jueves, 17 de noviembre de 2016

¿Pueden construir un sistema planetario estable?

El objetivo de hoy es armar un sistema planetario estable alrededor de una estrella como nuestro Sol. No vamos a hacer cálculos complicados, simplemente probar su intuición planetaria. Verán que luego de haber jugado un rato (¡cuidado porque es un poco adictivo!) llegarán a la conclusión de que nuestro Sistema Solar es muuuuuy estable.

El jueguito se llama SUPER PLANET CRASH y pueden probar cliqueando en este link. Este jueguito fue creado por Stefano Meschiari y el equipo SAVE/Point. Empiezan con una estrella central de tipo solar y un planeta poco masivo orbitando alrededor de ésta. En el menú de la izquierda pueden seleccionar el tipo de planeta (Tierra, super-Tierra, gigante de hielo, gigante gaseoso) que desean introducir en el sistema. Pueden incluso meter dos tipos de estrellas poco masivas (una enana marrón o directamente una estrella enana) pero cuidado porque el sistema se vuelve bastante inestable. Para colocar un astro extra es muy simple: basta con cliquear la pantalla. Este programa luego se encarga de calcular las trayectorias de los cuerpos que componen el sistema integrando las ecuaciones del movimiento de manera numérica.

Las reglas son extremadamente simples: hay que lograr que el sistema sea estable durante 500 años y cuantos más planetas se coloquen en el sistema más puntos se obtienen (máximo 12). La condición de estabilidad en este caso particular se logra si ningún cuerpo cruza el círculo blanco de 2 unidades astronómicas (1 UA = 150 millones de kilómetros). La masa de los planetas es un factor crucial ya que verán que las órbitas se vuelven cada vez menos circulares o elípticas si introducen planetas muy masivos (están avisados). Cuantos más riesgos tomen, más puntos obtendrán :-) Por otro lado, para aumentar el puntaje existen bonus si ponen muchos cuerpos ("crowdedness") y si logran que hayan muchos cuerpos en la zona habitable del sistema. Esta región se define como la distancia a la estrella central para la cual se puede tener agua líquida en la superficie de un planeta.

Antes de dejarlos jugar, les recuerdo que los planetas en nuestro Sistema Solar están bastante más alejados los unos de los otros que lo que impone este jueguito. Por ejemplo, Júpiter (el gigante gaseoso más masivo) está a más de 5 UA y Neptuno (gigante de hielo) se encuentra a 30 UA. Mi récord personal es de un poco más de 20.000.000 puntos agregando 4 astros. Espero que disfruten construyendo sus propios sistemas planetarias exóticos.

Avisen si logran superar mi marca personal :-)

martes, 8 de noviembre de 2016

Problemas frecuentes de la colonización planetaria

Uno de los grandes problemas que los humanos tendremos que afrontar tarde o temprano en el futuro será el de colonizar otros planetas (en nuestro Sistema Solar o más lejos). Existe la posibilidad de que no logremos cuidar nuestro querido planeta Tierra y que la Humanidad se extinga por no saber cuidar su hábitat natural... Desgraciadamente me parece vamos por buen camino. Sin embargo, sin considerar escenarios tan pesimistas, nuestro planeta tiene una duración de vida limitada ya que será carbonizado por el Sol dentro de más de 4 mil millones de años. No se asusten, todavía falta mucho para que eso suceda, pero aún así podemos empezar a pensar cómo viajaremos a otros lugares y cuáles son los eventuales problemas. No pretendo hacer una lista exhaustiva, simplemente mencionar algunas asignaturas pendientes de la colonización planetaria. Hoy hablaremos sobre todo de la fase de viaje espacial y dejaremos el tema de la colonización propiamente dicha (terraformación y establecimiento de bases planetarias) para otra ocasión.

Primero tenemos que aprender a construir naves espaciales en las cuales podamos vivir de manera cómoda durante varios meses o incluso años. Los viajes interplanetarios son particularmente largos (varios meses o años) y por ahora no hay ninguna solución simple para acortarlos. Los viajes interestelares son aún más largos considerando las grandes distancias que hay que recorrer. Por ejemplo la estrella más cercana al Sol, Próxima Centauri, se encuentra a unos 4,243 años luz. Eso equivale a una distancia de 40 mil billones de kilómetros... Es una distancia tan grande que es imposible pensar que podamos mandar una misión tripulada en un futuro cercano. Aún así, hay gente que ya está pensando en mandar pequeñas navecitas a velocidades muy elevadas con velas solares y usando unos propulsores láser. Pero ese es otro tema, volvamos a los viajes espaciales.

Prototipo de la nave Nautils-X
Créditos: NASA
El problema más grande es de orden fisiológico mas que tecnológico: ¡nuestro cuerpo no está preparado para vivir en el espacio exterior! Puede parecer súper divertida la vida en microgravedad donde todo flota y uno puede "volar" dentro de las naves espaciales. Sin embargo, es muy poco práctico ya que desplazarse, ducharse, dormir y hasta ir al baño puede resultar muy complicado. Aunque nos acostumbremos a este estilo de vida, nuestro cuerpo no reacciona del todo bien a la falta de gravedad: los músculos se atrofian, la circulación sanguínea se ve afectada, el rostro se hincha, la vista se distorsiona y hasta se puede perder el olfato y el gusto. Para paliar estos efectos, los astronautas tienen que hacer por lo menos 2 horas de ejercicio diario en las estaciones espaciales. Además, se han desarrollado una especies de centrifugadoras humanas para las naves espaciales que al girar logran que el cuerpo sienta una aceleración hacia los pies igual a la de la Tierra. Otra alternativa, es construir naves espaciales que tengan un módulo en forma de toro o anillo como en la imagen acá arriba (prototipo de la nave Nautilus-X para viajar por el Sistema Solar). Al girar a una velocidad adecuada alrededor del eje central, se puede sentir una aceleración centrífuga en las partes externas del anillo igual a la aceleración terrestre. Seguramente habrán visto varias películas de ciencia ficción con este tipo de naves. Dentro de unos años esto dejará de ser ciencia ficción muy probablemente :-) Esto solucionaría muchos de los problemas de salud que sufren actualmente los astronautas. Sin embargo, un problema de difícil solución es el de protegerlos de la radiación cósmica de altísima energía. En la superficie de la Tierra estamos a salvo gracias a la atmósfera que nos protege de la mayoría de la radiación responsable de graves daños en los tejidos vivos (piel y órganos internos). Pero hoy en día es difícil construir naves con "escudos" que detengan esta radiación... Por lo tanto, se limita el tiempo que los astronautas pueden pasar en el espacio a algunos meses solamente para evitar estos daños. Esto impone un claro límite temporal a los viajes tripulados.

Oso pardo hibernando: "zzz"
Créditos: AGE FOTOSTOCK / QUALITY
Por otro lado, existen algunas pistas de investigación médica (campo muy interesante, pero que no manejo) con respecto a la hibernación. Sí, sí, han leído bien: hibernación humana en este caso. Sería sumamente práctico que los astronautas pudiesen hibernar durante viajes muy largos en el espacio. Esto limitaría el consumo de alimentos, de energía y haría el viaje más ameno para los tripulantes. Sin embargo, todavía no se entiende del todo cómo los osos por ejemplo lograr despertarse del letargo invernal sin sufrir importantes problemas de salud. Lo más sorprendente es que pueden sobrevivir al invierno sólo consumiendo oxígeno. Según Brian Barnes, director del Instituto de Biología Ártica de la Universidad de Alaska Fairbanks, su metabolismo y su consumo de oxígeno se reducen un 75%. Por otro lado, las pulsaciones por minuto (ppm) pasan de 40 a 5 ppm. Tomando como valor de referencia 80 ppm para un hombre adulto, es como si nuestro corazón latiera a 10 ppm... Midan su propio pulso y se darán cuenta de las proezas de la hibernación osuna. La circulación lenta de la sangre puede provocar otros problemas graves de salud, pero el corazón del oso se adapta volviéndose más rígido. ¡Realmente sorprendente! Otro pequeño detalle, ¿cómo se puede dormir durante meses sin ir al baño? Los osos lo resuelven mediante unos microbios intestinales que convierten la urea en otra forma útil para la construcción de aminoácidos. Finalmente, para paliar la atrofia de los músculos, éstos son estimulados por una poderosa hormona secretada en las glándulas paratiroides. Por lo tanto, se despiertan de la larga siesta habiendo perdido muy poca musculatura y con los huesos igual de fuertes. Un dato interesante para los astronautas que sufren este tipo de problemas debido a la microgravedad...

Miembros de la misión Mars500
Créditos: ESA/Mars500
Otro aspecto importante es la componente psicológica de la convivencia de los tripulantes abordo y los efectos del aislamiento. El humano es un ser o animal social que necesita interactuar con su familia, sus amigos y su entorno. Al estar en el espacio, aunque se puedan enviar mensajes y videos, este tipo de interacción social es bastante limitada. A esto hay que agregar que los astronautas tienen que pasar meses enteros conviviendo con las mismas personas en un espacio muy confinado. Mentalmente, no es para nada fácil superar este tipo de pruebas. Para explorar las reacciones potenciales a este aislamiento en el espacio, se han realizado algunos experimentos en la Tierra donde se encierran a varias personas en una especie de nave espacial. Durante largos meses, los miembros de la misión Mars500 por ejemplo (ver imagen) tuvieron que ejecutar ciertas tareas y vivir como si realmente estuvieran a bordo de una nave rumbo a Marte. Las condiciones de higiene, la presión, la comida y el nivel de ruido eran similares a una misión de este tipo. Luego de 520 días sin reportar problemas mayores, los 6 "martenautas" voluntarios abandonaron el módulo lo que demostró que por lo menos estamos preparados psicológicamente para un viaje de ida y vuelta a Marte. Y si no me creen, pregúntenle a Matt Damon (The Martian).

Para terminar, existen en la Tierra algunos organismos vivos capaces de soportar condiciones extremas: altísimas presiones y temperaturas, altos niveles de acidez del medio, temperaturas polares, altos niveles de radiación, etc. Se los denomina comúnmente extremófilos. Éstos probablemente sean más aptos a viajes espaciales que los humanos. Entre ellos, el campeón de la supervivencia es sin lugar a dudas el pequeño organismo llamado tardígrada, capaz de sobrevivir en el vacío espacial... Pronto será el protagonista de una entrada del blog ya que se lo merece :-)

miércoles, 2 de noviembre de 2016

El fascinante sistema GG Tau: discos, binarias y mucho más

Esta semana fue publicado en arXiv un artículo de Y. Yang y colaboradores con imágenes de las regiones internas del disco de un sistema binario llamado GG Tau A. Este sistema es fascinante en muchos aspectos ya que es un sistema binario (o sea de dos estrellas) que tiene discos de material alrededor de cada estrella (GG Tau Aa, GG Tau Ab) y un disco alrededor de ambas. Además, GG Tau A esta asociado a otro sistema binario llamado GG Tau B. En total tenemos un conjunto de 4 estrellas que forman dos binarias y donde hay muchos discos! Una estructura bastante compleja que constituye un verdadero laboratorio para las teorías de formación planetaria como las que estudio yo. Un poco de contexto puede ser útil para entender lo lindo de el sistema GG Tau A :-)

En los modelos clásicos de formación estelar, es muy común que se formen discos alrededor de una estrella durante su proceso de formación. Esto se debe a la conservación de una cantidad física denominada momento angular que básicamente contiene información acerca de la rotación del sistema. Cuando la materia empieza a caer hacia la estrella por efecto gravitacional, el sistema aumenta su velocidad de rotación (dado que se conserva el momento angular), lo que causa que el material se distribuya alrededor de la estrella central en forma de disco. Pero volvamos a la binaria GG Tau A.

Visión artística del sistema GG Tau A
Crédito: ESO / L. Calçada
Cuando uno tiene sistemas binarios las cosas se complican ya que cada estrella perturba la evolución de su compañera mediante efectos gravitacionales. Esto hace que el material se distribuya de manera peculiar: puede haber un gran disco alrededor de ambas estrellas, discos alrededor de cada una de las estrellas, brazos espirales, puentes, etc. Hace un par de años, un trabajo publicado en la revista Nature por A. Dutrey y colaboradores mostró imágenes de GG Tau obtenidas con el instrumento ALMA (longitudes de onda submilimétricas) que permitieron crear una visión artística del sistema. El dibujito es muy bonito y es fiel a los datos obtenidos por los astrónomos. Como pueden ver, contiene todos los elementos mencionados aquí arriba.

Imagen de la intensidad polarizada de GG Tau A
Crédito: Y. Yang et al. 2016 (arXiv)
La imagen del reciente artículo de Y. Yang y colaboradores fue obtenida en el infrarrojo cercano, o sea a longitudes de onda más cortas. Además de obtener una súper foto del sistema, los autores estiman que dada la masa del disco alrededor de la estrella GG Tau Aa (la más luminosa) es probable que se pueda formar un planeta como Neptuno o como la Tierra. Esto es extremadamente interesante ya que, de ser detectado este planeta, nos daría información muy valiosa sobre cómo se forman los planetas alrededor de estrellas binarias. Por ahora sabemos que este tipo de planetas se forman pero no sabemos muy bien cómo.

En todo caso, los invito a imaginar cómo puede llegar a ser la vida en un planeta de este tipo con dos estrellas, discos varios y otro par de estrellas no muy lejos... Habría que volver a definir el concepto de día ¿no les parece? ¡Saludos binarios!

martes, 18 de octubre de 2016

¿Cómo suena el calentamiento global?

Después de haber escuchado la enigmática música espacial de las auroras de Júpiter, hoy comparto con ustedes un video similar donde se puede escuchar una melodía compuesta a partir de datos geográficos. Esta vez se trata de nuestro planeta Tierra y sus fluctuaciones térmicas desde 1890. En el video explican la metodología que han adoptado para lograr esta original propuesta. Básicamente la idea de Daniel Crawford y Scott St. George de la Universidad de Minnesota es atribuir un instrumento a cada zona climática del hemisferio norte y que cada instrumento toque una partitura compuesta a partir de 135 años de fluctuaciones térmicas (1880-2014). El cuarteto de cuerdas está compuesto por:
- 1 chelo para la zona ecuatorial
- 1 viola para las latitudes medias
- 1 violín para las latitudes altas
- 1 violín para la zona ártica

De este modo se pueden apreciar el ritmo de los cambios y el lugar donde ocurren estos cambios. ¡Una idea fantástica! Los dejo con el cuarteto de cuerdas: ADELANTE MAESTRO

(Pueden activar subtítulos en español en Youtube si no hablan inglés)

Se habrán percatado que las fluctuaciones no son iguales en todas las regiones del mundo y que en los primeros años de este siglo el ártico (violín) sufrió un calentamiento considerable. ¿Cómo será la música de los años venideros? Sospecho que cada vez más aguda y estridente... Ojalá podamos reducir nuestro impacto sobre el ecosistema para salvaguardar nuestro hábitat natural. A pesar de los espectaculares avances tecnológicos de las últimas décadas, actualmente los humanos somos incapaces de colonizar otros planetas (será el objeto de un artículo pronto) por lo que tenemos que cuidar nuestro querido planeta y todos sus habitantes animales y vegetales.

Si se les ocurre alguna idea original de visualizar datos científicos no duden en dejar un comentario para poder charlarlo. ¡Saludos climáticos!

viernes, 14 de octubre de 2016

Desigualdades de género entre astrónomos/as

Hace unos 10 días salió un artículo de Ferdinando Patat, astrónomo de la ESO (European Southern Observatory), en el sitio arXiv sobre las desigualdades que existen entre hombres y mujeres en el mundo de la astronomía. ArXiv es un sitio que recopila las últimas publicaciones en varios campos científicos y entre ellos la astrofísica. No fue publicado en ninguna revista, sin embargo tuvo una repercusión considerable en la comunidad ya que le dedicaron un artículo en el sitio de Science (en inglés).

De manera específica, este artículo muestra que las chances de obtener tiempo de telescopio no son las mismas para los hombres y las mujeres. Les explico un poco cómo funciona el asunto primero ya que no se trata simplemente de ir a un telescopio y decir "Hola soy astrónomo, déjenme observar tal o tal objeto celeste". Para poder usar una de esas maravillas tecnológicas que nos permiten estudiar el Universo hace falta escribir una propuesta donde se explica de manera detallada cuál es el objetivo del proyecto, por qué es importante desde el punto de vista científico y cuántas horas de observación se requieren (además de otros detalles muy técnicos del instrumento). Luego, esta propuesta es evaluada por un comité de (sabios?) astrónomos que le pone una nota. Este proceso permite clasificar los proyectos y atribuir el tiempo disponible de telescopio (un recurso muy valioso y limitado).

Para dar algunos números, mirando los datos brutos, las mujeres tienen una probabilidad de 16% de obtener tiempo de observación mientras que los hombres tienen una probabilidad de 22%.

Existen algunos factores que pueden explicar esta desigualdad:
1) Hay un número mayor de hombres con respecto al número de mujeres en la comunidad de astrónomos con cargos permanentes (los estudiantes de doctorado y postdocs no cuentan).
2) Si se mira la totalidad de los proyectos, 30% son propuestos por mujeres y 70% por hombres. A esto se le agrega que estadísticamente una buena parte de los hombres son seniors mientras que el número de seniors es netamente inferior entre las mujeres. Tomando en cuenta este dato, las probabilidades son de 19.3% y 22.1% para mujeres y hombres respectivamente.
3) De manera general, los proyectos presentados por mujeres suelen obtener peores notas que los que son presentados por hombres. Esto ocurre para todos miembros del comité de evaluación, hombres y mujeres, pero suele ser más grave para el caso de los hombres.

Sin embargo, más allá de las diferencias actuales y que tardarán un cierto tiempo en desaparecer, me parece fundamental que los proyectos se evalúen por su calidad científica independientemente del sexo del autor o de su renombre. Ciertamente hay una correlación entre la trayectoria de un científico y la calidad de los proyectos que lleva a cabo, pero esto no debe prevalecer por encima del contenido del proyecto en sí.

Por otro lado, aprovecho la oportunidad para decirle a las lectoras que no deben bajar los brazos ante este tipo de situaciones y pelear para que las cosas cambien. Lamentablemente hay una inercia considerable y no basta con sólo darse cuenta de que hay una situación de desigualdad. Los premios Nobel que fueron atribuidos la semana pasada (todos hombres...) muestran que todavía queda mucho trabajo para lograr cambiar las consciencias. Algo que nunca entendí muy bien es por qué en la mayoría de las carreras de Física/Matemática/Astronomía hay muy pocas mujeres. Son ramas científicas hermosas pero que cuentan con un porcentaje de hombres muy alto. Espero sinceramente que esto cambie en el futuro y que además las mujeres logren obtener el mismo acceso que los hombres a cargos científicos. No existe ninguna razón para justificar la situación actual.

martes, 27 de septiembre de 2016

Volviendo a casa después de un viaje extragaláctico

Créditos: ESA (Agencia Espacial Europea)
Hace un par de semanas han sido publicados los primeros datos de la misión espacial Gaia. Se trata de una gigantesca librería con datos de más de 1000 millones de estrellas. El objetivo principal de esta misión es medir de manera muy precisa la distancia a la que se encuentran las estrellas de nuestra galaxia. Para hacer esto se usa el método de las velocidades radiales (si no se acuerdan lo que es, les aconsejo que miren esta entrada del blog). Además, Gaia también observa las galaxias que hay en nuestro vecindario galáctico. Con estos datos, se puede construir un mapa estelar de la galaxia y sus alrededores. Estos datos son extremadamente útiles para los astrónomos para ajustar sus cálculos y los modelos de evolución a diferentes escalas: exoplanetas, estrellas, cúmulos de estrellas y nuestra galaxia (también llamada Vía Láctea). ¡El número de estrellas observadas (1000 millones les recuerdo) parece "astronómicamente" grande! En este caso lo es, pero esta cantidad sólo representa alrededor del 1% de las estrellas de nuestra galaxia... Por lo tanto, le queda mucho trabajo a Gaia todavía :-)

Con este mapa, se puede obtener una representación muy precisa de la distribución de estrellas en nuestra galaxia. Usando este mapita galáctico, se puede simular un viaje de retorno a la Tierra desde un remoto punto extragaláctico como se puede ver en el siguiente video:


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--------------------------------- DATOS SUPLEMENTARIOS ------------------------------------
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Por si les interesa: este es el mapita obtenido usando los primeros datos de Gaia. Pueden cliquear para obtener una imagen más grande y con más detalles. ¡Realmente espectacular!

Créditos: ESA (Agencia Espacial Europea)

En este video acá abajo pueden ver cómo los instrumentos de medición del satélite van "barriendo" la bóveda celeste para obtener datos de las estrellas de nuestra Vía Láctea:


Si tienen alguna duda no duden en dejar un comentario. ¡Saludos estelares!

miércoles, 14 de septiembre de 2016

¿Cuántos años tenés? (en el Sistema Solar)

Supongamos que nos encontramos con un ser proveniente de otro planeta, un alienígena vamos. Después de las presentaciones formales (nombre, apellido, procedencia, "vengo en son de paz", etc), uno tarde o temprano le preguntará cual es su edad. Yo le diría que tengo 27 años y el alinígena me respondería un número N.

Sin embargo, ¿cómo se puede interpretar ese número? Si bien se mira, la edad en años tal como la damos depende de la definición de "año" y éste a su vez depende de nuestro planeta (una órbita de la Tierra alrededor del Sol). Por lo tanto, la edad del alienígena depende de dónde viene... Supongamos por ejemplo que viene de por acá cerca de uno de los planetas de nuestro querido Sistema Solar y que está de vacaciones en la Tierra. Entonces, la pregunta es:
¿a cuántos años terrestres corresponde el número N? Deténganse a pensar un momento :-)

Todo depende de su lugar de procedencia como dijimos. Por ende debemos saber cuánto dura un año en los diferentes planetas. El período orbital de un planeta depende de la tercera ley de Kepler y se puede calcular fácilmente. Obtenemos lo siguiente (planeta, número de días en un año planetario, año planetario en años terrestres):
  • Mercurio:  88 días terrestres - 0,24
  • Venus:       225 días terrestres - 0,62
  • La Tierra:  365 días terrestres - 1
  • Marte:       687 días terrestres - 1,88
  • Júpiter:      4334 días terrestres - 11,86
  • Saturno:    10764 días terrestres - 29,46
  • Urano:   30697 días terrestres - 84,01 
  • Neptuno:       60214 días terrestres - 164,79
De ese modo, mis 27,4 años de vida en la Tierra equivalen a (en el orden de acá arriba):
113,68 - 44,50 - 27,38 - 14,55 - 2,31 - 0,93 - 0,33 - 0,17 años planetarios.
Y 27,4 años planetarios (en el orden de acá arriba) equivalen a
6,59 - 16,84 - 27,38 - 51,49 - 324,72 - 806,41 - 2299,77 - 4511,12 años terrestres.

Pueden hacer la misma cuentita dividiendo sus respectivas edades por los factores acá arriba y ver qué edad tienen en Marte por ejemplo (edad/1,88) ¡Seguramente se sentirán más jóvenes! Lo lindo de esto es que pueden festejar sus cumples planetarios varias veces por año (terrestre). Por ejemplo hace unos días apenas cumplí 113 años en Mercurio, pronto cumpliré 45 años en Venus y dentro de un par de años terrestres será mi primer cumple en Saturno.

¡Felices cumples planetarios!