609 76 52 51 -- ASSOCIACIÓ ASTRONÒMICA SANT CUGAT-VALLDOREIX astronomia-junta@astronomia.cat

CONFERÈNCIA: “LES ONES GRAVITACIONALS: UNA NOVA REVOLUCIÓ EN ASTRONOMIA ”

Ressenya Dr. Carlos F. Sopuerta
dia 16 de Febrer 1017

El doctor Carlos F. Sopuerta destaca la importància de les ones gravitacionals confirmant la predicció de la Teoria de la Relativitat General d’Albert Einstein de 1915

Per primera vegada, els científics han observat ondulacions en el teixit de l’espai-temps: ones gravitacionals, que arriben a la Terra procedents d’un esdeveniment catastròfic: el xoc de dos forats negres. Això confirma una important predicció de la teoria de la relativitat general d’Albert Einstein de 1915 i obre una nova finestra sense precedents per l’estudi de l’Astronomia. Les ones gravitacionals porten informació sobre els turbulents  orígens del Cosmos i sobre la naturalesa de la gravetat que no pot obtenir-se d’una altra manera. Els físics han arribat a la conclusió que les ones gravitacionals detectades varen ser produïdes durant l’última fracció de segon de la fusió de dos forats negres per produir-ne un de sol  més massiu en rotació. Aquesta col·lisió de dos forats negres havia estat predita però mai abans havia estat observada. Mai fins ara s’havia pogut escoltar, literalment, el so que es genera quan es produeix un xoc entre dos forats negres. El so és el resultat d’aquestes ones que viatgen per l’ Univers i que tenen el seu origen allà on s’ha produït una fusió. Les ones que han detectat els científics provenen del xoc de dos gegantins forats negres —amb una massa fins a 36 vegades superior a la del Sol. La topada entre els dos forats va generar una energia que es va transformar en ones 1.300 milions d’anys després aquestes ones han arribat, vibrant i viatjant pel temps i l’espai, fins a la Terra, on han estat detectades pels científics el 14 de setembre de 2015. En cada observatori, els interferòmetres LIGO de quatre quilòmetres de llarg en forma de L utilitzen llum làser separada en dos feixos que van i vénen dins els braços (tubs de més d’un metre de diàmetre guardats en un buit gairebé perfecte). Els feixos s’utilitzen per controlar la distància entre els miralls posicionats de forma molt precisa als extrems dels braços. D’acord amb la teoria d’Einstein, la distància entre els miralls canviarà una quantitat infinitesimal quan una ona gravitacional passi pel detector. Es pot detectar canvis en les longituds dels braços més petits que la deumil·lèsima part del diàmetre d’un protó (10-19 metres). Són necessaris observatoris independents i àmpliament separats per determinar la direcció de l’esdeveniment que causa les ones gravitacionals, i també, per verificar que els senyals procedeixen de l’espai i no són d’algun altre fenomen local. Comenta el ponent, la importància de la gravetat dient que,  la gravetat és la força d’atracció mútua que experimenten els cossos pel fet de tenir una massa determinada. L’existència d’aquesta força va ser establerta pel matemàtic i físic anglès Isaac Newton al s. XVII, i enllaçant amb La teoria de la relativitat especial, formulada per Albert Einstein el 1905, comenta que constitueix un dels avenços científics més importants de la història. Va alterar la nostra manera de concebre l’espai, l’energia, el temps i va tenir fins i tot repercussions filosòfiques, eliminant la possibilitat d’un espai / temps absolut en l’Univers. Amb la teoria de la relativitat especial, la humanitat va entendre que el que fins ara havia donat per fet que era una constant, el temps, era en realitat una variable. No només això, sinó que l’espai també ho era i que tots dos depenien, en una nova conjunció espai. Einstein tenia raó: les ones gravitacionals existeixen. Les ones gravitacionals viatgen a la velocitat de la llum i, per tant, deformen tant l’espai com el temps. Els nous observatoris, com  LIGO o  LISA tenen la capacitat per veure i escoltar què ha passat a més de 1.000 milions d’anys llum de la Terra. Una informació que podria qüestionar tot el que se sap fins ara, inclòs el Big Bang. De què parlem exactament quan parlem d’ones gravitacionals? Doncs d’ones que viatgen a la velocitat de la llum i, per tant, deformen tant l’espai com el temps, que s’accelera o es desaccelera al seu pas. S’originen com a conseqüència del fenomen més violent que té lloc en l’Univers: les explosions que es produeixen quan es moren les estrelles i els xocs entre forats negres. Fenòmens que alliberen impressionants quantitats d’energia. I què en queda de tota l’energia que es desprèn després d’un esdeveniment d’aquesta magnitud? El que queda són les ones gravitacionals, viatjant a la velocitat de la llum, deformant el temps i l’espai, modificant fins i tot la distància que separa els planetes. Fins ara tot el que sabíem sobre l’Univers era après a través de la llum; el fet de detectar les ones gravitacionals, suposa utilitzar l’oïda perquè es pot escoltar el finíssim so que produeixen. A través d’aquest so es podrà descobrir un Univers desconegut fins avui. De fet, segueix comentant el ponent, les ones gravitacionals són veritablement, una predicció de la teoria general de la relativitat, publicada per Einstein cent anys enrere. Així, doncs, les ones gravitacionals són una predicció de la teoria general de la relativitat, que va publicar Einstein fa cent anys. Aquesta teoria ens explica la gravetat, com interacciona. I la particularitat de la teoria d’Einstein és que va introduir aquesta novetat que relaciona la massa i l’energia amb la geometria de l’espai i del temps; va enllaçar aquests dos conceptes que abans, des de Newton, no es relacionaven. És a dir, per una banda hi havia el temps, i per una altra l’espai. Einstein els va unir i, a conseqüència d’això, si hi havia masses que es movien molt de pressa, l’una al voltant de l’altra en processos molt energètics, aquest teixit, que és el que anomenem espai-temps, es veuria pertorbat. I les ones gravitacionals són precisament aquestes pertorbacions que surten d’un sistema on hi ha masses en moviment. Unes masses que produeixen unes radiacions que es propaguen per l’espai i que són aquestes ones gravitacionals.

Carme Mas-AASCV

CONFERÈNCIA: “CAP A LA LLUNA I MART: RECURSOS NATURALS PEL DESENVOLUPAMENT SOSTENIBLE D’ASSENTAMENTS PLANETARIS”

Ressenya Dr. Ignasi Casanova dia 9 de Febrer 1017

El doctor Ignasi Casanova destaca la importància de la sostenibilitat en les exploracions a la Lluna i Mart

El concepte de desenvolupament sostenible ha arribat a l’espai. Ja no només podem parlar de satisfer les necessitats de les generacions presents sense comprometre les capacitats de les generacions futures a la Terra, sinó que ara ho hem de començar a plantejar des de l’exterior del planeta. Amb aquesta reflexió va començar ahir el doctor Ignasi Casanova la conferència organitzada per l’Associació Astronòmica Sant Cugat-Valldoreix, on va fer referència a l’obtenció dels recursos naturals primordials per poder continuar explorant la Lluna i Mart, els nostres veïns més coneguts.

El doctor en Ciències Geològiques i col·laborador en projectes de la Agència Espacial Europea com la sonda SMART-1 va centrar la xerrada en dos aspectes: l’obtenció d’oxigen i la instal·lació de centres de treball en la superfície de la Lluna i Mart. Això sí, sempre respectant a la sostenibilitat del satèl·lit i del planeta vermell.

El doctor Casanova va explicar les formes d’obtenir oxigen a la Lluna i Mart: la ilmenita i el gel

L’oxigen a la Lluna: Ilmenita

Tot fent un repàs de les diverses missions lunars que s’han realitzat durant les últimes dècades, el doctor Casanova va fer referència a la gran quantitat d’oxigen que un humà consumeix cada dia i la possibilitawt d’extreure la mateixa capacitat d’un ambient inhòspit com és el nostre satèl·lit. Com que transportar l’oxigen des de la Terra resulta un projecte excessivament car i inviable, la millor solució arriba amb l’estudi de diferents possibilitats per tal d’aconseguir l’oxigen ‘in situ’. Així, és de vital importància trobar recursos naturals a l’exterior que ens ho puguin proporcionar, com la ilmenita. La ilmenita és una pedra que es troba a la superfície lunar i que té una composició basada en el ferro, el titani i l’oxigen i que, per tant, pot arribar a ser extret si se li aplica una certa pressió i temperatura. A més, el doctor Casanova va explicar diverses missions que corroboren aquestes informacions, com la Lunar Prospector el 1998.

Mart: semblances amb la Terra

A Mart la situació és una mica més favorable. Segons ens va explicar el geòleg, tot i que actualment no es pot trobar aigua en estat líquid, la missió Viking que va tenir lloc el 1976 va donar evidències d’aigua física al planeta vermell. Quan les imatges que el robot va realitzar van ser calibrades i acolorides, els científics van poder observar que en determinats moments la poca aigua present al planeta es condensa i es diposita a la superfície, com si es tractés de gel. Així doncs, no és necessari buscar ilmenites o minerals que continguin oxigen al seu interior, sinó que l’existència de gel ja facilita aquesta tasca. A més, les semblances geogràfiques de Mart amb la Terra arriben fins a un punt que al planeta vermell s’hi poden observar hemisferis i, fins i tot, casquets polars amb cràters que contenen aigua gelada.

Instal·lacions al Sistema Solar

El doctor Casanova va fer èmfasi als programes de recerca per assentar les primeres bases a la Lluna i Mart que diversos països com Xina, Japó i els Estats Units porten anys preparant. A la Lluna l’absència d’atmosfera fa que el primer perill existent sigui la radiació solar, de la qual ens hem de protegir, però com que la pols de la superfície lunar és molt fina i té una elevada càrrega electrostàtica degut a la radiació solar no és possible apilar sorra i fer una base, així que de moment continua l’estudi per trobar una solució. D’altra banda, a Mart aquest problema es pot solucionar més ràpid, ja que sí que existeix atmosfera. La idea que va plantejar el geòleg va ser la instal·lació de laboratoris que permetin aprofitar els recursos ‘in situ’ i que poden formar part de les mateixes naus que transportin els astronautes a Mart. Tot i això, encara no s’ha trobar un mètode que garanteixi que un humà arribi sa i estalvi a la superfície del planeta vermell, ja que la radiació que rebria durant el viatge no es pot fer front amb la tecnologia actual.

Sigui com sigui, ha de ser sostenible

A les primeres exploracions a la Lluna, els humans vam tenir poca cura amb la sostenibilitat del satèl·lit. Per exemple, el doctor Casanova va presentar dos vídeos on es podia observar situacions en què es posava sota perill la sostenibilitat de la Lluna, com pot ser els danys que va provocar l’aterratge i l’enlairament de la nau, que van aixecar

una quantitat de pols que es calcula romandrà a l’espai lunar al voltant de 2.000 anys. Per tant, és de vital importància que no posem en perill les possibilitats de les generacions futures de trobar condicions de vida a l’exterior de la Terra.

El geòleg va posar punt i final a una interessant conferència que va tenir molts moments d’interacció amb el públic amb una frase que va esperançar les persones que van acudir ahir a la nit al Museu de Sant Cugat: “Si hem de tornar, que sigui per quedar-nos-hi”.

Carme Mas-AASCV

CONFERÈNCIA:“HISTÒRIA DE LES ATMOSFERES TERRESTRES: ASTROFÍSICA, GEOLOGIA I VIDA”

Ressenya Dr. David Jou
26 gener 2017

Dr. DAVID JOU – Prof. Dr. Prof. H.C. –
Doctor en Ciències per la Universitat Autònoma de Barcelona
Catedràtic de Física de la Matèria Condensada
Honors:
Membre de la Secció de Ciències i Tecnologia de l’Institut d’Estudis Catalans.
Membre de la Reial Acadèmia de Doctors
Membre corresponent de la Real Acadèmia de Ciències Física, Químicas y Naturalesa de Madrid
Membre de l’Acadèmia  Peloritana de Messina.
Ha rebut diversos premis de recerca:
Rei Juan Carlos I, Ciutat de Barcelona,
Medalla Narcís Monturiol, Eduard Fontserè,
Premi Crítica Serra d’Or de Recerca.
Autor de diversos llibres de poemes, alguns han estat traduïts a l’anglès a l’alemany  al castellà al francès  i al rus.

En la història de la Terra trobaríem 4 atmosferes, la primera estaria formada pels gasos de la nebulosa primigènia i hauria desaparegut ràpidament. En aquesta fase la Terra podria haver estat un gegant gasós, i va quedar com a planeta rocós quan van desaparèixer aquests gasos. La segona seria producte dels gasos retinguts entre les roques i estaria formada per hidrogen , carboni i nitrogen i formarien compostos com el amoníac (NH 3 ) i el metà (CH 4 ), així com vapor d’aigua . Aquesta segona atmosfera es formaria ja amb una escorça freda, refredada ràpidament per radiació. L’hidrogen tendeix a escapar-se de la Terra però va ser molt abundant durant els primers estadis de l’atmosfera; almenys fins fa uns 3.500 o 3.000 milions d’anys; el que vol dir que era una atmosfera reductora , i això explica la composició química i té influència en la biogènesi . Després de la pèrdua total de l’hidrogen lliure apareix la tercera atmosfera, rica en CO 2 i N 2 a causa de que es mantindria l’equilibri de les reaccions químiques i aquests compostos són més abundants. Aquesta atmosfera permetria la formació de compostos complexos de carboni en condicions abiòtiques. La transformació hauria tingut lloc fa uns 3.000 milions d’anys i el seu en aparició haurien tingut un protagonisme notable els éssers vius. Aquest tipus d’atmosferes es troben en Venus i Mart . A la Terra la major part del CO 2 es troba atrapat en les roques calcàries (CaCO 2 ). Tan sols una mil·lèsima part del CO 2 (0,03%) es troba lliure en l’atmosfera. És en presència de l’aigua com el CO 2 es combina amb el calci per formar pedra calcària.  La quarta atmosfera és l’actual. Té com a novetat la presència abundant d’oxigen (21%). L’oxigen és producte de la fotosíntesi, que a partir del H 2 O allibera O 2 i incorpora l’hidrogen a la seva estructura, juntament amb el CO 2 . La transició va ser lenta. Fa uns 1.800 i 1.400 milions d’anys hauria tan sols un 0,21% d’oxigen. Fins i tot, fa uns 400 milions d’anys, quan ja existien la major part de les famílies animals tan sols hi havia un 2,1% d’oxigen en l’atmosfera. Hi ha proves geològiques que avalen l’existència d’una atmosfera primitiva pobra en oxigen, com l’existència d’ uraninita , ilmenita i pirita , així com altres sulfurs metàl·lics i sediments ferruginosos que són inestables en presència d’oxigen i la estratigrafia indica que en aquell temps van estar en contacte amb l’atmosfera. Els estrats més joves en els quals es troba aquests compostos daten de fa 1.800 milions d’anys, per tant fins a aquesta època la proporció d’oxigen en l’atmosfera va haver de ser menor de l’1%. Però és en aquesta mateixa època quan apareixen els assedegats amb hematites (Fe 2 O 3 ) la presència exigeix una atmosfera amb més d’un 1% d’oxigen. Molt possiblement en aquesta època la concentració d’oxigen variés amb la localització geogràfica, associada a l’abundància de colònies de microorganismes fotosintetitzadors. Així doncs s’alternaria una atmosfera reductora i una altra oxidant. Només després d’haver consumit el Fe ++ de l’aigua de la mar, després d’haver-se combinat amb l’oxigen, aquest va començar a alliberar-se en l’atmosfera. No va ser fins que la proporció d’oxigen va ser notable quan van començar a aparèixer organismes que respiraven oxigen. En aquesta època també va aparèixer el ozó (O 3 ) en alçada, el que va reduir el percentatge de llum ultraviolada que arribava a la superfície de la Terra i es va poder colonitzar. L’ozó apareix per l’acció de la llum ultraviolada sobre l’oxigen lliure, així que no va poder aparèixer fins que no hi va haver oxigen suficient.
Així, doncs, la consolidació de la Terra tindria tres estadis , al qual corresponen tres atmosferes diferents: la fase del vulcanisme primari, la fase tectònica, meteorits i radioactivitat i, per últim, la fase d’estadi biològic: la vida que sorgir de la Terra (de l’aigua soterrada).
La fase de vulcanisme primari dura molt poc, entre els 4.500 i els 4.000 milions d’anys. Es caracteritza perquè el nucli de la Terra encara no estava format i els materials patien ràpids reordenaments. La Terra seria bombardejada per meteorits contínuament. Se suposa que la temperatura de la Terra era de 1.200 ºC que és la temperatura dels magmes actuals. Hauria gran quantitat de gasos a l’atmosfera, però molt poc oxigen. A aquestes temperatures dels gasos majoritaris serien: hidrogen, vapor d’aigua , nitrogen , monòxid de carboni i sulfur d’hidrogen . En menor quantitat es trobaria el diòxid de carboni i el sofre i només hi hauria traces de metà i diòxid de sofre . Se suposa que amb aquesta composició de l’atmosfera la pressió seria entre la meitat i el doble que l’actual. Si la temperatura de l’atmosfera fora de 25ºC la pressió seria molt alta i permetria la pluja. Les partícules emeses pels volcans dificultaria l’acció de la radiació solar, sobretot la radiació infraroja , ja que la ultraviolada travessaria l’atmosfera sense problemes. La calor i l’aigua facilitarien les reaccions químiques i la biogènesi . Aquesta teoria suposa pluges freqüents, però no explica com és possible la pluja en una Terra tan calent. La fase de vulcanisme es caracteritza per l’organització del nucli terrestre, que va augmentar la seva temperatura gràcies a la pressió i la radiació dels seus components. En ell es va acumular la major part del ferro i la níquel del planeta. Aquest «encès» del nucli va tenir lloc fa uns 4.000 milions d’anys. La teoria suposa que les quantitats d’oxigen en l’atmosfera era unes 100.000 vegades més gran que a la primera atmosfera, però els seus percentatges eren encara molt petits. Aquest augment de l’oxigen en l’atmosfera es deuria al fet que en acumular el ferro en el nucli, i no presentar-se en forma de òxid ferrós , l’oxigen que abans formava en òxid es va alliberar. Se suposa que la temperatura de la superfície terrestre era molt elevada, encara que menor que en l’etapa anterior. Obria oceans d’aigua, cada vegada més salada. L’aigua seria cent vegades més abundant que l’hidrogen. El CO 2 quaranta vegades més abundant que el CO. Els gasos majoritaris a l’atmosfera serien el vapor d’aigua, el diòxid de carboni, el nitrogen i el diòxid de sofre. Gasos minoritaris serien el sofre i el monòxid de carboni i hauria traces de metà, sulfur d’hidrogen i hidrogen. Les pluges serien abundants. Aquesta atmosfera dominaria des de fa uns 4.000 milions d’anys fins fa uns 2.000 o 1.500 milions d’anys. En aquest lapse de temps l’activitat volcànica aniria disminuint, així com la caiguda de meteorits, i per tant la temperatura també disminuiria per radiació.

L’última fase és la de estadi biològic . A aquesta fase correspon la formació de l’atmosfera actual. Es caracteritza per l’aparició d’organismes fotosintetitzadors que alliberen oxigen a l’atmosfera. Sense l’aportació de la vida l’oxigen es produeix per la descomposició de la molècula d’aigua a causa de l’acció de la radiació ultraviolada en l’alta atmosfera, però l’hidrogen s’escapa ràpidament i l’oxigen reacciona aviat amb altres compostos, de manera que hi ha molt poc oxigen lliure. La fase de l’oxigen lliure a l’atmosfera va començar fa uns 2.000-1.800 milions d’anys i és la nostra atmosfera actual en què els gasos majoritaris són nitrogen, oxigen, argó , CO 2 i vapor d’aigua. A mesura que l’oxigen s’anava fent més abundant a l’atmosfera la radiació ultraviolada anava formant en alçada ozó O 3 , i va esdevenir una capa capaç d’absorbir aquesta radiació, disminuint el seu impacte sobre la superfície de la Terra. Van aparèixer, llavors, els organismes multicel·lulars en superfície i en els continents. D’això fa uns 600 milions d’anys.
Atmosfera i origen de la vida: Un factor important per a la formació de la vida és la temperatura de l’escorça terrestre. En aquest model ha de ser freda, així que se suposa que és en fred per radiació molt ràpidament, o bé suposa que si els primers estadis d’agregació es puguin fer en calent els últims es van deure fer en fred. Després de la formació de l’escorça terrestre la temperatura depenia de la radiació solar, i de l’efecte hivernacle. Al efecte hivernacle tindria molta importància el vapor d’aigua, l’amoníac, el metà i el CO 2 . Càlculs teòrics indiquen que la temperatura de l’aire fa uns 4.000 milions d’anys era de 130 ºC i fa 2.500 milions d’anys seria més o menys l’actual. No obstant això, aquests càlculs impliquen que en l’atmosfera hauria alts percentatges d’hidrogen, cosa improbable. Si en lloc d’un alt contingut d’hidrogen hagués un baix contingut d’amoníac, cosa molt més probable causa de l’equilibri de les reaccions químiques els càlculs llancen temperatures de l’atmosfera molt similars a les actuals des de fa 4.000 milions d’anys. No obstant això, resultats experimentals sobre les relacions de isòtops de 18O / 16O i 2D / 1H semblen indicar que fa uns 1.800 milions d’anys la temperatura de l’atmosfera era d’uns 20 o 30 ºC, fa uns 2.000 milions d’anys al voltant dels 38 ºC i fa 3.000 milions d’anys estava entre 65 i 70 ºC, encara que aquests isòtops es poden haver modificat.

Carme Mas – AASCV

Translate »