“Explorando el universo” por Agustín Sánchez Lavega
Este texto de Agustín Sánchez Lavega apareció originalmente en el número 6 de la revista CIC Network (2009) y lo reproducimos en su integridad por su interés.
La contemplación del cielo y de los astros que vemos proyectados en la bóveda celeste a los ojos desnudos de las culturas ancestrales, fue seguramente una de las primeras actividades humanas. Los movimientos aparentes de los objetos celestes, en particular el ciclo diurno y nocturno del Sol y el anual con sus estaciones, así como los movimientos de la Luna y sus fases, fueron usados como referencia (y la siguen siendo hoy en día) para fijar las escalas del tiempo con los que sistematizar las labores humanas. Sirvieron para establecer un calendario con el que regir las actividades agrícolas, tan importantes en aquella época, y las religiosas. Fueron los astrónomos babilónicos, en el tercer milenio A.C., los primeros encargados de medir y registrar todos estos fenómenos. Caminos parecidos siguieron en sus albores las culturas más florecientes: egipcios, mayas e incas, chinos, hindúes… La imaginería humana buscó en el cielo y en sus astros una representación de los diversos mitos y creencias (de ahí las constelaciones, que en todas las culturas existen).
Hasta 1609, el ojo humano fue el elemento único para escudriñar los cielos estrellados. Aunque no es evidente quién fue el inventor del telescopio, lo cierto es que fue Galileo Galilei quien a finales de 1609 primero comunicó los grandes descubrimientos que su simple anteojo de unos pocos aumentos le proporcionaba. Galileo observó cráteres y montañas en la Luna, fases como las lunares en el planeta Venus (lo que demostraba que orbitaba alrededor del Sol y no de la Tierra), descubrió los cuatro más brillantes satélites en órbita alrededor de Júpiter, y aún con una visión al límite por falta de resolución de su anteojo, vislumbró la presencia de anillos alrededor de Saturno. Todo lo cual venía a romper el paradigma de un Universo puro e inmutable, con el hombre y la Tierra como centros del mismo. Una auténtica revolución que, como es bien sabido, a punto estuvo de costarle la vida, al mantener la evidencia de la observación y de la razón frente a las creencias dogmáticas de las autoridades religiosas. Ahora, 400 años más tarde, conmemoramos aquel hito como Año Internacional de la Astronomía instituido por la UNESCO y adoptado como tal en prácticamente todos los países.
El Universo al descubierto
El conocimiento que hemos adquirido acerca del Universo desde aquellos tiempos ha sido inmenso gracias al uso de modernos telescopios en la Tierra y en el espacio, y de instrumentación altamente sofisticada a ellos acoplada, con la que se escudriñan todas las longitudes de onda del espectro electromagnético (es decir, fotones de todas las frecuencias), desde los rayos gamma a las ondas de radio. Información adicional nos llega desde el espacio por medio de otras partículas, neutrinos y rayos cósmicos formados estos últimos en un 90% por protones, siendo el resto núcleos de helio -partículas alfa-, otros núcleos más pesados y electrones. Se espera en un futuro no muy lejano, la captación desde la Tierra y el espacio de las escurridizas «ondas gravitacionales» que la teoría general de la relatividad prevé se generen en energéticos procesos astrofísicos. Gracias al empleo de estas tecnologías conocemos lo esencial de algunas de las cuestiones básicas a las que se enfrenta el ser humano, como el origen del Universo y su evolución hasta nuestros días, el origen de los elementos químicos, o la naturaleza y búsqueda de la vida más allá de la Tierra.
El modelo del Big Bang sustentado en tres pilares de observación básicos (la expansión del Universo, las abundancias relativas de los elementos más ligeros -hidrógeno, helio, litio, berilio y algunos de sus isótopos -, y la radiación de fondo de microondas) nos propone un origen «explosivo» de nuestro Universo hace unos 13.400 millones de años. En el inicio se trataba de «un punto» extremadamente caliente, que contenía toda la materia, y con el cual comienza- o tiene sentido hablar de ello-, el tiempo y el espacio a medida que el Universo se expansiona dirigido por una «fuerza» misteriosa de naturaleza aún desconocida.
La Astrofísica da una explicación al origen de todos los elementos químicos, que son los mismos en todos los rincones del Universo (no se ha detectado ningún elemento diferente a los que conocemos en la Tierra, es decir, a los que se encuentran en la «tabla periódica»). Los más ligeros, arriba citados, se crearon en el ambiente extremadamente caliente reinante al poco de comenzar la expansión. Como decía el Premio Nobel Stephen Weinberg, «en los tres primeros minutos» de la vida del Universo.
El resto, por ejemplo, el oxígeno y nitrógeno que en forma molecular respiramos, el calcio de nuestros huesos o el hierro de nuestra sangre, fueron sintetizados por fusión termonuclear en el interior de las estrellas más masivas a millones de grados de temperatura y luego desparramados por el espacio en la muerte explosiva de las estrellas. Como dijo Carl Sagan, literalmente, «somos polvo de las estrellas».
A pesar de que hemos dado explicación a lo largo del siglo XX a estas cuestiones fundamentales, aún siguen abiertas otras «grandes» preguntas a las que la Astronomía trata de dar respuesta. Una de las mayores incógnitas reside en saber de qué está «hecho» el Universo. Sabemos que del orden de un 4% es materia «ordinaria» en forma de átomos y moléculas que constituyen las estrellas (con sus planetas), y el gas y el polvo presentes en las galaxias. La detectamos a través de la luz que nos envían. Del resto, la información es más bien escasa. Aproximadamente un 23% es lo que se denomina «materia oscura», que no vemos pero que está ahí, ya que deja su impronta a través de la gravedad, influyendo en los movimientos que observamos de las galaxias. Puede ser que una pequeña proporción de ese porcentaje lo constituyan estrellas poco brillantes, o planetas, o quizás «agujeros negros», es decir, objetos de materia ordinaria pero «oscuros». Mayoritariamente, los astrofísicos se inclinan por pensar que ese 23% se debe a partículas subatómicas exóticas, difíciles de detectar y de generar en los laboratorios (por ejemplo, los WIMP o partículas que no interaccionan). Su búsqueda transciende las herramientas de la Astrofísica convencional y nos lleva a los grandes aceleradores y laboratorios de partículas, y a los modelos teóricos del mundo subatómico. Pero aún más desconcertante resulta el aproximadamente 73% restante de nuestro Universo, formado por la misteriosa «energía oscura». Nada sabemos de su naturaleza, sólo que ella, como si de una «fuerza antigravitatoria» se tratase, es la responsable de la expansión acelerada del Universo.
Otro de los grandes retos de la Astronomía se encuentra en el descubrimiento y caracterización de los sistemas planetarios presentes alrededor de otras estrellas. Desde que en el año 1995 se descubriese inequívocamente el primer planeta extrasolar alrededor de una estrella como el Sol, el número de descubrimientos no ha cesado, y ya nos encontramos en el entorno de los 375 planetas extrasolares. No solo fue el detectar un planeta más allá del sistema solar un descubrimiento excepcional, sino su configuración orbital, absolutamente diferente a la nuestra. Se trataba de un planeta gigante como Júpiter (diez veces el radio de la Tierra) pero extremadamente próximo a su estrella, a solo 3 millones de kilómetros frente a los 750 millones a los que se encuentra Júpiter del Sol. Esto era algo impensable. Y el paradigma de la estructura de los sistemas planetarios con los planetas terrestres (rocosos, densos y pequeños) cercanos a la estrella y los gigantes (gaseosos –fluidos- y fríos) en sus lejanías, hubo de ser revisado. Sabemos hoy que estos planetas gigantes extrasolares se encuentran cerca de la estrella porque se han movido, en la jerga astrofísica se dice «migrado», poco después de formarse, desde el exterior al interior del sistema planetario, probablemente interaccionando con el disco masivo de gas y polvo del que se forman los planetas. Queremos saber si esta configuración es abundante, o lo es más la de nuestro Sistema Solar. Y en tal caso si existen otras «Tierras», ya que la migración de los gigantes hacia el interior de un sistema planetario podría tener consecuencias funestas para la presencia de planetas terrestres. Algunos estudios sugieren que la migración del gigante podría expulsar al terrestre al espacio exterior, lejos de su estrella, en una especie de macabro juego de billar cósmico. Las próximas generaciones de telescopios tanto en Tierra como en el espacio tendrán por misión caracterizar los sistemas planetarios, clasificar los mundos allí presentes, y obtener sus propiedades. Con suerte incluso podremos buscar signos de vida en ellos.
La comprensión del origen de la vida y su abundancia o escasez cósmica es otro de los grandes retos de la Astrofísica. Más allá de la Biología y la Química como explicación a sus inicios, se requiere conocer las propiedades de los lugares en el que puede desarrollarse. La vida no puede surgir en cualquier rincón ni en cualquier momento de la evolución del Universo. Además, la emergencia de la vida requiere de condiciones apropiadas en el entorno de la estrella, de un tipo particular de estrella (semejante o parecida al Sol) y de que el planeta tenga las propiedades adecuadas. En nuestro sistema planetario sabemos que la vida sólo existe en la Tierra, y si existe en los planetas cercanos, realmente se oculta bien. Marte es el mejor candidato para albergarla en su subsuelo o al menos para haberle dado una oportunidad de surgir hace millones de años. Conviene recordar que nuestro sistema planetario tiene 4.650 millones de años de edad (aproximadamente un tercio de la edad del Universo) y que la vida surgió en la Tierra hace unos 3.000 millones de años. Marte, tenía en aquel entonces agua líquida fluyendo por su superficie, toda una oportunidad para el desarrollo de vida. La investigación de este planeta con naves robotizadas es uno de los grandes retos de la futura investigación espacial y ya hay numerosas misiones planificadas para llevarla a cabo. Su exploración por el ser humano se antoja aún lejana.
La búsqueda de planetas apropiados para la vida en otras estrellas se centra en la llamada «zona de habitabilidad» que es la franja a su alrededor en la que el agua puede existir en forma líquida. Para que haya agua líquida se requiere una temperatura apropiada, es decir estar a la distancia apropiada de la estrella en cuestión (distancia que depende del tipo de estrella, es decir, esencialmente, de su luminosidad). La Tierra está justamente en su interior, mientras que Venus, un planeta calcinado, se encuentra en su frontera interior y Marte, un planeta helado hoy en día, se encuentra en la exterior. Pero la exploración del Sistema Solar nos ha venido a mostrar que ésta no es la única condición posible para la presencia de agua líquida. Los satélites de los planetas gigantes y lejanos contienen abundante agua, eso sí, como hielo, a las gélidas temperaturas reinantes a las grandes distancias a las que se encuentran del Sol. Sin embargo, sujetos a intensas fuerzas de marea gravitatoria con el planeta y con otros satélites hacen que se estiren y encojan, calentando y fundiendo su interior. En los satélites que son mezcla de rocas y metales, el calor interno da origen a volcanes gigantescos, cual es el caso de la luna de Júpiter Io, pero en satélites de hielo, se funde el agua bajo la superficie, pudiéndose formar lagunas u océanos de agua líquida «subsuperficiales». Es el caso de las lunas Europa y Ganímedes de Júpiter y de la minúscula luna Encélado de Saturno. Tanto la nasa como la esa tienen en proyecto misiones a estas lunas para buscar por el agua líquida enterrada bajo la costra superficial helada y, por qué no, por posibles signos de vida submarina allí presentes que pudieran emerger a la superficie.
Astronomía, Astrofísica y Exploración Espacial igual a desarrollo tecnológico
En estos tiempos de cierta penuria económica, en donde se tambalean los esquemas financieros del mundo occidental, algo estamos aprendiendo: existe una inversión segura y fiable a medio y largo plazo. La que se realiza en conocimiento, en ciencia y tecnología. La historia de las civilizaciones, culturas y sociedades humanas a lo largo de los tiempos ha mostrado con claridad que los frutos de esta inversión representan un camino seguro de progreso y bienestar humano en el más amplio de sus sentidos.
La Astronomía y la Astrofísica, y el sector espacial en general, forman parte importante de este sistema. Y es quizás uno de los que con más claridad muestran la importancia en la coordinación de la ciencia básica y aplicada, y de su posterior desarrollo tecnológico. La investigación del Universo y de sus constituyentes es, como hemos visto, ciencia básica que proporciona conocimiento al ser humano sobre cuestiones fundamentales. Pero a la vez su estudio genera investigación aplicada e innovación tecnológica. Avanzar en el desentramado de estas cuestiones requiere del uso de grandes instalaciones científicas en la Tierra (observatorios de muy diverso tipo) y en el espacio. La Astronomía y la Astrofísica son en ese sentido motores del desarrollo de la tecnología más avanzada. Así se construyen los instrumentos ópticos más grandes como el Gran Telescopio de Canarias recientemente inaugurado con 10 metros de diámetro (ya están en proyecto telescopios de 30 y 40 metros), los detectores de luz más sensibles, precisos y pequeños, los radiotelescopios más grandes con antenas de 100 metros de diámetro o combinando antenas para formar gigantescos radio-interferómetros que proporcionan imágenes de muy alta resolución.
Desde el espacio detectamos las radiaciones más energéticas emitidas por remotos astros en rayos gamma, rayos X y en radiación ultravioleta. Además de la radiación en sus múltiples longitudes de onda, del espacio recibimos partículas energéticas, los rayos cósmicos antes citados, y partículas casi sin masa como los neutrinos, cuya detección requiere de sofisticada y novedosa instrumentación. Para explorar los mundos vecinos necesitamos naves espaciales robotizadas o con humanos a bordo, lo que requiere crear tecnología de vanguardia, detectores e instrumentos más y más pequeños, dispositivos ópticos avanzados, nuevos sistemas de propulsión, materiales especiales que soporten las más altas y bajas temperaturas, electrónica de alta fiabilidad, microcomputadores, y además, necesitamos comunicarnos a grandes distancias.
El desarrollo tecnológico que proporciona esta actividad acaba finalmente transmitiéndose a la vida cotidiana, de forma sutil algunas veces, lo que hace que no sea identificada por la sociedad en general que se asombra más de los costes de la exploración espacial aireados habitualmente por los medios (sobre todo cuando algún fracaso acontece, anécdota normalmente frente a los cotidianos éxitos), que de los beneficios continuos que ésta reporta. Las aplicaciones directas de la tecnología espacial a la vida son numerosas en exceso como para detallarlas aquí. Pero, además, desde el espacio, tenemos una visión global pero a la vez detallada de nuestro planeta, lo que nos permite un mejor uso de sus recursos y potencialidades. La ciencia básica impulsa así la ciencia aplicada.
Pero quizás más allá de estos aspectos, hay uno intrínseco al acerbo humano: las ansias de exploración. Estamos con nuestros telescopios hurgando en el pasado del Universo, cada vez más cerca de ver los instantes iniciales de su formación. Pero a la vez, estamos descubriendo continuamente aspectos inusitados de los mundos cercanos que nos acompañan en cortejo orbital alrededor del Sol. Parafraseando a uno de los impulsores de la astronáutica rusa, Konstantin Tsiolkovsky, «el hombre da sus primeros pasos en la cuna, pero al cabo de un año abandona ésta para explorar el mundo». Estamos dando los primeros pasos en el espacio (el primer satélite se lanzó hace sólo 52 años y hace 40 años que el ser humano posó su pie en la Luna), y a buen seguro, el hombre acabará abandonando el planeta en busca de nuevos asentamientos y recursos en el espacio.
Agustín Sánchez Lavega. Bilbaino. Doctor en Ciencias Físicas por la UPV/EHU con premio extraordinario de doctorado. Catedrático de Física Aplicada, dirige el Grupo de Ciencias Planetarias, el Aula Espacio Gela – Observatorio, y el Máster de Ciencia y Tecnologia Espacial en la UPV/EHU. Es asimismo director del Departamento de Física Aplicada I de la UPV/EHU. Ha sido miembro del consejo asesor para la Exploración del Sistema Solar de la Agencia Espacial Europea y colaborador en proyectos de la NASA. Las investigaciones dirigidas por el profesor Sánchez Lavega han ocupado en más de una ocasión la portada de Nature.
Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por CIC Network
