miércoles, 7 de diciembre de 2016

La primera confirmación experimental de la teoría de Maxwell

Posted: 09 Aug 2016 02:59 AM PDT

¿Había establecido Maxwell sin ningún género de dudas que la luz consistía en ondas electromagnéticas o, al menos, que las ondas electromagnéticas existían? No. De hecho, la mayoría de los físicos fueron bastante escépticos durante varios años. El hecho de que la razón entre dos cantidades calculadas en experimentos eléctricos resultase ser próxima a la velocidad de la luz sugería que podía existir una conexión entre la electricidad y la luz. Nadie argumentaba seriamente que esto fuese solo una casualidad. Pero eran necesarias pruebas mucho más contundentes antes de que el conjunto de la teoría de Maxwell, con su concepto de corrientes de desplazamiento, pudiese ser aceptada.
¿Qué tipo de pruebas eran necesarias? La teoría de Maxwell podía explicar todos los hechos conocidos de la electricidad, el magnetismo y la luz. Pero eso también lo podían hacer otras teorías, aunque con menos globales en su planteamiento de unir los distintos fenómenos. Desde la perspectiva de un físico actual, las teorías alternativas eran mucho más complicadas, artificiosas y, en dos palabras, menos elegantes que la de Maxwell. Pero en la época que nos ocupa la teoría de Maxwell era algo completamente extraño, ya que la inmensa mayoría no estaba acostumbrada a pensar en términos de campos y, mucho menos, en manejar su expresión matemática. Algo tan poco común sólo podía reemplazar a otras teorías si era capaz de predecir alguna propiedad desconocida del electromagnetismo o la luz.
El mismo Maxwell hizo dos de estas predicciones aunque no vivió para verlas confirmadas en 1888, pues murió a los 48 años, en 1879. La más importante fue que podía existir ondas electromagnéticas de muchas frecuencias diferentes. Todas ellas se propagarían por el espacio a la velocidad de la luz. La luz visible se correspondería a las ondas de un rango limitado de frecuencias detectable por el ojo humano.


Heinrich Hertz

Para comprobar las predicciones de Maxwell era necesario inventar algún tipo de aparato que pudiese producir y detectar ondas electromagnéticas, preferiblemente distintas de las de la luz visible. El primero en conseguir esto fue Heinrich Hertz, quien desarrolló el sistema tras una observación casual. En ocasiones se producen chispas entre el hueco que existe entre los terminales de una bobina de inducción. Ese hueco está lleno de aire y, si bien el aire no conduce normalmente la electricidad, si existe una diferencia de potencial importante entre los terminales y éstos no están muy alejados, se establece una conexión conforme las moléculas que forman el aire se ionizan. Pasa entonces una breve cantidad de electricidad que nosotros percibimos como una chispa visible. Cada chispa visible que se produce es en realidad una serie de chispas mucho más pequeñas, que saltan rápidamente adelante y atrás (oscilan) entre los terminales. Hertz encontró que podía controlar la frecuencia de oscilación de las chispas con solo cambiar el tamaño y la forma de las placas metálicas que formaban el hueco.
Hertz tomó entonces un simple trozo de alambre y le dio forma de círculo pero dejando un hueco entre los extremos. Cuando lo colocaba cerca de una bobina de inducción, observó que saltaba una chispa entre los extremos, igual que ocurría entre los extremos de una bobina de inducción. Esto era sorprendente. Para explicarlo, Hertz razonó que conforme la chispa saltaba entre los terminales de la bobina de inducción, debería establecer campos eléctricos y magnéticos que cambiaba rápidamente. Si la teoría de maxwell era cierta entonces estos cambios se propagaría a través del espacio en forma de ondas electromagnéticas, que tendrían una frecuencia igual a la de la oscilación de la descarga. Cuando estas ondas electromagnéticas pasaban por el círculo abierto de alambre, que actuaba de detector, establecía rápidamente campos eléctricos y magnéticos cambiantes en él. Un campo eléctrico lo suficientemente grande en el detector produce una chispa en su hueco, exactamente igual que ocurría en el campo transmisor establecido entre los terminales de la bobina de inducción. Esta observación fue la primera indicación sólida de que las ondas electromagnéticas existen.


Un receptor evolucionado, en el que hueco es variable y ajustable micrométricamente.

A partir de aquí, Hertz demostró que la radiación electromagnética proveniente de su bobina de inducción tenía todas las propiedades conocidas de las ondas de luz. Podía reflejarse en la superficie de sólidos, incluidos los conductores metálicos y su ángulo de reflexión era igual a su ángulo de incidencia. Podía enfocarse usando espejos metálicos cóncavos. Se difractaba si pasaba por un pequeño agujero en una pantalla. Presentaba fenómenos de interferencia, incluidas ondas estacionarias. Los prismas hechos de materiales no conductores (vidrio, madera) refractaban las ondas electromagnéticas.
Hertz fue más allá y, estableciendo ondas estacionarias usando grandes reflectores metálicos, fue capaz de determinar la distancia entre nodos consecutivos y, por tanto, medir su longitud de onda. Calculando la frecuencia de la corriente eléctrica oscilante a partir del análisis de sus circuitos, pudo determinar la velocidad de las ondas, ya que ésta no es más que el producto de frecuencia por longitud de onda. De esta forma pudo determinar experimentalmente que la velocidad de las ondas electromagnéticas era igual a la velocidad de la luz. Lo que Maxwell había predicho.
Los experimentos de Hertz confirmaron de forma espectacular la teoría electromagnética de Maxwell, demostrando que las ondas electromagnéticas existen, que viajan a la velocidad de la luz y que tienen las propiedades ópticas de la luz. Los físicos aceptaron muy rápidamente la teoría de Maxwell y empezaron a aplicarla con gran éxito al análisis detallado de todo tipo de fenómenos.
Así, en la última década del siglo XIX, la teoría electromagnética de Maxwell se irguió, junto a la mecánica de Newton, como la parte más firmemente establecida de los fundamentos de la física.




Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance
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¿Cuánta gente podremos enviar realmente a Marte?

¿Cuánta gente podremos enviar realmente a Marte?
·         Sat, 26/11/2016 - 14:55


Hace pocos meses, cuando Elon Musk dijo públicamente que pretendía enviar a 100 personas para crear la primera colonia marciana en 2024, muchos pensaban que estaba loco. ¿Pero es realmente una locura? ¿A cuánta gente podremos enviar realmente a Marte? Vamos a intentar dar respuesta a esta compleja cuestión.
¿Cuántas personas llegarán a Marte?
Para descubrir respuestas, nos vamos a marchar unos años al pasado. Recordemos la figura del controvertido Wernher von Braun. Este ingeniero alemán nacido en Polonia y nacionalizado norteamericano en 1955 para poder trabajar en la NASA fue el inventor de los cohetes V-22 y Saturno V, que impulsaron las sondas que llevaron al hombre a pisar la Luna por primera vez en la historia.
Pero el sueño de von Braun no era simplemente llegar a la Luna. Él creía en una estación espacial desde la cuál los hombres pudiesen viajar a otros destinos del Sistema Solar, por ejemplo, Marte. Desgraciadamente, falleció en 1977, muy lejos de ver hecho realidad su sueño. Sin embargo, su idea sí que permaneció intacta en la mente de algunas personas.
Como es lógico, von Braun pensó en el enorme peso que debía tener una nave con muchos pasajeros. Por no hablar de la cantidad de combustible que sería necesaria para tal misión. Sacar algo así de la atmósfera terrestre necesitaría una energía ingente.
Por ello, von Braun no pensó en un solo lanzamiento para ir a Marte. Según el ingeniero, se debían enviar diferentes sondas con las cargas necesarias. Es decir, en unas podían ir personas, en otros enseres y equipos, en otras cantidades de combustible necesarias para el vuelo, etc. En la estación espacial se podrían hacer paradas, repostajes, recargas, etc.
Orbitando Marte
Pero von Braun había pensado en todo. Él sabía que aterrizar en Marte no es como hacerlo en la Tierra. Por eso creyó en la necesidad de crear previamente una estación que orbitase el planeta rojo.
Hasta allí llegarían las naves, que tendrían que hacer parada obligatoria antes de bajar hasta la superficie del planeta con los vehículos adecuados para tal misión. De hecho, hasta imaginó estos rovers, que llegarían a la zona norte nevada aprovisionados con esquíes para el aterrizaje, para luego viajar hasta la parte más ecuatorial del planeta.
Una vez en la zona ecuatorial, crearían el campamento para que los demás vehículos pudieran llegar y aterrizar en esa parte sin tener que marchar hasta el polo norte marciano.
Todo esto lo ideó von Braun hace ahora unos 50 años, contando con la tecnología del momento, mucho más rudimentaria que la que tenemos hoy en día.
La misión a Marte
Es decir que si seguimos el razonamiento de von Braun, con la infraestructura adecuada, en realidad podemos enviar a Marte a tantas personas como queramos, siempre que se prepare el terreno previamente.
No obstante, el ingeniero no contó con la tecnología actual desarrollada por SpaceX, que pretende meter a 100 personas en una sola nave. Pero sí que existen paralelismos similares entre ambas misiones, como el combustible reutilizable, el envío de sondas previas y la creación de estaciones de repostaje y parada en el viaje.
Sea como fuere, parece que enviar a 100 personas a Marte es viable. Incluso se podrán mandar más. Pero ahora nos surge una nueva pregunta, ¿será posible hacerlo en 2024? El tiempo dirá...
Fuente: Vix
LR


340TH ANNIVERSARY 0F THE DETERMINATION OF THE SPEED OF THE LIGHT


ExoMars pone a prueba su satélite TGO con imágenes de la luna marciana Phobos

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Fotografía de la luna marciana

Phobos durante la misión espacial Exo-Mars. (Agencia Espacial Europea (ESA)) La misión espacial creó una composición de colores a partir de varias "imágenes procesadas" capaces de detectar diferencias en la presencia de minerales. La meta central del satélite TGO es "crear un inventario detallado de los gases poco comunes que conforman menos del 1 % de la atmósfera" de Marte.

Los que vayan a ir a Marte ya han nacido, según el director de ciencia de ESA.
EFE. 06.12.2016 - 18:13h

El Satélite para el estudio de Gases Traza (TGO, en inglés) de la misión espacial Exo-Mars tomó imágenes de la luna marciana Phobos durante su segunda operación para estudiar la superficie del Planeta Rojo y calibrar sus instrumentos, informó hoy la Agencia Espacial Europea (ESA). Nick Thomas, miembro del equipo investigador de las imágenes, explicó en el comunicado que esas fotos sirven para "calibrar la cámara y la sincronización interna" del satélite y muestran el potencial de las futuras observaciones. El TGO, un programa conjunto entre la ESA y la Agencia Espacial Rusa (Roscosmos) lanzado en octubre, realizó sus primeras medidas de calibración científica durante dos órbitas a Marte entre el 20 y el 28 de noviembre. Durante su segunda órbita, calculó las medidas de Phobos, la mayor de las dos lunas de Marte y la más cercana al planeta —a una distancia de 6.000 kilómetros— y con una superficie de 27x22x18 kilómetros. La información se utilizará para la futura plataforma espacial que será enviada a ese planeta durante la segunda misión en 2020.
La cámara del TGO fotografió la luna el 26 de noviembre a 7.700 kilómetros de distancia durante su punto más cercano al Planeta Rojo. La misión espacial creó una composición de colores entre rojos y azules a partir de varias "imágenes procesadas" capaces de detectar diferencias en la presencia de minerales. Håkan Svedhem, científico del proyecto, dijo estar contento con el resultado de ambas pruebas y adelantó que las utilizarán para "mejorar las mediciones, una vez comience la misión principal" en 2017. La meta central del TGO es "crear un inventario detallado de los gases poco comunes que conforman menos del 1 % de la atmósfera" de Marte, incluyendo metano, vapor de agua, dióxido de nitrógeno y acetileno. Por último, la nave también se empleará en la recopilación de información para la futura plataforma espacial que será enviada a ese planeta durante la segunda misión de Exo-Mars en 2020.




Lluvia de estrellas Gemínidas 2016

Lluvia de estrellas Gemínidas 2016
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Pronto podremos disfrutar de la última de las lluvias de estrellas de este año: las Gemínidas.

2016 lo comenzamos con las Cuadrántidas, la primera lluvia de estrellas cuyo máximo tuvo lugar el 4 de enero. Ahora, terminaremos el año con la que es considerada una de las mejores lluvias de meteoros por su abundancia. ¿Tendremos buenas condiciones de observación esta vez?
A diferencia de otras lluvias de estrellas, no es un cometa el apoderado de este evento sino un asteroide. Su nombre es Faetón (con un diámetro de poco más de 5 kilómetros) y es probable que se trate de un cometa extinto cuyas partículas fueron eyectadas hace siglos. Este “hijo del Sol”, pues es el asteroide que más se acerca a nuestra estrella, tiene un período orbital alrededor del Sol de 3,3 años.
Las Gemínidas suelen tener un rango de actividad de 120 meteoros por hora si el cielo está despejado pero en esta ocasión la Luna estará muy próxima a su fase llena por lo que las condiciones no serán las más adecuadas para ver este espectáculo nocturno. Su radiante es la constelación de Géminis y, tras la puesta de sol se mantendrá por encima del horizonte durante toda la noche. Lástima que las fases de la Luna enturbien esta esperada lluvia de meteoros. Pese a ello, no hay que perderse el acontecimiento.
Considerada una lluvia de meteoros de actividad alta comparable a las Cuadrántidas, tiene lugar cada año entre el 7 y el 17 de diciembre, alcanzando el máximo de intensidad durante de las noches del 13 y 14 de diciembre. Las noches más indicadas para la observación serán las del 12 al 16 de diciembre, especialmente entre las 2 y las 6 a.m.
Los meteoros de las Gemínidas procedentes del asteroide Faetón, son cuerpos celestes brillantes y de velocidad baja (35 km/s), cuya inusual órbita lo llevó a pasar muy cerca de la Tierra el pasado 10 de diciembre 2007. Afortunadamente, su siguiente aproximación con nosotros tendrá lugar en 2017, cuando es probable que podamos disfrutar de una de las mejores lluvias de estrellas Gemínidas.
Para terminar, nos encontraremos con las Úrsidas que nos acompañarán a partir del 22 de diciembre y que no suelen citarse en exceso por su baja actividad: 10 meteoros por hora.