sábado, 22 de julio de 2017

Pronóstico nublado

La semana pasada el robot Juno, en órbita de Júpiter, en su séptima aproximación al planeta gigante sobrevoló la famosa Gran Mancha Roja. Las imágenes de JunoCam son difíciles de procesar, pero por suerte en Unmannedspaceflight hay gente que hace maravillas. He recortado y retocado algunas para mostrar aquí; como ésta, basada en una de Gerald Eichstädt:


Vista de cerca, la Gran Mancha Roja se manifiesta como algo nunca visto en la Tierra, un maelstrom de tormentas adentro de tormentas. Es tan grande que podría tragarse a la Tierra entera, como en este montaje hecho por Seán Doran, también basado en una imagen de Gerald (uno de los magos que descubrió cómo procesar las imágenes raw de JunoCam). Júpiter es realmente inmenso. Mil Tierras cabrían dentro. Todos los planetas del sistema solar, incluso los otros gigantes, cabrían dentro a la vez. Es una joya única de nuestro sistema solar, y bien vale la pena entender cómo funciona.

En el punto más bajo de cada órbita, Juno sobrevuela Júpiter a pocos miles de kilómetros de altura. Está pasando mucho más cerca que los exploradores anteriores, New Horizons, Cassini, Galileo, las Voyager y las Pioneer. Tan cerca que estamos viendo el relieve de los topes de las nubes. En la imagen de arriba, la de la Mancha Roja, se ve un grupo apretado de granitos, justo fuera de la región central oscura que parece más profunda (entre "las 4" y "las 6"). Deben ser fenómenos de convección vertical, como los cumulonimbus terrestres (cada uno del tamaño de una provincia, eso sí). En algunas regiones de nubes blancas (amoníaco suele ser) se han ganado el sobrenombre de "pochoclo":


Aquí las vemos formando parte de algo que se parece a las squall lines (no tengo idea de si hay una palabra en castellano), esas líneas de tormentas características de los frentes fríos:


En las regiones polares, que nunca habíamos visto de frente (ya no de cerca), Juno está revelando océanos de ciclones de una preciosidad difícil de expresar:


Los contrastes entre las zonas y los cinturones, lo frío y lo menos frío, lo que sube y lo que baja, los amoníacos y los sulfuros, los ciclones y los anticiclones, los vientos de cizalla, las inestabilidades y la turbulencia, dan una variedad de nubes que parece no tener fin. Esta imagen muestra una de las llamadas barcazas, del color de la Gran Mancha Roja, navegando entre dos óvalos blancos mientras cae la noche...


JunoCam toma unas imágenes de ángulo muy grande, que producen una perspectiva inusual. La siguiente es un ejemplo de esto, imaginen que están volando en un avión a gran altura y toman una foto panorámica muy ancha hacia abajo, de horizonte a horizonte. Creo que aquí vemos la Mancha Roja Jr. La región hacia la derecha es el comienzo del casquete polar, con sus vórtices azules. Y hacia la izquierda quedan las regiones templadas, con la Gran Mancha Roja ya tras el horizonte. (La imagen es también de Doran, basada en una de Eichstädt.)


Los instrumentos de Juno están diseñados para observar el interior de Júpiter, no su superficie. Pero era una picardía mandar a Júpiter un robot sin ojos, y por suerte a último momento le enchufaron JunoCam, un dispositivo más de public outreach que de observación científica. No sabemos cuánto durará, ya que el ambiente que atraviesa Juno es muy radiactivo y no se espera que la cámara aguante todas las órbitas de la misión.

No puedo cerrar sin mostrar el cambio sufrido por la Gran Mancha Roja desde la visita de Voyager 1 en 1979. Era casi tres veces más ancha que ahora, que es casi circular. Existe desde hace un par de siglos por lo menos, cuando era todavía más grande. ¿Qué pasará en el próximo siglo? ¿Desaparecerá, tal vez siendo reemplazada por otra tormenta gigante y estable? Ésta es una imagen procesada por otro de los genios aficionados, Björn Jónsson:



Las imágenes son de NASA/JPL, procesadas por Björn Jónsson, Gerald Eichstädt, Seán Doran, Damia Bouic y yo mismo. Bájenlas para verlas a pantalla completa. Las reduje bastante, a 1200 píxels de ancho, para meterlas en esta nota, pero las de resolución completa son más impresionantes. Al que le gusten, le recomiendo visitar regularmente unmannedspaceflight.com

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sábado, 15 de julio de 2017

El bastión florido

En Gorizia, ciudad pequeña cerca de Trieste, hay un castillo precioso. La fortificación data del siglo XI, y fue ampliada, mejorada y modificada a lo largo de los siglos. A principios del siglo XX ya casi no tenía aspecto de castillo medieval. Pero en la Primera Guerra Mundial, cuando Gorizia se encontró en medio de las tremendas doce batallas del río Isonzo, el castillo resultó severamente dañado. Fue restaurado (andá a saber con cuánta fidelidad) y hoy en día tiene de nuevo un impresionante aspecto medieval, en el punto más alto de la ciudad:


Al entrar al castillo me encontré con la bienvenida de un personaje inesperado en el Friuli: Edmond Halley, empelucado y de tamaño natural. El cartel dice:

In molti conoscono la cometa che porta il mio nome: Edmond Halley —scienziato e ingeniere inglese ma pochi sanno che le mura e i bastioni del Castello di Gorizia sono, in parte, opera mia.*

*¿Necesito traducir del italiano? Bueno: Muchos conocen el cometa que lleva mi nombre: Edmond Halley científico e ingeniero inglés pero pocos saben que los muros y baluartes del Castillo de Gorizia son, en parte, obra mía.

¿Ingeniero? Para mí Halley había sido un destacado astrónomo, amigo de Newton y fundamental en la publicación de los Principia Mathematica. No lo tenía como ingeniero. Militar. En el Adriático.

Les pregunté a las chicas de la boletería de qué se trataba, qué había hecho Halley en el castillo. No tenían idea. Ésto es lo que pude averiguar.

En 1700 se desató una tremenda "guerra mundial", la Guerra de Sucesión Española, al morir Carlos II, el último monarca Habsburgo de España. Los borbones de Francia aspiraban a asegurarse la sucesión del vasto imperio español. Para contrarrestar la hegemonía de Francia, Inglaterra se alió al imperio austríaco en una guerra de 15 años que terminó repartiendo el imperio entre austrias y borbones. El resultado fue sangriento (¡más de medio millón de muertos!), pero aseguró un razonable balance de poder en Europa que acabó durando casi todo el siglo.

En pleno conflicto, en 1702, la Reina Ana Estuardo (primera monarca de la Gran Bretaña) le encargó a Halley una misión importante y secreta: revisar y mapear los puertos adriáticos del imperio austríaco, principalmente Trieste y Bakar. ¿Por qué Halley, un astrónomo? El Almirantazgo lo recomendó. Halley había ya hecho varias expediciones marinas largas y exitosas. Todo había empezado en 1676 cuando se pasó varios años en la isla de Santa Helena catalogando las estrellas del cielo austral. Luego había hecho viajes científico/diplomáticos a cargo de la Royal Society, y finalmente varias exploraciones oficiales para relevar el campo magnético terrestre, vientos y meteorología en todo el Atlántico. Halley había resultado ser un buen capitán, fijate un poco.

En Trieste, en compañía del jefe de ingenieros del Emperador Leopoldo, "repararon y agregaron fortificaciones". En Bakar encontraron todo en orden y "seguro para todo tipo de embarcación". Las biografías de Halley no mencionan otros trabajos aparte de estos en la costa. Pero en una nota del diario triestino Il Piccolo se asegura que, en su libro sobre los orígenes de Gorizia, Giovanni Maria Marussig (contemporáneo de Halley) dice que "los trabajos de fortificación del castillo fueron dirigidos por el célebre ingeniero, astrónomo y matemático Edmondo Halley". Se trataría del Bastión Florido, que no es ninguno de los tres baluartes que se ven en mi foto de arriba sino éste, que queda para el otro lado y se ve así cuando uno va subiendo por el burgo. En años recientes el Bastión Florido albergó un boliche bailable extremadamente popular.

Al pie del burgo del castillo hay un hotel muy lindo, antiguo, en cuya entrada me encontré con otra sorpresa: aquí vivió, en el exilio, Agustín Cauchy, en calidad de profesor del joven Enrique de Chambord, que durante 7 días fue Enrique V de Francia. Uno de los reinados más breves de la historia, pero larguísimo en comparación con el de su tío Luis Antonio, que abdicó en su favor apenas 20 minutos después de recibir el trono de su padre, Carlos X, que abdicó en 1830. El reinado del joven Henri fue revocado por la Asamblea Nacional y todos marcharon al exilio a tierras austríacas. Cauchy no es un personaje muy conocido por el gran público, pero fue uno de los grandes matemáticos del siglo XIX, constructor casi solitario (bueno, está Bolzano) del Análisis Matemático moderno. Montones de teoremas que hemos estudiado en nuestra juventud, algunos sorprendentes, llevan el nombre de Cauchy (incluso el Teorema de Taylor fue demostrado por Cauchy, no por Taylor).

En estos pueblos no podés darte vuelta sin toparte con un pedazo de Historia de la Ciencia.


Correspondence and papers of Edmond Halley, E Fairfield MacPike (Oxford University Press, 1932).

Edmond Halley: Charting the Heavens and the Seas, AH Cook (Oxford University Press, 1988).

L'astronomo Halley dalla cometa al Bastione fiorito del castello, S Bizzi (Il Piccolo, 2015). (No pude conseguir el libro de Massurig para constatarlo.)

La pintura del puerto de Trieste es de Louis Francois Cassas (The town and harbour of Trieste seen from the New Mole, 1802).

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sábado, 8 de julio de 2017

SN2017cbv, sin un níquel a su nombre

Cuando explotó la supernova SN 2017cbv subí mi medición inicial del brillo a la American Asociation for Variable Star Observers. Un puñado de otros observadores se me unieron. El mal tiempo otoñal y el posterior viaje al hemisferio norte me impidieron hacer más de tres observaciones. Pero con los datos de los otros observadores podemos ver la evolución del brillo de la supernova, desde su temprana detección un par de semanas antes de alcanzar el máximo, hasta las que veo al momento de escribir esto, a fines de junio.

Cada estrella de esta figura es una observación. Las mías son las tres azules un poco más grandes. Los colores corresponden a cada observador. Son todos datos de la AAVSO, excepto las más tempranas, que son telegramas astronómicos (sí, se llaman así aunque por supuesto no son telegramas, es un sistema en la Web).


Vemos que la supernova aumentó rapidísimo de brillo desde su descubrimiento a magnitud 16 hasta que yo la observé a magnitud 11.5, diez días después. Esas 4.5 magnitudes corresponden a un factor 63 de brillo, que siguió creciendo hasta rozar la undécima magnitud unos 20 días después de la explosión.

La secuencia de eventos es bastante complicada. Primero hay un pulso (invisible) de rayos X debido a la explosión termonuclear que consume en segundos todo el carbono y oxígeno de la enana blanca. Esto produce una bola ardiente en expansión de cenizas termonucleares, en gran parte níquel-56 y cobalto-56, ambos radiactivos. La bola de fuego se expande y amaga con enfriarse en un par de días, pero la radiactividad la recalienta desde adentro y el brillo sube y sube hasta alcanzar un máximo.

El decaimiento radiactivo del níquel-56 es muy rápido: en apenas 6 días la mitad de todos sus átomos (¡inicialmente casi una masa solar!) se han convertido en cobalto-56. Que también es radiactivo, pero con una vida media 10 veces más larga. Así que lo que se ve es un fenómeno típico de la física nuclear: un decaimiento exponencial de la radiactividad. Como la escala de magnitudes es logarítimica, el logaritmo de la exponencial resulta en un decaimiento lineal de la magnitud, exactamente como señalé en el gráfico.

Primero hay un decaimiento rápido (dominado por el del níquel), pero un par de meses después de la explosión ya la cantidad de níquel radiactivo es menos del 1% de la original. Queda todavía un montón de cobalto, que decae más lentamente, así que la pendiente cambia haciéndose 10 veces más lenta, como se ve.

Esta curva de luz de las supernovas de tipo Ia es sorprendentemente robusta. Más aún, cuando uno convierte la magnitud aparente (la que vemos) en magnitud absoluta (verdadero brillo, independiente de la distancia), son todas increíblemente parecidas. No iguales: las que son un poco más brillantes decaen un poco más lento (ver la figura de aquí al lado, cuadro superior). La verdad que no se conocen exactamente los procesos que son responsables de esto. Pero los astrónomos aprendieron a manipularlas matemáticamente de manera que todas las curvas coincidan, como se ve en el cuadro inferior. Así pueden usarlas como "candelas estándar" (estandarizables, estrictamente). Calibrando las distancias de las más cercanas con algún método independiente, les permite calcular la distancia a las más lejanas, aunque ocurran del otro lado del universo. A Saul Perlmutter (el que aparece citado en la figura) le valió el Premio Nobel en Física en 2011 al descubrir de esta manera que la expansión del universo se está acelerando.

Es maravilloso que esta secuencia de eventos se imaginó en la década de 1960, con lápiz y papel y computadoras que hoy darían risa. Y que no fue verificado por observaciones hasta décadas después (los rayos gamma del decaimiento del cobalto-56 se observaron recién en 2014), y que recién en los 90s se empezó a entender en detalle la explosión de las supernovas de los distintos tipos, aunque queda mucho por saber y por observar.


El título de la nota se refiere a la expresión en inglés acerca de no tener "a nickel to my name," que significa no tener un mango (un "duro" en España, etc.). Un nickel es una moneda de 5 centavos. También se escucha "a penny to my name" o "two pennies to rub together". Ésta última se entiende fácilmente, pero lo de "to my name" nunca lo entendí ("a mi nombre", ¿como si fuera una casa?). Está en un relato de Jack London sobre su vida como hobo (croto, en lunfardo).

El gráfico de la estandarización de la curva de luz lo tomé de unas clases de Astronomy 301 de James Lattimer.

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sábado, 1 de julio de 2017

El desayuno cuántico

La física cuántica (o, como la llamamos los físicos, la mecánica cuántica) tiene un halo de misterio y paradoja, una reputación intimidante. Esto hace que se preste a la chantada pseudocientífica, como el caso recientemente denunciado por la Asociación Física Argentina.

Hace poco, en una entrevista radial, un reconocido periodista charlaba con un destacado físico argentino y era palpable el interés de los participantes de la mesa en quedarse con una versión supercondensada de la física cuántica, algo para compartir en el café: "¿La física cuántica? Ya lo sé, estudia las cosas más chiquitas que existen". Todo bien, es cierto. Pero dicho así pareciera que la mecánica cuántica sólo se ocupa de cosas alejadísimas de la vida cotidiana: aceleradores de partículas, la radiación de los agujeros negros, el Big Bang, gatos vivos y muertos a la vez y el misterioso entrelazamiento, que parece magia. Digámoslo de una vez: nada más alejado de la realidad.

Todas las mañanas, cuando preparamos el desayuno, en casa usamos este dispositivo cuántico:


¿Cómo? ¡Eso es un tostador! ¡Maqué cuántico! ¡Es un TOS-TA-DOR!

Sí: es un tostador. Cuántico.

¿Ven cómo brillan los alambres del tostador? ¿Por qué brillan? Porque están calientes. Es algo de lo más familar: un cuerpo caliente brilla. En el siglo XIX los físicos estudiaron este fenómeno conocido desde que los hombres de las cavernas inventaron el asado, y descubrieron cuánto brilla en cada color. Es decir, el espectro de un objeto caliente. Y encontraron algo sorprendente: el espectro es el mismo, ya sea que el cuerpo sea un carbón del asado, un pedazo de vidrio, de hierro, o una estrella. El espectro tiene un "pico" en un cierto color (un máximo donde está el máximo brillo) y brilla menos (de una manera matemática precisa) en los colores de longitud de onda mayor o menor que la del pico. Este tipo de fenómeno universal es irresistible para un físico: tiene que entender de dónde sale. Debe haber algún mecanismo único que lo explique.

El fenómeno es extremadamente sencillo: una cosa (cualquier cosa) caliente. Y de hecho su descripción en el contexto de la física de fines del siglo XIX (la mecánica hoy llamada clásica más el electromagnetismo) es un modelo también muy sencillo. Que fracasa estrepitosamente. Muchas de las mejores mentes científicas atacaron el problema: Stefan, Boltzmann, Wien... Lord Rayleigh (el del color del cielo) y James Jeans descubrieron que la energía radiada por un cuerpo caliente dependía de la temperatura T (fenómeno) y de la longitud de onda λ (la letra griega lambda, o sea el color) así:

E = c × T / λ4

donde c es una constante que no viene al caso. No se asusten, miren la fórmula de nuevo que cualquiera la entiende. El fracaso de este resultado radica en que la longitud de onda aparece dividiendo (y encima elevada a la cuarta potencia). ¿Qué pasa cuando la longitud de onda es más chica? La energía es más grande. ¿Y si es más chica todavía? La energía es todavía más grande. Acá no hay un pico: el brillo sube y sube sin parar para longitudes de onda menores y menores: ultravioleta, rayos X, rayos gamma... Si fuera así, cuando prendemos el fuego para el asado, ¡los carbones nos fulminarían con rayos gamma! No way. El fracaso recibió un nombre digno de una banda de rock: catástrofe ultravioleta.

Max Planck, en 1900, encontró la solución: la cosa caliente emite su energía en "paquetes" (los cuantos que le dan nombre a la teoría), cada uno con una energía que sólo puede ser un múltiplo entero de una energía fundamental (que es además proporcional a la frecuencia, o sea la inversa de la longitud de onda). Le dio esto:


Ahí está el pico. Ésta es la ley de radiación de Planck, que explica el espectro de los cuerpos negros que ya han aparecido por aquí. Hay que decir que la ley de Planck fue una cabeza de playa, y que se necesitarían 30 años para tener una teoría razonable de los fenómenos cuánticos. Y es un edificio que no hemos terminado de construir.

Ahí tenés: la mecánica cuántica no es apenas una rareza de fenómenos microscópicos y exóticos. Necesitamos la física cuántica para entender incluso fenómenos cotidianos. Y no sólo esto. La física cuántica está detrás de TODA la civilización tecnológica en la que vivimos hoy en día. ¿La computadora en la que escribo esto? Un dispositivo cuántico. ¿El teléfono donde lo leés? Dispositivo cuántico. ¿Vas a buscar el resultado de la resonancia magnética de la rodilla? No me hagas empezar. ¿Pagás con tarjeta la compra en el supermercado? Una compra cuántica. ¿La cadena de producción y distribución de lo que compraste? Cuántica aunque nadie lo note. ¿Llegás a casa y prendés la luz? ¿Cómo te creés que la generaron, la manipularon, la distribuyeron? Te cambiás la ropa: a menos que críes tus propias ovejas, hiles la lana y la tejas... cuántica. ¿Ponés un CD? Ni hablar. La física cuántica está tan inextricablemente ligada a nuestra vida que decir que "es lo que gobierna las cosas muy chiquititas" es una exageración innecesaria. Las explicaciones tienen que ser lo más sencillas posibles, pero no más sencillas.


Sé que hay gente interesada en entender la física cuántica a un nivel más profundo que el de la divulgación. Es posible hacerlo sin anotarse en Exactas, o masoquearse con libros de texto. Hay un libro notable de Susskind, Quantum Mechanics: The theoretical minimum. Sólo requiere saber (o haber sabido) un poco de álgebra y de análisis matemático. Hay obras de divulgación muy buenas (como el reciente La física cuántica, de Juan Pablo Paz, en Ciencia que Ladra), pero es realmente el formalismo matemático el que pondrá en foco los conceptos "charlados". Tal vez algún día haga el esfuerzo de dar una explicación matemática pero sencilla del problema de la radiación del cuerpo negro y la solución de Planck. Háganme acordar.

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sábado, 24 de junio de 2017

Tu propio paisaje en Stellarium

Me han preguntado cómo hago para crear imágenes de Stellarium con el paisaje de Bariloche. Es relativamente fácil y bastante entretenido, así que lo explicaré aquí. Primero, necesitás un lindo paisaje. Ponele que fuiste a la Laguna Azul en pleno verano, y en el solsticio invernal decís "Mmm, este lugar está bueno para ponerlo en Stellarium."

En Stellarium, el paisaje es una imagen panorámica de 360 grados, que podemos hacer con una cámara normal sacando muchas fotos todo alrededor. Hay que quedarse en un solo lugar, donde sea cómodo dar una vuelta completa sacando fotos que se superpongan un poco. Unas 12 fotos son suficientes si usamos una cámara con el zoom en modo ancho. Cuando terminamos de dar la vuelta con la cámara apuntando horizontalmente, puede ser necesario dar otra vuelta apuntando un poco hacia arriba si algún objeto salió recortado (árboles, edificios, cerros). Y después una apuntando hacia abajo, para que salga un poco de suelo. Inclusive se puede dar una vuelta sacando fotos directamente hacia abajo, le dan más realismo al paisaje final.

En Laguna azul saqué todas estas fotos, que aquí puse alineadas por filas según la altura hacia donde estaba apuntando, para que se entienda la idea.


Fíjense que la línea de arriba no tiene ningún cerro recortado, y que en la de abajo hay algunas donde se ve mi propia sombra. Conviene que no haya objetos muy cerca, ya que al girar pueden aparecer desplazados con respecto al fondo en distintas fotos, y el defecto se notará al final. Pero si es inevitable, no es tan grave. También conviene hacer un par de juegos completos, porque a veces uno anda y el otro no, andá a saber por qué.

A continuación necesitamos un programa capaz de armar un panorama con esta colección. El proceso es casi completamente automático hoy en día, usando Autopano o Hugin (gratis) o algún otro. (Con la cámara de Android se puede hacer directamente en el dispositivo, en tablets y algunos teléfonos.) Cada uno tiene sus propias características pero en general funcionarán bien con las opciones default. Si se puede elegir, la proyección tiene que ser esférica, pero puede ser cilíndrica si preferimos exagerar la escala vertical de la imagen. El horizonte tiene que quedar bien horizontal, por supuesto. Con mis fotos de Laguna Azul quedó así:


Ahora hay que eliminar el cielo para que Stellarium pueda poner el suyo. Cargamos el panorama en Photoshop, o Gimp, o Paint.NET, o cualquier programa razonable de edición de imágenes. Probablemente es una imagen gigante, de decenas de miles de pixels de ancho, lo cual es innecesario. Primero la achicamos de manera que tenga 4096 pixels de ancho (u 8192, tiene que ser una potencia de 2). Y a continuación extendemos el canvas de la imagen agregando espacio arriba hasta que tenga una altura igual a la mitad del ancho. Una guía en la mitad sirve para verificar que el horizonte quede en el medio:


Ahora seleccionamos el cielo y lo recortamos. Yo lo hago con la herramienta Quick Selection, mirando la imagen bien ampliada y pintando cerca del borde inferior del cielo, todo a lo largo del panorama. Pueden quedar algunas imperfecciones fáciles de eliminar a mano con la goma de borrar o con el Lazo. Suele quedar un bordecito celeste pegado al paisaje, de uno o dos pixels de ancho. En tal caso podemos seleccionar todo lo borrado con la Varita Mágica, agrandar la selección uno o dos pixels, y borrar. Es casi inevitable que quede un bordecito, pero no es muy grave en Stellarium. Lo más complicado de recortar es si hay cielo a través de algún follaje. En tal caso hay que armarse de paciencia, o de resignación. A mí me quedó asi:


Fíjense que estas operaciones las voy haciendo en una capa con una copia de la imagen, por si me equivoco y borro de más, así puedo recuperar fácilmente lo borrado. También me gusta poner una capa negra detrás de todo, ya que el cuadriculado gris que estos programas dejan cuando borrás parte la imagen a veces ayuda y a veces no. Una vez satisfechos eliminamos la capa negra y guardamos la imagen con formato png, que preserva la transparencia del cielo que hemos recortado.

Necesitamos orientar el paisaje correctamente en Stellarium. Usando Google Earth buscamos el punto donde nos paramos y algún punto identificable del panorama. Yo usé el extremo derecho de ese bosquecito que se ve del otro lado de la laguna, que se ve bien en la foto y en Earth. Con la herramienta de medir distancias trazamos una línea desde nuestra posición y nos da un ángulo. Lo anotamos, así como la latitud y longitud de nuestra posición.

Además de la imagen con el panorama, el paisaje de Stellarium requiere un pequeño archivo de texto con unas pocas especificaciones. Lo creamos con el nombre landscape.ini, y adentro escribimos:
[landscape]
name = El nombre del paisaje para la lista de Stellarium
author = El autor del paisaje
description = Una descripción
type = spherical
maptex = Nombre del archivo png donde salvamos el panorama (incluyendo la extensión .png).
angle_rotatez = Ángulo para orientar el paisaje

[location]
planet = Earth
latitude = La latitud que medimos en Google Earth
longitude = La longitud
altitude = La elevación del sitio de observación
Los valores de estos campos cada uno los tiene que llenar con los datos del paisaje que está creando. Fíjense en mi paisaje de la Laguna Azul para tener un ejemplo. Lo más complicado es el ángulo de rotación, que calculamos de la siguiente manera:

angle_rotatez = 270 + b - (360*x/y) 

donde b es el ángulo que nos dio Google Earth para una referencia en el paisaje, x es la posición de la misma referencia, en pixels desde el borde izquierdo de la imagen (legible con la posición del cursor en todos los programas de imágenes), e y es el ancho en pixels de la imagen.

Finalmente ponemos la imagen y el archivo landscape.ini en un subdirectorio con un nombre adecuado en el directorio de los paisajes de usuario de Stellarium. En Windows, es el directorio [username]\AppData\Roaming\Stellarium\landscapes (que, si no existe, hay que crear). El directorio AppData está normalmente oculto, pero puede navegarse sin problema hasta él escribiendo en la barra de direcciones del navegador de archivos. También podemos copiar el paisaje al directorio landscapes dentro del directorio de instalación de Stellarium (pero ésto requiere privilegios de administrador). Y listo, ya podemos usar el paisaje en Stellarium...

Subí el paisaje de la Laguna Azul a mi Drive, así podés descargarlo si te gustó, o si querés usarlo de ejemplo para crear tu propio paisaje. Podés descargarlo aquí: Laguna Azul.zip



Las imágenes son mías, mías, mías. Salvo la de Google Earth que es de Google. Y el cielo de Stellarium, que es de Stellarium.

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sábado, 17 de junio de 2017

La supernova radiactiva

Las supernovas de tipo Ia (uno-a) son distintas de las que he comentado, por ejemplo, en mi charla en TEDxBariloche. No ocurren en estrellas superpesadas sino en estrellas apagadas llamadas enanas blancas. La explosión es lisa y llanamente una explosión termonuclear* que se produce cuando la enana blanca se vuelve demasiado pesada, ya sea por contribución de materia de una estrella compañera, o por chocar con otra enana blanca.

* Las supernovas de tipo II no son explosiones termonucleares. Son explosiones gravitatorias bombeadas por los neutrinos de un decaimiento beta inverso.

Las enanas blancas son residuos, muy calientes pero ya sin fusionar núcleos atómicos, que quedan cuando se extinguen las estrellas como el Sol. Su materia es  inusual: puro carbono y oxígeno, pero tan compactados por su propio peso que todos los electrones están libres de sus núcleos, formando lo que se llama un mar de Fermi. Una presión de origen cuántico (llamada degeneración, sin ofender), impide que la enana blanca colapse. Cuando la masa excede 1.4 masas solares la temperatura en el centro alcanza miles de millones de grados y se produce la fusión del carbono, liberando energía. Las estrellas normales tienen un mecanismo de autorregulación para estos casos. Al recalentarse se hinchan, con lo cual la presión baja, la temperatura disminuye y la reacción nuclear merma. Incluso pueden producirse las oscilaciones que caracterizan muchas estrellas variables. Pero la materia degenerada no funciona así. No puede expandirse, así que la presión no disminuye. La reacción termonuclear se desencadena y consume todo el carbono. Como una bomba de hidrógeno, pero de carbono en lugar de hidrógeno. Según parece se propaga como una llama, y no como una detonación. Es decir como la llama de la nafta en un motor a explosión que carbura bien, en lugar de como uno que pistonea. Pero no hay que imaginarse algo lento. La siguiente imagen muestra la propagación de esta deflagración en una enana blanca (la esfera azul) a medida que la fusión la consume. La secuencia dura un segundo y medio, y consume un objeto del tamaño de la Tierra y el peso de un Sol y medio. 


Se ve un "hongo" (una inestabilidad de Rayleigh-Taylor, como una lámpara de lava) creciendo desde el centro porque los autores pusieron el inicio de la explosión un poquito hacia un lado. La temperatura de esta bola de fuego es de miles de millones de grados. A esa temperatura el espectro está concentrado en los rayox X, no hay casi nada de luz visible. El satélite SWIFT, que tiene varios telescopios de rayos gamma, X, UV y óptico, y puede reorientarse muy rápido, ha visto estos flashes. Fíjense que el pulso alcanza el máximo un minuto después de la explosión. Rápidamente se enfría, y en 10 minutos ya no queda nada en rayos X. En algún momento el máximo del espectro pasa por la luz visible y en seguida está en el infrarrojo. El flash en luz visible es fugaz. Entonces, ¿por qué las vemos?

Resulta que la mayor parte del carbono y el oxígeno acaban fusionados en níquel-56 y cobalto-56, ambos radiactivos, que producen muchísimos rayos gamma. Los rayos gamma también son invisibles, pero tienen que salir desde adentro de la explosión. La "ceniza" de la explosión termonuclear ya se está expandiendo, pero es todavía muy densa, y los rayos gamma son absorbidos y reemitidos muchas veces, perdiendo energía, y cuando llegan a la superficie ya son fotones visibles. Es similar a lo que ocurre con la radiación que se produce en el centro del Sol, que ya comenté: nosotros la vemos recién cuando llega a la superficie donde la temperatura es de 6000 grados, no millones.

Así que, cuando se la descubre visualmente, la supernova ya explotó y está brillando calentada por su propia radiactividad (excepto ésa de SWIFT, que la agarraron justito). El níquel-56 decae radiactivamente en cobalto-56, y éste en hierro-56, hierro común y corriente que irá a parar a los núcleos de los planetas de la siguiente generación estelar y, eventualmente, a las herramientas de sus Edades del Hierro. La figura (cada color corresponde a una longitud de onda visible o ultravioleta) muestra que el calientamiento inicial (el primer hombro de las curvas) empieza a desaparecer después de dos días de la explosión. Pero de inmediato se recalienta radiactivamente por el decaimiento del níquel y el cobalto, alcanzando el máximo brillo unos 20 días después.

Otro día cuento cómo se produce este enfriamiento radiactivo y muestro cómo la está pasando la SN 2017cbv.


La imagen de la simulación es del Flash Center donde hay, además, preciosos videos.

Las imágenes del telescopio SWIFT son de: An extremely luminous X-ray outburst at the birth of a supernova, Soderberg et al., Nature 453:469 (2008).

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sábado, 10 de junio de 2017

En el espacio nadie te escucha gritar

En el espacio nadie te escucha gritar. Estaba en el póster de la original, la primera, Alien de Ridley Scott. Es una frase poderosa que evoca el ambiente terrorífico de la película. Algo de aquel horror reaparece en la nueva Alien: Covenant, que vi recientemente. Pero aparte del "ambiente", y de la idea buenísima del androide de Prometheus convertido en una especie de Dr. Moreau, la película no me gustó mucho. No diré más por si no la vieron, pero está llena de clichés.

Bueno, pero ¿es cierto? Uno está tentado a decir que sí, que en el espacio nadie te escucha gritar porque no hay sonido, y no hay sonido porque el sonido no se propaga en el vacío.

Todo esto es cierto, y nadie te puede escuchar gritando en el espacio. Pero hay algo que no es cierto: el espacio no está vacío. ¡Cómo va a estar vacío! Está lleno de cosas de las que hablamos todo el tiempo: las nubes de gas y polvo interestelares, cuna de las estrellas y producto de su destrucción.

El espacio entre las estrellas está lleno de lo que los astrónomos llaman el medio interestelar. Por ejemplo la Montaña Mística, en la Gran Nebulosa de Carina. Estas grandes y frías nubes moleculares son alrededor del 1% del total. Una parte mucho mayor está formada por hidrógeno neutro mucho más caliente y tenue. Y hay también una buena cantidad de gas ionizado por la radiación de las estrellas.

¿Entonces? ¡Si el espacio no está vacío, podría haber sonido! Sí. 

De todos modos, por más densas que parezcan estas estructuras, son extraordinariamente tenues, con unos pocos átomos por centímetro cúbico como mucho. Muchos menos que en un buen vacío de laboratorio. Cualquier perturbación se encuentra con que las moléculas viajan muchísimo antes de chocar unas con otras y propagar las ondas. La consecuencia de esto es que sólo ondas muuuuuy largas pueden propagarse. Inclusive en nubes densas como ésta, la longitud de onda debe ser de millones de kilómetros, con frecuencias de millonésimos de hertz. No precisamente un grito de ayuda.

Aun así, el sonido en el espacio es algo tan real como importante. Cualquier libro sobre los fenómenos del medio interestelar les mostrará que un parámetro fundamental es precisamente la velocidad del sonido. Igual que con el sonido común y corriente, la velocidad del sonido en el medio interestelar depende de la temperatura y de la densidad del medio. Para las frías nubes moleculares es de unos 13 km/s. Pero para el "hidrógeno tibio" que forma buena parte de la Vía Láctea es de unos 500 m/s, casi lo mismo que el sonido que escuchamos en el aire.

La velocidad del sonido en el medio interestelar es importante fundamentalmente porque hay cosas que se mueven muy rápido a través de él. Igual que en el aire, esto da lugar a ondas de choque (shocks). En la Montaña Mística vemos uno de estos shocks propagándose desde el extremo de uno de los jets que salen de la cabeza del "monstruo" (que tiene un aire a los de la película). La colisión entre nubes moleculares, la colisión de galaxias, los vientos estelares, la emisión de la materia de las supernovas, los jets en las galaxias activas, son todos fenómenos supersónicos. Los shocks calientan y comprimen el medio interestelar, y eventualmente desatan los procesos de formación de nuevas estrellas y planetas. 

Debemos nuestra propia existencia a gritos supersónicos que nadie escucha en el espacio.


El recorte del póster de Alien es de Twentieth Century Fox. La imagen de la Montaña Mística es de NASA/ESA/Hubble/STScI. El comic está fotografiado de What if?, el excelente libro de Randall Munroe

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sábado, 3 de junio de 2017

Espectros del espacio exterior

No es el título de una película de terror clase B. Estos son verdaderos espectros: arcoiris obtenidos con un espectroscopio y graficados como una curva de intensidad para cada color. El espectroscopio es el segundo instrumento favorito del astrónomo, ya que permite medir composiciones químicas, temperatura, movimiento, campos magnéticos, clasificar estrellas, descubrir planetas, escudriñar el Big Bang... todo a distancia, sin tocar el objeto que se estudia. Entre todas estas cosas, los espectros se usan para identificar el tipo de las supernovas.

Todo esto viene a propósito de, una vez más, la reciente supernova SN2017cbv. De acuerdo al Transient Name Server (TNS), la supernova fue descubierta por Valenti, Sand y Tartaglia el 10 de marzo a las 4:06, y archivada a las 4:10 como "posible supernova". Ni lerdos ni perezosos, Hosseinzadeh y otros midieron su espectro a las 20:17 del mismo día. El espectro de aquí a la derecha es el que archivaron en el TNS, anotado por mí como explicaré más abajo.

Éste es un esquema de libro de texto de los espectros de supernovas de distintos tipos. Como puede verse, el espectro que obtuvieron para SN2017cbv es parecido al de una de tipo Ia (se dice "uno-a") pero no exactamente igual. A mí me confundió un poco al principio identificar lo que marqué como "silicio", que me parecía que era la W del azufre. Es difícil identificar estas cosas a ojo, particularmente porque los espectros de las supernovas cambian mucho a lo largo de la explosión, y los que aparecen en esta figura son ejemplos cercanos al máximo de brillo.

Entonces los astrónomos usan un programa que compara ("fittea") el espectro con supernovas conocidas, llamado por supuesto Superfit. Los astrónomos informan en su reporte que la que más se parece a SN2017cbv es la SN1999aa, observada 11 días antes del máximo. Ésta es la comparación, que también está en el TNS. Así que concluyen que es también de tipo Ia, posiblemente más temprana aún. Y señalan que tiene un fuerte viento de silicio a 23 mil km/h, lo cual es una velocidad enorme aun en términos astronómicos. En el TNS se pueden graficar las líneas de los elementos a distintas velocidades, y así identifiqué como silicio lo que al principio creí que era azufre.

La principal característica espectroscópica de las supernovas de tipo Ia es que carecen por completo de hidrógeno. Son explosiones termonucleares de puro carbón y oxígeno, cadáveres estelares donde todo el hidrógeno y el helio se han consumido y la estrella se apagó. Esto las diferencia de las supernovas de colapso del núcleo, en las cuales la explosión destroza una estrella que es todavía mayoritariamente hidrógeno. Pero más sobre esto otro día.

No he visto todavía más espectros de SN2017cbv, pero seguramente aparecerán publicados en algún momento. Recién en 2004 apareció un análisis de SN1999aa donde vi una linda secuencia de la evolución del espectro, desde su descubrimiento 11 días antes del máximo hasta dos meses después del máximo. Es una maraña, menos mal que existe Superfit. ¡No sé cómo hacían antes!


El póster está hecho con esta aplicación on-line de la BBC.

La imagen de espectros de supernovas está en muchos sitios de la web, sin un autor u origen claro.

La figura con los espectros de SN1999aa está tomada de Garavini et al. (2004), Spectroscopic Observations and Analysis of the Peculiar SN 1999aa, The Astronomical Journal 128:387.

Espectros del espacio exterior es también el título de una de mis charlas de divulgación, que habitualmente doy para profes de ciencia o alumnos de secundaria o primaria. El año pasado me filmaron, y puede verse en YouTube. Es una charla larga, pero a alguien le puede servir.

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sábado, 27 de mayo de 2017

Qui visse

En una especie de peregrinaje científico-astronómico, la semana pasada fui a Padua, la ciudad donde Galileo vivió 18 años, "los más felices de su vida". Quería conocer su casa, ver la Luna desde su jardín, caminar sus calles. Fue un lindo paseo. Pero la casa es hoy una casa de familia, llovió todo el día, y las calles están cambiadas. Claro, en 400 años...

Visité la Universidad, que fundada en 1222 es la segunda más antigua de Italia. La visita guiada nos llevó al Aula Magna y al notable Teatro Anatómico (Andreas Vesalio, William Harvey, Falloppio y otros fundadores de la medicina moderna se graduaron aquí). El Aula Magna probablemente no es muy distinta que en tiempos de Galileo, cuando ya tenía 400 años. Era originalmente el comedor del hotel donde un grupo de estudiantes refugiados de Boloña establecieron la universidad. Antes de que la guía anunciase que no se podían sacar fotos (vaya uno a saber por qué), alcancé a hacer ésta.


Lo que seguro no estaba en tiempos de Galileo era el telescopio en la decoración trompe-l'oeil del cielorraso, que marqué aquí con una flecha. Ni el retrato de un Galileo anciano que está un poco más arriba, mucho mayor que la edad que tenía cuando se fue para siempre de Padua en 1610. 

Allí donde está hoy la pantalla de proyección se alzaba (creo que hasta mediados del s. XIX) la Cátedra de Galileo. Sus clases de Matemática y Física eran tan populares que tuvieron que construirle una tarima de madera para que pudiera ver y estar a la vista de todos. También está prohibido fotografiarla (ay ay ay), pero yo ya había hecho ésta (y una selfie que salió medio movida). 


Parece de madera reciclada, con tablas desiguales y sin ornamentos de ningún tipo, aunque imagino que la cubrirían de mantos y cortinas para los actos académicos. Desde aquí Galileo seguramente les contó a sus alumnos, antes de las vacaciones de Navidad de 1609, sus observaciones telescópicas de la Luna. Habrá mostrado el telescopio y explicado su funcionamiento. Imagino que daba las clases en latín, porque los alumnos eran de toda Europa. ¿Existirán las notas de clases de alguno de ellos?

Pero Galileo no hizo su trabajo astronómico en la Universidad, sino en su propia casa, que está muy cerca de la gran iglesia de San Antonio. Entonces se llamaba Via dei Vignali (era un suburbio de huertas). Hoy, por supuesto, se llama Via Galileo Galilei.

La casa es enorme. Sufrió muchas modificaciones en 400 años, pero era grande ya cuando Galileo vivía aquí con su personal de servicio, sus alumnos a quienes alquilaba habitaciones, su mujer Marina Gamba y los tres hijos de ambos, Virginia, Livia y Vincenzo. Hice una panorámica para que se vea el tamaño del edificio. 


Actualmente es una casa de familia, donde viven los Bressanin y los Gasparetto. No toqué el timbre, cosa que sí hizo un notero de la televisión japonesa, uno de los pocos que ha podido entrar. Vale la pena ver el video. Pasando el frente del edificio (que era la caballeriza) se llega a un jardín. Desde allí Galileo observó la Luna creciente el 30 de noviembre de 1609, usando uno de los telescopios fabricados por él mismo en su taller/laboratorio. Yo no llegué al jardín, que puede verse a vuelo de pájaro en Google Maps. En Earth puede uno incluso pararse dentro. Pero no es lo mismo.

Lo único que puede ver el visitante es esa placa de mármol entre las ventanas del primer piso. Dice: "Durante los últimos de sus refulgentes años padovanos (1592-1610) aquí vivió Galileo Galilei; de aquí dio al mundo el presagio de nuestra nueva era; y aquí fue su ocio la lengua de Ruzzante, la cual nadie de quien no fuese la lengua materna supo escribir como él." Ruzzante fue un actor y autor teatral y musical que escribía en dialecto véneto, una lengua extranjera para Galileo. Galileo era un científico, pero también era un artista: dibujaba, tocaba el laúd y cantaba muy bien. Y de su jardín una puertita le permitía pasar directamente a la casa de un amigo vecino, donde se hablaba véneto y se representaban obras. Galileo era un humanista y un intelectual. Lo que vio a través del telescopio no fue solamente lo que el telescopio le mostraba. Otros habían observado la Luna a través de aquellos primitivos instrumentos. Galileo vio con el ojo entrenado de un artista.  La mitad de su éxito seguramente estuvo en su talento de hombre culto.

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sábado, 20 de mayo de 2017

La Supertierra

No, no voy a hablar de exoplanetas (aunque debería). Esto es algo más cercano, y relacionado con la hoy popular Superluna: la Luna llena que coincide con el punto más cercano de su órbita. Ya lo hemos comentado: la órbita de la Luna es ovalada (es una elipse), así que una vez por mes la Luna se encuentra más cerca de la Tierra (el perigeo). Cuando coincide con la Luna llena, la vemos más grande en el cielo. No mucho, pero más grande.

¡Lo mismo debe ocurrir mirando la Tierra desde la Luna! Las fases de la Tierra y la Luna son opuestas. Cuando en la Tierra hay Luna nueva vemos su hemisferio nocturno, así que en la Luna hay Tierra llena. Si coincide con el perigeo, los noticieros lunares anuncian ¡Supertierra! O anunciarán, cuando la Luna esté colonizada y haya canales de noticias. ¿Sel Ene Ene?

Mientras tanto podemos simularlo en Stellarium, que permite poner el punto de observación en cualquier mundo del sistema solar. Una rápida consulta a mi Calculadora de Superlunas (siempre accesible aquí en el menú de la derecha) nos informa que esta semana habrá perigeo y Luna nueva. Ergo, Supertierra. Nos paramos en el Mar de las Crisis por ejemplo, y podemos ver la Supertierra del 25 de mayo, y compararla con la Minitierra (durante el apogeo del 18 de diciembre):


No parece mucho más grande que la Minitierra del apogeo del 18 de diciembre. Después de todo, la diferencia de tamaño es como entre una Superluna y una Miniluna. Stellarium nos informa las magnitudes de la Supertierra (-16.21) y de la Minitierra (-16), y podemos calcular que la Supertierra es un 21% más brillante. Pero en realidad la Tierra llena es bastante más brillante que la Luna llena: porque la Tierra es más grande, y porque la Luna refleja muy poca luz. Volvemos a la Tierra para observar la Superluna del 1 de enero de 2018 (-12.47), y resulta que ¡la Supertierra es 31 veces más brillante!


Definitivamente, una Supertierra debe ser digna de verse.

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sábado, 13 de mayo de 2017

No hagan ola

Hace un par de días, en una charla del workshop sobre variabilidad climática y epidemias en el que estuve participando en esta fresca primavera triestina, mostraron una animación de algo que se llama SST anomaly (anomalía de la temperatura de la superficie del mar). De golpe, a lo largo del ecuador en el océano Pacífico, vi que se formaba una cadena de vórtices que desató en mi mente una cadena de asociaciones de fenómenos similares, que termina en uno que leí hace un par de semanas. En la temperatura del mar se veía más o menos así:


Visto en movimiento es fascinante, pueden encontrar animaciones en YouTube (por ejemplo en ésta, en los primeros segundos). Estoy casi seguro de que se trata de algo que ya apareció en el blog: la inestabilidad de Kelvin-Helmholtz. Se produce cuando dos regiones de un fluido se mueven a velocidades muy distintas, y es una de las maneras en la que el movimiento se vuelve inestable y turbulento. Fui a revisar las corrientes del día de la imagen de arriba y encontré que, efectivamente, había una fuerte corriente en el ecuador hacia el Oeste y una menor al norte de ésta, hacia el Este:


Esta visualización también es más impresionante en movimiento (ver aquí).

Me fascina que el mismo fenómeno pueda aparecer a escalas tan diversas. ¿Quién no ha visto estas formas al mezclar lentamente un cafè macchiato? (En Trieste o en cualquier parte, pero en Trieste es más rico.) Es también el mismo mecanismo que produce las olas comunes y corrientes del mar. En este caso son dos fluidos, el viento y el agua, moviéndose a velocidades distintas.


También lo vemos en los planetas gigantes, donde hay bandas de vientos muy dispares. Por ejemplo, en una de las "salidas" de la Gran Mancha Roja de Júpiter, Voyager 1 vio esto:


¡Cada uno de esos vórtices abarcaría la Luna entera (que es como Io, colado en la foto)! Cuando se formó la gran Tormenta Serpiente en Saturno también lo vimos a escala gigante:


Además de la cadena de inestabilidades brillantes que vemos detrás de la "cabeza de la serpiente", hay una ondita de K-H chiquita y oscura arriba a la izquierda, que me recuerda la que vi sobre el cerro Fitz-Roy:


Y también, a escala nube, la "mano" que parecía sostener esta conjunción de la Luna con Júpiter el año pasado:


En el Mar Argentino es común ver este fenómeno en las explosiones primaverales de fitoplancton, gentileza de la fuerte corriente de Malvinas:


La onda de Kelvin-Helmholtz más grande que conozco (tiene el tamaño de la Vía Láctea) es la que vi en un artículo reciente. La vemos en esta (muy procesada) imagen de rayos-X del cúmulo de galaxias de Perseo:


Aunque tiene apenas un atisbo de forma espiralada, los autores argumentan que se trata de una onda de Kelvin-Helmholtz de hidrógeno supercaliente, desatada por la perturbación producida por la colisión con otro cúmulo más chico. ¡Una colisión de cúmulos de galaxias! ¡A la pipeta!

A esta altura me vinieron a la mente los vórtices de la Noche Estrellada, y dejé de prestar atención a la charla del workshop.



La anomalía SST está tomada de NOAA.
Earth, de Cameron Beccario, es una visualización fascinante del mar y la atmósfera.
La gran ola es de Hokusai, una de sus Treinta y seis vistas del Monte Fuji. Debo haber visto "originales" en más de un museo, si no me equivoco el Británico y el MoMA.
La imagen de la Gran Mancha Roja es de NASA/JPL/Björn Jónsson.
La imagen del cúmulo de Perseo está basada en imágenes de NASA/Chandra y el paper Walker et al., Is there a giant Kelvin-Helmholtz instability in the sloshing cold front of the Perseus cluster? (preprint en arXiv). Es curiosa la elección del título, porque hay una ley consuetudinaria de los papers científicos que dice que si el título es una pregunta, la respuesta es "no".

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