir la topología…

Anuncios

Un impresionante eclipse en Marte

El rover Perseverance ha capturado un impresionante eclipse de la luna Phobos con el Sol en Marte, el vídeo es realmente impresionante y podemos ver muy bien el contorno de este pequeña luna del planeta rojo:

Crédito: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS/SSI

El rover Perseverance de la NASA usó su sistema de cámaras Mastcam-Z para grabar el anterior vídeo. Es la observación más amplia y con mayor velocidad de fotogramas de un eclipse solar de Fobos jamás tomada desde la superficie marciana.

Varios rovers de Marte han observado el cruce de Phobos frente al Sol durante los últimos 18 años. Spirit y Opportunity hicieron las primeras observaciones en 2004; Curiosity en 2019 fue el primero en grabar un vídeo del evento. Cada vez que se observan estos eclipses, permiten a los científicos medir cambios sutiles en la órbita de Phobos a lo largo del tiempo. Las fuerzas de marea de la luna tiran del interior profundo del Planeta Rojo, así como de su corteza y manto; estudiar cuánto cambia Phobos con el tiempo revela algo sobre cuán resistentes son la corteza y el manto y, por lo tanto, de qué tipo de materiales están hechos.

Marte tiene dos pequeños satélites; Phobos y Deimos. Estas lunas fueron descubiertas en 1877 por el astrónomo estadounidense Asaph Hall.

lunas marteFobos y Deimos, fotografiados por la sonda Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), son pequeñas lunas, de forma irregular. Créditos: NASA, MRO.

Phobos mide unos 22 km de diámetro, y orbita Marte a una distancia de 9.234,42 kilómetros cuando está en el perigeo (más cerca de Marte) y 9.517,58 kilómetros cuando está más alejado (apoapsis). A esta distancia, Phobos está por debajo de la altitud sincrónica, lo que significa que tarda sólo 7 horas en orbitar Marte.

Phobos está muy cerca del planeta rojo con lo que está muy afectado por las fuerzas de marea, con lo que poco a poco se está rompiendo. Se pueden ver esas grietas en la superficie del satélite.

FobosImagen: Las ranuras de la luna Phobos, producidas por las fuerzas de marea (la atracción gravitatoria mutua del planeta y la luna). Créditos: NASA / JPL-Caltech / Universidad de Arizona

Entre 30 a 50 millones de años se romperá a trocitos creando un pequeño anillo alrededor del planeta, posiblemente se podría observar con telescopios desde la Tierra (sí es que queda alguien en la Tierra para esas fechas…) o también sería una vista impresionante para los posibles habitantes del planeta Marte sí por fin nos decidimos a viajar y vivir en otros planetas.

Deimos mide alrededor de 12 km  y orbita el planeta a una distancia de 23.455,5 kilómetros (perigeo) y 23.470,9 kilómetros (apoapsis). Tiene un período orbital más largo, costandole 1,26 días en completar una rotación completa alrededor del planeta.

Los científicos creen que estos dos satélites son asteroides que fueron capturados por la gravedad del planeta. Otra posibilidad es que las dos lunas se formaran a partir de material que quedó sin acretar tras la formación del planeta Marte. Sin embargo, si esto fuera cierto, sus composiciones serían similares a la de Marte, más que similar a la de los asteroides. Una tercera posibilidad es que un cuerpo impactó en la superficie de Marte, expulsando materia al espacio y los restos crearon esas dos lunas, de forma similar a como se cree que se formó la Luna de la Tierra.

Anuncios

Los diferentes colores de las estrellas. ¿Por qué tienen esos colores?

Las estrellas muestran multitud de colores, incluidos rojo, naranja, amarillo, blanco y azul entre otros muchos. Las estrellas no son todas del mismo color porque no todas tienen temperaturas idénticas ya el color que veamos depende de su temperatura. Para definir el color con precisión, los astrónomos han ideado métodos cuantitativos para caracterizar el color de una estrella y luego usar esos colores para determinar las temperaturas estelares. 

Imagen del telescopio espacial Hubble de la nube estelar de Sagitario.  La imagen muestra muchas estrellas de varios colores, blancas, azules, rojas y amarillas repartidas sobre un fondo negro.  Los colores de estrella más comunes en esta imagen son el rojo y el amarillo.
Esta imagen, que fue tomada por el Telescopio Espacial Hubble, muestra estrellas en dirección al centro de la Vía Láctea. El color de una estrella indica su temperatura. Las estrellas azul-blancas son mucho más calientes que el Sol, mientras que las estrellas rojas son más frías. En promedio, las estrellas en este campo están a una distancia de unos 25.000 años luz (lo que significa que la luz tarda 25.000 años en recorrer la distancia que nos separa de ellas) y el ancho del campo es de unos 13,3 años luz. (crédito: Equipo del Patrimonio del Hubble (AURA/STScI/NASA))

Color y Temperatura

La llamada ley de Wien relaciona el color estelar con la temperatura estelar . Los colores azules dominan la salida de luz visible de las estrellas muy calientes (con mucha radiación adicional en el ultravioleta). Por otro lado, las estrellas frías emiten la mayor parte de su energía de luz visible en longitudes de onda rojas (con más radiación proveniente del infrarrojo). Por lo tanto, el color de una estrella proporciona una medida de su temperatura superficial intrínseca o verdadera (aparte de los efectos del enrojecimiento por el polvo interestelar). El color no depende de la distancia al objeto. El color de un semáforo, por ejemplo, parece el mismo por muy lejos que esté. Si de alguna manera pudiéramos tomar una estrella, observarla y luego moverla mucho más lejos, su brillo aparente (magnitud) cambiaría. Pero este cambio de brillo es el mismo para todas las longitudes de onda, por lo que su color seguiría siendo el mismo.

Ejemplos de colores de estrellas y temperaturas aproximadas correspondientes
Color de la estrellaTemperatura aproximadaEjemplo
Azul25.000ºCSpica
Blanco10.000ºCVega
Amarillo6000 ºCSol
Naranja4000ºCAldebarán
Rojo3000ºCBetelgeuse

Muy interesante esta simulación interactiva para ver cómo cambia el color:

https://phet.colorado.edu/sims/html/blackbody-spectrum/latest/blackbody-spectrum_en.html

Las estrellas más calientes tienen temperaturas de más de 40 000ºC, y las estrellas más frías tienen temperaturas de alrededor de 2000 ºC. La temperatura de la superficie de nuestro Sol es de alrededor de 6000 ºC; su color de longitud de onda máxima es ligeramente amarillo verdoso. En el espacio, el Sol se vería blanco, brillando con aproximadamente la misma cantidad de longitudes de onda de luz rojizas y azuladas. Se ve algo amarillo visto desde la superficie de la Tierra porque las moléculas de nitrógeno de nuestro planeta dispersan algunas de las longitudes de onda más cortas (es decir, azules) de los rayos de luz solar que nos llegan, dejando atrás más luz de longitud de onda larga. Esto también explica por qué el cielo es azul: el cielo azul es la luz del sol dispersada por la atmósfera de la Tierra.

Índices de color

Para especificar el color exacto de una estrella, los astrónomos normalmente miden el brillo aparente de una estrella (discutido en Luminosidad y brillo aparente ) a través de filtros, cada uno de los cuales transmite solo la luz de una banda estrecha particular de longitudes de onda (colores). Un ejemplo crudo de un filtro en la vida cotidiana es una botella de refresco de plástico de color verde que, cuando se sostiene frente a los ojos, solo deja pasar los colores verdes de la luz.

Un conjunto de filtros de uso común en astronomía mide el brillo estelar en tres longitudes de onda correspondientes a la luz ultravioleta, azul y amarilla. Los filtros se nombran: U (ultravioleta), B (azul) y V (visual, para amarillo). Estos filtros transmiten luz cerca de las longitudes de onda de 360 ​​nanómetros (nm), 420 nm y 540 nm, respectivamente. El brillo medido a través de cada filtro se suele expresar en magnitudes. La diferencia entre cualquiera de estas dos magnitudes, por ejemplo, entre las magnitudes azul y visual (B–V), se denomina índice de color.

Para saber más:

El verdadero color del Sol

El color de las estrellas fugaces

Radiación electromagnética

Anuncios

¿POR QUÉ NO PODEMOS VIAJAR A LA VELOCIDAD DE LA LUZ?

La velocidad de la luz en el vacío es un límite de velocidad cósmico absoluto. Nada puede ir más rápido que los casi 300.000 km/s que es la velocidad de la luz.

 De acuerdo con las leyes de la física, a medida que nos acercamos a la velocidad de la luz, tenemos que proporcionar más y más energía para que un objeto se mueva. Para alcanzar la velocidad de la luz, necesitarías una cantidad infinita de energía, cosa que es imposible.

Es posible que hayais escuchado alguna vez que un objeto que viaja a la velocidad de la luz gana una masa infinita, pero eso no es exactamente cierto. El objeto en realidad no gana masa física, pero se comporta como si lo hubiera hecho. Por ejemplo, si una persona de 65 kg viajara al 50 % de la velocidad de la luz, se comportaría como si tuviera una masa de 87 kg. Al 90%, se comportaría como si pesara 172 kg.

Entonces, si la masa no puede viajar a la velocidad de la luz, ¿cómo puede hacerlo la luz? La luz está formada por fotones, que son  partículas sin masa  y, por lo tanto, no requieren energía para moverse, la naturaleza es muy sabia…

Explicación genial del gran Carl Sagan de la velocidad de la luz:

Otras cosas curiosas que ocurren al viajar a la velocidad de la luz es la llamada dilatación del tiempo. El tiempo se ralentiza a medida que te acercas a la velocidad de la luz y cuando la alcanzas, el tiempo se detiene. Para un fotón no existe el tiempo, todo sucede instantáneamente. 

La dilatación del tiempo nos afecta todo el tiempo en la vida cotidiana, pero sus efectos son tan pequeños que no podemos verlos. Según la teoría de la relatividad, “los relojes en movimiento van lentos”. Lo que significa que si arrojas tu reloj por un precipicio, la hora que muestra estará ligeramente atrasada con respecto a un reloj que no haya sido arrojado por un precipicio. Este es el caso de todos los relojes, mecánicos y biológicos. En realidad, envejeces más lentamente a velocidades tan altas, pero tendrías que viajar bastante rápido para notar una gran diferencia. Por ejemplo, alguien que ha estado en la estación espacial internacional durante 6 meses habrá envejecido 0,005 segundos menos que alguien aquí en la tierra. La ISS viaja alrededor de la tierra una vez cada 90 minutos, pero aún así es solo el 0,003% de la velocidad de la luz. 

Imaginemos que viajamos en una nave espacial al 98% de la velocidad de la luz durante unos minutos… ¿Qué veríamos?

Si pudiéramos ver lo que está pasando, una persona que viaja hacia nosotros a la velocidad de la luz parecería azul, ya que las ondas de luz que rebotan en ellos y en su ojo se habrán aplastado y compactado, acortando la longitud de onda. A esto lo llamamos corrimiento al azul. De manera similar, si la persona estuviera viajando alejándose de nosotros las ondas de luz se estirarían, lo que haría que la longitud de onda fuera más larga y aparecerían rojas, y a eso lo llamamos corrimiento hacia el rojo. Para la persona que viaja a la velocidad de la luz, todo lo que se encuentre frente a ella se aplastará en lo que parece un túnel borroso, el anillo exterior del túnel aparecerá rojo y el interior azul…

Sí alguna vez viajáis a esa velocidad será alucinante!!!

Anuncios