lunes, 24 de julio de 2017

NOTICIAS ASTRONÓMICAS 24-07-16




Posted: 18 Jul 2017 01:43 PM PDT



Imagen lograda por De La Rue del eclipse del 18 de julio de 1860
Tal día como hoy, pero en el año 1860 se organizó la primera expedición para fotografiar un eclipse de Sol.
De La Rue fue un destacado científico del siglo XIX, conocido en la época por su costumbre de emplear aparatos de su propia invención para la observación y estudio de los fenómenos naturales.
Fue presidente tanto de varias sociedades científicas, entre ellas la de química y la Royal Astronomical Society. Una visita en 1858 al Observatorio Real de Prusia en Königberg le permitió examinar las imágenes logradas por Berkowski en 1851 de un eclipse solar, y trató de repetir el éxito. De La Rue había perfeccionado un foto-heliógrafo, instrumento que utilizaba rutinariamente para estudiar las variaciones observables en la actividad solar.  También había inventado un aparato medidor de placas fotográficas, que permitía cuantificar distancias y áreas en imágenes astronómicas tomadas usando las placas disponibles en esa época.  Resultaba lógico intentar utilizar esos instrumentos durante el eclipse que se sabía sucedería el 18 de julio de 1860.
Se logró organizar una expedición a bordo de HMS Himalaya a la costa española para lograr las condiciones ideales. De La Rue logró al menos dos imágenes de gran calidad durante la totalidad del eclipse. Gracias a estas imágenes y a otras fotografías del mismo eclipse tomadas en otros lugares de Europa, fue posible establecer  el origen solar (y no lunar) de la mayoría de los cambios en iluminación que suceden durante un eclipse.  En particular, hasta esa época había todavía un debate acerca del origen de las erupciones que pueden ser observadas durante un eclipse.  La comparación de varias imágenes hizo posible descartar un origen lunar para tal fenómeno. Aunque las imágenes de De La Rue no fueron las primeras de un eclipse solar, sin duda constituyeron un parteaguas en la historia de la fotografía como instrumento científico.
Posted: 20 Jul 2017 09:55 AM PDT
Esta película-documental narra el primer viaje a la Luna y lo que supuso para los astronautas del Apolo 11. ¿Te lo vas a perder?
Posted: 20 Jul 2017 07:56 AM PDT
Utilizando los datos aportados por la sonda New Horizons de la NASA, los científicos han podido elaborar diferentes modelos digitales sobre el relieve de Plutón y su luna Caronte, elaborando con ellos dos animaciones del sobrevuelo.
El sobrevuelo de Plutón comienza sobre las tierras altas al suroeste de la gran extensión de hielo de nitrógeno conocida como Sputnik Planitia. El espectador primero pasa sobre el borde occidental de Sputnik, donde se encuentra el oscuro terreno lleno de cráteres de Cthulhu Macula, con las cadenas montañosas bloqueadas situadas dentro de las llanuras vistas en la derecha. La nave se desplaza hacia el norte pasando por las accidentadas y fracturadas tierras altas de Voyager Terra y luego gira hacia el sur sobre Pioneer Terra - que exhibe profundos y anchos pozos - antes de concluir sobre Tártaro Dorsa en el extremo este del hemisferio en el que se produjo el sobrevuelo.



El emocionante vuelo sobre Caronte comienza en lo alto del hemisferio por el cual New Horizons realizó su acercamiento más próximo. Luego desciende sobre el cañón profundo y ancho de Serenity Chasma. La vista se mueve hacia el norte, pasando por el cráter Dorothy Gale y la oscura capa polar de Mordor Macula. El vuelo gira entonces hacia el sur, cubriendo el terreno norteño de Oz Terra antes de terminar sobre las planicies ecuatoriales relativamente planas de Vulcan Planum y las montañas de Clarke Montes.
La cartografía digital y la representación de ambos vídeos fueron realizadas por Paul Schenk y John Blackwell del Lunar and Planetary Institute en Houston.
Fuente: NASA
Posted: 18 Jul 2017 09:36 AM PDT


Crédito: University of Kentucky
Un equipo del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Kentucky ha observado evidencias de colisiones antiguas que se cree que han formado y estructurado nuestra galaxia, la Vía Láctea.
Deborah Ferguson, graduada en el Reino Unido en 2016, es la autora principal de un artículo publicado esta semana en el Astrophysical Journal (ApJ). Ferguson dirigió la investigación con los coautores Susan Gardner, profesora de física y astronomía en el Colegio de Artes y Ciencias del Reino Unido, y Brian Yanny, astrofísico en el Centro Fermilab para la astronomía de partículas.
Su papel, "Tomografía de la Vía Láctea con estrellas enanas K y M" es la evidencia observacional de ondulaciones asimétricas en el disco estelar de nuestra galaxia, que durante mucho tiempo se pensó que era suave. Utilizando las observaciones del telescopio Sloan Digital Sky Survey (SDSS) en Nuevo México, Ferguson, Gardner y Yanny analizaron la distribución espacial de 3,6 millones de estrellas y encontraron ondulaciones que confirman el trabajo previo de los coautores senior. Estos resultados pueden ser interpretados como evidencias de antiguas colisiones que sufrió la Vía Láctea, y que podrían incluir una colisión con la gigantesca galaxia enana de Sagitario hace unos 8.500 millones de años.
"Se cree que estas colisiones fueron las 'arquitectas' de la barra central y de los brazos espirales de la Vía Láctea", dijo Gardner. "Así como las ondulaciones en la superficie de un lago liso sugieren el paso de un barco de velocidad distante, buscamos alteraciones en las simetrías en las distribuciones de las estrellas para encontrar evidencias de colisiones antiguas".
Este nuevo trabajo continúa los estudios anteriores de Gardner con Yanny y otros de la ruptura de la simetría norte / sur en el disco estelar de la Vía Láctea. Su trabajo anterior reveló una asimetría que aparece como una "ondulación" vertical en el número de estrellas como una muestra en la distancia vertical lejos del centro del disco galáctico. En el nuevo trabajo, el equipo analizó una muestra más grande todavía, y confirmó su interpretación anterior de la asimetría norte / sur y encontró también evidencias de la ruptura de simetría en el plano del disco galáctico.
"Tener acceso a millones de estrellas del SDSS nos permitió estudiar la estructura galáctica de una manera totalmente nueva, rompiendo el cielo en regiones más pequeñas sin perder estadísticas", dijo Ferguson, quien primero reprodujo los resultados de asimetría vertical que encontraron Gardner y Yanny.


Fuente: Phys.org
Posted: 13 Jul 2017 09:30 PM PDT



NASA
Ahora que los más pequeños de la casa están de vacaciones, podemos aprovechar este fin de semana para construir nuestra propia maqueta de la sonda New Horizons.
Hoy hace dos años que la sonda New Horizons llegó a Plutón, regalándonos unas increíbles imágenes del planeta enano y sus lunas.
Los objetivos principales de la misión fueron la caracterización de la geología global y morfología del planeta enano Plutón y sus satélites, el estudio de la composición superficial de dichos cuerpos y la caracterización de la atmósfera de Plutón. El próximo destino de New Horizons es MU69.


Las instrucciones podéis descargarlas de este enlace.

Y las piezas para su construcción desde este otro enlace.

El contenido está en inglés y cuenta con información de la misión.
Posted: 12 Jul 2017 02:25 PM PDT


Los cosmólogos estudian el universo como un todo: su nacimiento, crecimiento, forma, tamaño y destino final. La vasta escala del universo se hizo evidente en la década de 1920 cuando Edwin Hubble demostró que las "nebulosas espirales" son en realidad otras galaxias como la nuestra, situadas de millones a miles de millones de años luz de distancia.
Hubble encontró que la mayoría de las galaxias son de color rojizo: el espectro de su luz se mueve hacia las longitudes de onda más rojas. Esto se puede explicar como un desplazamiento Doppler si las galaxias se están alejando de nosotros. Las galaxias más distantes tienen un mayor corrimiento al rojo, lo que implica que están retrocediendo más rápido, en una relación establecida por la constante de Hubble.
El descubrimiento de que todo el universo se está expandiendo condujo a la teoría del Big Bang. Esto indica que si todo se está expandiendo ahora,  presumiblemente, en el pasado todo estuvo mucho más cerca, en un estado denso y caliente. Una idea rival, la teoría del estado estacionario, sostiene que la nueva materia es constantemente creada para llenar los vacíos generados por la expansión. Pero el big bang triunfó en gran medida  en 1965, cuando Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron la radiación del fondo cósmico de microondas. Esta  radiación de calor es la reliquia emitida por la materia caliente en el universo primitivo, 380.000 años después del primer instante del Big Bang.
La curvatura del espacio-tiempo.

El crecimiento del universo se puede modelar con la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, que describe cómo la materia y la energía curvan el espacio-tiempo. Creemos que la curvatura se debe a la fuerza de la gravedad. Suponiendo cierto el principio cosmológico, que postula que en las escalas más grandes el universo es uniforme, la relatividad general produce bastante ecuaciones simples llamadas modelos de Friedmann para describir la curvatura del espacio y su expansión.
De acuerdo con estos modelos, la forma del universo podría ser como la superficie de una esfera, o curva, como la superficie de una silla de montar. Pero, de hecho, las observaciones sugieren que está  entre las dos,  es decir, el universo es casi plano. Una explicación para esta geometría la encontramos en la teoría de la inflación. Esta teoría indica que durante la primera fracción de segundo de existencia, el espacio se expandió a una velocidad aterradora, aplanando cualquier curvatura original. Esto explicaría también el problema del horizonte, es decir, por qué  un lado del universo posee casi la misma densidad y temperatura que los otros lados.

Sin embargo, el universo no es totalmente liso. En 1990 el satélite COBE detectó ondas en el fondo cósmico de microondas correspondientes a la firma de las fluctuaciones de densidad primordiales. Estas ondas leves en los inicios del universo pueden haber sido generada por fluctuaciones cuánticas aleatorias en el campo de la energía que impulsó la inflación. Los defectos topológicos en el espacio también podrían haber causado las fluctuaciones, pero no llegan a encajar bien con las observaciones.
Estas fluctuaciones de densidad constituyen la semilla de las actuales galaxias y cúmulos de galaxias, que están dispersos por todo el universo constituyendo una estructura espumosa a gran escala. Todas estas estructuras se formaron porque la gravedad amplificó las fluctuaciones originales.
La materia oscura.

Sin embargo, en las simulaciones, la materia visible no proporciona la suficiente gravedad como para crear la estructura que vemos: tiene que ser ayudada por algún tipo de materia oscura. Más pruebas de la materia oscura proviene de que las galaxias  giran muy rápido para mantenerse unidas sin un pegamento gravitacional extra.
La materia oscura no puede ser como la materia ordinaria, debe ser algo exótico, probablemente generado en los momentos tempranos calientes del Big Bang - tal vez partículas como WIMP (partículas masivas de interacción débil).
La energía oscura.

Otro misterio oscuro surgió en la década de 1990, cuando los astrónomos encontraron que las supernovas distantes son sorprendentemente débiles, lo que sugiere que la expansión del universo no se está desacelerando, sino aceleración. El universo parece estar dominado por una fuerza repulsiva, o anti-gravedad, que se ha denominado energía oscura. Puede ser una constante cosmológica (o energía del vacío) o un campo de energía cambiante como quintaesencia. Podría derivarse de las extrañas propiedades de los neutrinos, o podría ser otra modificación de la gravedad.
La nave espacial WMAP realizó unas mediciones precisas de las fluctuaciones del fondo cósmico de microondas, encontrando que nuestro universo, con 13.7 mil millones años de edad, contiene un 4% de materia ordinaria, un 22% de materia oscura, y un 74% de energía oscura. Los datos de WMAP también encajan con la teoría inflacionaria. Sin embargo, una prueba más severa de la inflación se espera con la detección de las ondas gravitatorias cósmicas, creadas en la rápida inflación, y que tendrían que haber dejado huellas sutiles en el fondo de microondas.


La densidad de la energía oscura es mucho menor que la energía del vacío que predice la teoría cuántica. Si fuera mayor impediría la formación de las estrellas ya que desgarraría las nubes de gas evitando la formación de los astros.  Eso ha llevado a algunos cosmólogos a adoptar el principio antrópico que postula que las propiedades de nuestro universo tienden a ser adecuadas para la vida, de lo contrario no estaríamos aquí para observarlo.
Preguntas sin respuesta.


Las cuestiones más importantes siguen sin respuesta. No sabemos el verdadero tamaño del universo, incluso si es infinito o no. Tampoco conocemos su topología - si el espacio se envuelve alrededor de sí mismo. No sabemos qué causó la inflación, o si se ha creado una gran cantidad de universos paralelos lejos del nuestro, ya que muchas teorías inflacionarias implica su existencia.
Y no está claro por qué el universo favorece la materia sobre la antimateria. A principios del Big Bang, cuando las partículas se estaban creando, debe haber habido un fuerte sesgo hacia la materia, que el modelo estándar de física de partículas no puede explicar. De lo contrario la materia y la antimateria se habrían aniquilado mutuamente y no habrían dejado casi nada.
El destino del universo depende de la naturaleza desconocida de la energía oscura y cómo se comportará en el futuro: las galaxias podrían quedar aisladas por la aceleración, o toda la materia podría ser destruida en un universo que  podría colapsar en un big crunch - o tal vez volver a la expansión como un universo cíclico. El universo podría incluso ser tragado por un agujero de gusano gigante.
Y el verdadero comienzo, si lo hubo, aún se desconoce, porque en la singularidad inicial, todas las teorías físicas conocidas se rompen. Para entender el origen del universo probablemente necesitaremos una teoría de la gravedad cuántica.
Más información en el enlace.
Posted: 10 Jul 2017 02:23 PM PDT



Figura 1: Difracción de Fraunhofer causada por una rendija rectangular. Crédito: Wikipedia
Básicamente cuando hablamos del fenómeno de difracción, nos estamos refiriendo a cuando una onda que se propaga encuentra un obstáculo. En concreto podemos encontrarnos con casos en los que la onda parte de una fuente distante y la observamos a otra distancia considerable, en cuyo caso podríamos hablar de la difracción de Fraunhofer (o de campo lejano), o cuando estas separaciones son menores, en cuyo caso hablaríamos de difracción de Fresnel (o de campo cercano).
Tal y como nos indica el principio de Huygens-Fresnel, cada punto del frente de onda podría considerarse una nueva fuente de trenes de ondas esféricos secundarios. Si la longitud de onda es amplia en comparación con la apertura u obstáculo, las ondas se extenderán según ángulos grandes en la región más allá del obstáculo, y por lo tanto obstrucciones pequeñas generarán ondas difractadas con frentes de curvatura menor. Además, a todo esto hay que sumarle que la propia interferencia entre los frentes secundarios pueden generar regiones de sombra.
En este post nos vamos a centrar en el caso de la difracción de Fraunhofer. Para que así ocurra este fenómeno es fundamental que se cumpla la siguiente condición:


Empecemos por lo más sencillo... una sola rendija
En el caso en el cual el frente de onda únicamente encuentra en su camino una rendija, y siempre suponiendo que usamos una fuente coherente, la ecuación de la irradiancia [1] en función del ángulo que se forma en la pantalla de observación respecto al eje central óptico, será:

En la siguiente figura -figura 2- se puede ver con más facilidad. En este gráfico se muestra un punto P de observación a una distancia R de la rendija.



Figura 2: Difracción Fraunhofer de una rendija
Como se puede ver fácilmente, esta irradiancia alcanzará unos máximos y mínimos en función del valor del parámetro beta, que está definido como:


Donde b es el ancho de la rendija. Estos mínimos ocurrirán en ángulos pi, 2 pi, 3 pi,... (tanto positivos como negativos, y expresados en radianes [2]). En concreto podemos establecer la siguiente relación para averiguar cuando la irradiancia alcanza un valor nulo:


De este modo, gráficamente tendríamos -figura 3-, representando en el eje ce abscisas (x) el valor de beta en radianes y en ordenadas (y) la irradiancia:



Figura 3: Caso de una rendija
A por la doble rendija....
Es similar al caso anterior, sin embargo en esta ocasión, al tener una doble rendija, dentro de las franjas de luz nos encontramos una nueva distribución de franjas oscuras. De este modo, el gráfico sería similar, pero incluyendo un nuevo patrón denominado término interferencial, y el cual aparece reflejado en la expresión para calcular la irradiancia como un nuevo parámetro, gamma:



Figura 4: Caso de dos rendijas
estando el valor gamma definido como:


En este caso d es la separación entre ambas rendijas. En la figura 4 se puede ver a la derecha. En rojo sería la denominada envolvente de difracción, mientras que en azul el término interferencial. Es interesante observar que hay puntos en los cuales puede coincidir un máximo interferencial con un mínimo de difracción. La relación mediante la cual podemos saber estos casos consiste en igualar los mínimos de beta (n veces pi) con los máximos de gamma (m veces pi). Así se puede sacar que el cociente m/n es igual al de d/b.

La abertura rectangular

Este caso es bastante atractivo: una "cruz" con franjas. Basta con observar el resultado en la figura 1 que encabeza este post, y que no se corresponde a la pantalla del protagonista de la serie "El coche fantástico". Básicamente podemos definir la perturbación que llega al punto P, y que ha atravesado una abertura rectangular (aquella en la que una dimensión espacial no es despreciable frente a la otra), como:



La nueva expresión para la irrandiancia será (donde alfa vale lo mismo que beta, pero mientras beta venía dado por el alto b, alfa cambia la b por a, que será el ancho):


La abertura circular y el señor Airy

Disco de Airy. Crédito: Wikipedia
La cosa se complica un poco más cuando de aberturas circulares hablamos... La expresión que define la irradiancia viene dada por:


que presenta una simetría axial -ver figura 5-, con un máximo central circular, denominado disco de Airy, y rodeado de anillos oscuros y brillantes alternos. En este caso J1 representa una función de Bessel, que para aquel que quiera profundizar, viene dada por:


Para el primer anillo podemos resolver la función de Bessel basándonos que J1(u)=0. Para obtener el valor existen tablas (por ejemplo puedes encontrar un pdf con sus valores en este enlace -ver página 4-). En nuestro caso vale 3,83. Así, podemos calcular el radio del disco de Airy como la distancia del centro hasta el primer anillo oscuro, quedando:


donde a es el radio de la abertura y R la separación de la pantalla de observación. Esta fórmula es muy conocida por todos aquellos que nos gustan los telescopios y tenemos que de vez en cuando colimarlos. Generalmente, dentro del disco de Airy se concentra un 84% de la luz, y al menos un 90% dentro del segundo anillo oscuro.
Referencias
- "Óptica" tercera edición. E. Hecht. Editorial Pearson Addison Wesley. 2000
- "Óptica". R.W. Ditchburn. Editorial Reverte. 1982
- "Óptica". A.V. Shepeliov. Editorial URSS. 2003
- "Óptica II". R. Annequin y J. Boutigny. Editorial Reverte. 1976
- "Calculus". Tom M. Apostol. Editorial Reverte. 1980
Notas
[1] La irradiacia se define como el flujo radiante total y en todas las direcciones recibido por unidad de superficie en un receptor.
[2] 2 pi radianes equivalen a 360º
Posted: 14 Jul 2017 08:30 PM PDT


¿Adivinas qué pone en la siguiente imagen?
Sí, es el nombre de este blog: Astrofísica y Física. Si quieres también puedes conseguir tu nombre o el de quien quieras escrito con caracteres galácticos. Sólo tienes que escribir en el siguiente enlace lo que desees transformar en un bonito y curioso nombre galáctico.
Posted: 11 Jul 2017 03:00 AM PDT

Einstein: Sabe usted, Henri, en un tiempo estudié matemáticas, pero las dejé por la física.
Poincaré: Oh, ¿de verdad Albert? ¿Y por qué?
Einstein: Porque aunque podía distinguir los enunciados verdaderos de los falsos, no podía distinguir qué hechos eran los importantes.
Poincaré: Eso e muy interesante, Albert, porque originalmente yo estudié física, pero la dejé por las matemáticas.
Einstein: ¿De verdad? ¿Por qué?
Poincaré: Porque no podía distinguir cuáles de los hechos importantes eran verdaderos.

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