La curiosidad

El avance tecnológico con que en estos dos últimos siglos hemos despegado hacia ese escenario tan impreciso, a veces prometedor y otras veces terrible, que llamamos futuro, nos inivita a soñar con qué nos depara el devenir.

He encontrado una página que recopila la producción artística de algunos autores que eligieron la imagen como medio para expresar sus visiones, buena parte de las cuales sirvieron de portada de revistas especializadas o ilustraron libros de ciencia-ficción.

Imbuidas algunas de cierto aire setentero, a caballo entre lo visionario y la fantasía de la más baja estofa, dan la sensación de estar presenciando algo terriblemente ajeno e inhóspito; bien porque nos muestran remotos pasados en que la humanidad no existía, o bien porque muy al contrario nos catapultan a futuros en que ha desaparecido o se enfrenta desabrigada a un universo que ha desatado una grandeza violenta e indiferente hacia nuestra existencia.

Aquí os dejo unas imágenes. A los amantes de la ciencia-ficción os recomiendo que visitéis el blog.

A los nueve años me regalaron una revista en la que aparecía esta nave. Qué recuerdos.

P.D.: Esta entrada va por ti, Jaime

Una mancha oscura y misteriosa

Cuando era pequeño tenía un librito de astronomía, "El Cielo y las Estrellas", ilustrado con fotografías a todo color. Recuerdo una que me desconcertaba especialmente. Ocupaba toda la página y mostraba el espacio profundo, casi un continuo de puntitos blancos que más de una vez desistí de contar. Entonces mi atención recaía en una región exageradamente despoblada de estrellas, una mancha oscura y misteriosa en la esquina inferior izquierda que me servía de excusa para hacer volar mi imaginación y a la que sólo pude dar explicación años después.

La oscura y misteriosa Nebulosa de la Pipa

Se trataba de una nebulosa oscura. Y es que el vacío que separa las estrellas no está al fin y al cabo tan vacío, de hecho, debemos hablar de un medio interestelar de densidad extremadamente baja pero no despreciable a escalas universales por la cantidad de materia contenida en los volúmenes interestelares. Es el denominado polvo y gas interestelar, que en ocasiones se acumulan en nubes de características diferentes según su composición. Su presencia merma el brillo de las estrellas y modifica su color mediante dos mecanismos: la absorción y la dispersión.

Ambos explican el fenómeno de la extinción interestelar. Las motas de polvo esparcidas en el espacio absorben y dispersan la luz muy eficientemente. Pensemos en primer lugar en una región despejada, es decir, en la que el medio interestelar no contiene acumulaciones de materia polvo/gas de densidad mayor a la promedio. Una estrella emite un rayo de luz hacia la Tierra. Éste atraviesa millones de años-luz sin obstáculo aparente; pues podríamos pensar que una mota de polvo interceptando el rayo ocasionalmente no modifica en modo alguno la luz. Aceptamos, sin embargo, que cuanto mayor sea la distancia que media entre la estrella y nosotros, más motas de polvo pueden interponerse en la trayectoria de la luz. A escalas universales, el efecto neto no es despreciable, pues el brillo se atenúa y el color se enrojece. El enrojecimiento estelar es debido a la selectividad dispersiva frente a las longitudes de onda que presentan estas motas de polvo. Como sabemos, la luz está compuesta por muchas longitudes de onda -por muchos colores-, correspondiéndose los colores cálidos con las longitudes de onda más larga y los colores fríos con las más cortas. Una partícula de polvo dispersa -desvía- la trayectoria de las longitudes de onda menores -de los colores azules-violáceos- más que la de las longitudes de onda mayores -de los rojizos-, tal y como muestra el siguiente esquema

donde hemos exagerado el efecto. Cuando este proceso se repite una y otra vez a lo largo de tanta distancia, se produce el citado enrojecimiento de las estrellas. Las cortas longitudes de onda han sido dispersadas en mayor proporción que las rojas, de forma que se ha eliminado color azul de la luz procedente de las estrellas. Es el mecanismo que explica también el color azul del cielo y ligeramente amarillo del sol*.

Pero imaginemos que la luz atraviesa una región del espacio especialmente densa en estos elementos dispersores acumulados, como hemos indicado antes, en nubarrones de materia. El resultado es que la luz de las estrellas de fondo queda completamente bloqueada, absorbida, dando lugar a la extinción interestelar que se manifiesta en nebulosas oscuras como la que de pequeño llamaba mi atención, y sugiriendo a simple vista un defecto de estrellas en esa región, como si el espacio tuviera lagunas estelares. Pero también puede suceder que la densidad de la nebulosa no sea lo suficientemente alta como para bloquear la luz; es el caso de las nebulosas de reflexión. En su seno, la luz de las estrellas ocultadas y cercanas es desprovista de sus longitudes de onda cortas, de sus tonos azules y, por expresarlo de alguna manera, reverberan en la nube hasta ser finalmente reflejados. Es muy similar a lo que sucede en la atmósfera terrestre*.

Gracias a la presencia de estos nubarrones interestelares, podemos fotografiar escenarios tan impresionantes como la Pipa o la siguiente, la Nebulosa Trífida, compuesta tanto por nebulosas oscuras, de reflexión -el halo azulado- como de emisión -rojiza... aunque ésta última, será otra historia.

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*Dedicaremos otra entrada al azul del cielo y rojizo al atardecer.

Modelo de Drude de la conducción eléctrica

En el año 1900, el físico alemán especializado en Óptica Paul Drude modeló la conducción eléctrica en metales de una forma muy intuitiva, recurriendo a una formalismo matemático clásico que, introducido en las ecuaciones de Maxwell -pilares del Electromagnetismo- condujo a una reinterpretación de la ley de Ohm microscópica. A continuación esbozamos las líneas maestras de su razonamiento y adjuntamos un par de expresiones matemáticas. Advertimos de antemano que el fenómeno de la conducción encuentra una explicación mucho más correcta y acorde con nuestra comprensión actual de la naturaleza en la Física Cuántica; pero como para poder abordar desde la Cuántica esta cuestión se necesitarían no pocas entradas preliminares, hemos optado por presentar el Modelo de Drude. En cuanto a la "verdadera explicación", a la cuántica... al tiempo.

La materia, hasta donde muestra la enseñanaza obligatoria, encuentra en neutrones, protones y electrones sus unidades constituyentes últimas. Éstas se organizan en átomos -un núcleo de neutrones y protones apiñados y una nube de electrones orbitando alrededor-, los cuales se enlazan por diferentes mecanismos con otros átomos para formar moléculas simples -de pocos átomos enlazados-, cadenas de átomos más largas o redes complejas.

El enlace metálico es uno de los mecanismos citados. Un gran número de átomos del mismo elemento se deshace de sus electrones más externos, más alejados del núcleo, ¿consecuencia?, quedan todos ellos cargados positivamente -iones positivos o cationes- y embebidos en una nube de electrones que pululan a placer entre éstos, que por decirlo de alguna manera se "han anclado" en sus posiciones conformando una red iónica; algo así como lo que se representa en el esquema anterior, pero en tres dimensiones.

El concepto de enlace metálico introducido sustenta el modelo de Drude. La conducción eléctrica exige flujo de electrones, es decir, que los electrones ambulantes que se desplazan caóticamente por doquier entre los inoes positivos anclados se muevan todos en una misma dirección y sentido. La intensidad de corriente es la cantidad de carga neta que atraviesa la unidad de superficie perpendicular a su desplazamiento por unidad de tiempo. Orientamos el desplazamiento de los electrones en una dirección y sentido mediante la aplicación de un campo eléctrico externo -constante y uniforme- consiguiendo así un desplazamiento neto no nulo de los electrones... EN OTRAS PALABRAS:

Imaginad una tabla de madera... ¡¿una tabla de madera?!... sí, sí, una tabla de madera. La tabla de madera simboliza el espacio. En ella hemos clavado muy ordenadamente unos cuantos clavos, que vienen a ser los iones anclados que configuran la red metálica. Y entre ellos hemos esparcido canicas muy pequeñas. Aplicar un campo eléctrico es como inclinar la tabla de madera: todas las canicas se deslizan hacia abajo. Hemos conseguido un movimiento unidireccional y de sentido único para todas las canicas/electrones dentro de la red de iones/clavos mediante la inclinación de la tabla/aplicación de un campo eléctrico en el espacio.

Siga ahora, quien lo desee*, la trayectoria de una de esas canicas/electrones como representativa de todas las demás. Una de esas canicas comenzará su descenso libremente hasta que choque con uno de los clavos, momento en que toda su energía cinética se disipa en la colisión, esto es, la canica choca y se para, pero inmediatamente se vuelve a poner en movimiento debido a la inclinación de la tabla de madera. Vuelve a chocar con otro clavo y se repite el proceso. La aplicación del campo eléctrico desplaza los electrones a través de la red, pero es inevitable que choquen con los iones anclados que la forman. Drude aplica la segunda ley de Newton, F=ma, y escribe la ecuación del movimiento de un electrón. Tras integrarla, supone que el tiempo promedio entre colisión y colisión es constante. Obtiene una expresión para la velocidad media de los electrones -velocidad de deriva- y la sustituye en la relación constitutiva de los medios no aislantes. Se obtiene así una expresión para la conductividad del medio en función de la carga, del tiempo entre colisiones, de la masa de la carga y de la densidad de carga. Para los intrépidos, unas pinceladas matemáticas de mi puño y letra:

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*A partir de esta línea procedemos a un bla-bla matemático dirigido a quienes tienen algo de experiencia con el electromagnetismo.

Regreso al futuro

En el anterior capítulo nos quedamos con el sistema solar tal y como puede verse hoy en día a través de un telecopio, con un satélite o, simplemente, con nuestros ojos.
Pero ahora pretendemos esbozar qué nos depara el futuro. Ahora que sabemos de dónde venimos nos preguntamos: ¿hacia dónde vamos?

Ya explicamos que el Sol en la actualidad se encuentra en la secuencia principal. Convierte en su núcleo el hidrógeno en helio a través de la fusión nuclear, esto es, dos núcleos de hidrógeno se unen para formar uno de helio más un fotón, que es la luz que vemos.

Pero esto no puede alargarse indefinidamente, llegará un momento en que el hidrógeno se acabará. Afortunadamente para nosotros, esto no ocurrirá ni hoy ni mañana, sino dentro de unos cuantos millones de años (miles de millones de años).

Conforme disminuya la cantidad de hidrógeno del núcleo (en el Sol lo hará muy gradualmente) la envoltura gaseosa irá aumentando junto con su luminosidad. El Sol se convertirá en una gigante roja.

En su fase de gigante roja, el sol engullirá gran parte del sistema solar

Es aquí, en su conversión a gigante roja cuando el Sol se tragará gran parte del sistema solar, incluyendo la Tierra. Considerado por muchas civilizaciones como un dios, se encargará de acabar con los seres humanos si es que para entonces no se han colonizado planetas que estén fuera del sistema solar o nosotros nos hemos matado unos a otros. La humanidad desaparecerá de la faz del cosmos sin más legado que las señales de radio que se envían con la esperanza de acabar con la soledad que nos rodea, y más importante, vencer al olvido.

…Pero dejemos de divagar y volvamos al Sol.

El núcleo de hidrógeno irá transformándose en uno más denso de helio, y cuando se llegue a las condiciones para que se queme el helio, el calor generado no hará aumentar la presión suficientemente como para regular esa subida de temperatura y se producirá una reacción en cadena donde se quemará el 1% de todo el helio en unos pocos segundos. A este fenómeno se lo conoce como “flash de helio”, y puede suponer la pérdida de masa de la estrella por irregularidades.
Alrededor del núcleo de helio se forma una capa de hidrógeno sometida a fuerzas nucleares que se llama capa activa. Cuando se agota el helio del núcleo comienza a quemarse la capa activa alrededor de un núcleo “muerto”. Estas reacciones son muy inestables y provocan un gran viento solar que terminará con la expulsión de la envoltura de la estrella. El núcleo que queda estará formado por carbono y oxígeno rodeado de las capas activas de helio e hidrógeno. Así se forma una enana blanca.
La envoltura se irá alejando formando una nebulosa planetaria y arrastrando todo lo que el Sol no engulla en su fase de gigante roja.
El único destino que le quedará al Sol será enfriarse gradualmente hasta apagarse.

Creo que ahora es el momento de explicar por qué he puesto e el título regreso al futuro. Pese a que aún quedan muchos millones de años para que esto ocurra, no es la primera ni será la última. Lo que para nosotros aún está por venir hay estrellas que ya lo han vivido, por ejemplo, la nebulosa Anular en la constelación de Lyra se formó a partir de una estrella que sufrió los mismos procesos, o muy parecidos, que sufrirá el Sol.

La nebulosa Anular son los restos de una antigua estrella

por G.T.E. para Deliquios

Gracias por tu colaboración

El frío metal.

Todos conocemos la expresión "tan frío como el metal" y es que a pesar de estar en la misma habitación los metales parecen estar más fríos que el resto de cosas.

El intercambio de calor es un proceso natural de equilibrio en el que, recordemos, siempre se produce del cuerpo con más temperatura al que tiene menos. Se lleva a cambio mediante tres mecanismos distintos: conducción, convección y radiación.

Hablamos de conducción, cuando el flujo de calor es a través de la masa del propio cuerpo, sin que haya movimiento de materia. La facilidad con el se produce depende de lo buen conductor que sea el material. En la mayoría de los casos los que son buenos conductores de electricidad son también de calor.

Empezamos entonces a descubrir la explicación de por qué al tocar un metal parece que esté más frío que el resto de cosas, nuestra temperatura es superior a la de la habitación y en contacto con el metal se produce un flujo de calor nuestra mano a la superficie metálica. Dado que es muy buen conductor, el calor "viaja" fácilmente y el enfriamiento de nuestra mano es más rápido que si por ejemplo tocáramos algo de madera. Por esta razón, a pesar de que en la habitación se encontraba todo a la misma temperatura, nuestra sensación térmica al comparar los dos materiales no ha sido esa.

Este truco lo aprovechan los que caminan sobre las brasas ya que las cenizas son mal conductoras y no llegan a abrasarse los pies puesto que el contacto no es prolongado. Nunca veréis a uno de éstos caminando sobre una sartén gigante encima de las brasas.

Suerte que leo Deliquios.

En futuros posts nos centraremos en el resto de mecanismos de transmisión de calor respondiendo por ejemplo a por qué el frío en la costa es más insoportable que en el interior.