El Universocambia

MANCHAS SOLARES

Las manchas solares son pequeñas motas oscuras que aparecen y desaparecen en la superficie del Sol. Algunas de ellas pueden verse a simple vista cuando el Sol se encuentra próximo al horizonte o detrás de nubes. Los chinos ya conocían su existencia en el siglo XXVIII a.C., y se cree que Averroes también las observó en el siglo XII d.C. Sin embargo, hubo que esperar a la invención del telescopio en 1609 para poder estudiarlas en detalle. Las primeras observaciones telescópicas de estos objetos fueron realizadas en 1610-1611 por Thomas Harriot, Johannes Fabricius, Galileo Galilei y Christoph Scheiner. Las manchas representaban "imperfecciones" en el astro rey, lo que contradecía la idea aristotélica de un universo perfecto. Ello generó un intenso debate filosófico y científico sobre su origen, que algunos preferían situar en la atmósfera terrestre y no en el Sol.

A través del telescopio, las manchas muestran una zona central muy oscura, llamada umbra, y una región externa algo más brillante, la penumbra. Sólo durante los cortos instantes de tiempo en los que la imagen permanecía inmóvil era posible distinguir la estructura filamentosa de la penumbra. Los filamentos penumbrales tienen anchuras de entre 200 y 300 kilómetros, por lo que su observación resulta extremadamente difícil. William Herschel hijo realizó el primer dibujo de los filamentos en 1801. A pesar de todo, la naturaleza de las manchas y sus penumbras seguía siendo un misterio.

En 1908, George E. Hale descubrió que las manchas están formadas por campos magnéticos muy intensos. A lo largo del siglo XX se idearon técnicas espectroscópicas y polarimétricas para medir dichos campos y los movimientos de gas asociados a ellos. Pero aún quedaba una batalla por ganar: mejorar la calidad de las observaciones eliminando la degradación que produce la atmósfera terrestre. Ello se consiguió a principios del siglo XXI de dos maneras distintas. Por un lado, yendo al espacio. Por otro, mediante ingeniosos sistemas de espejos deformables que compensan las distorsiones creadas por la turbulencia atmosférica. Gracias a estos sistemas, los telescopios solares pueden estudiar la penumbra con mayor detalle que nunca, sin tener que esperar horas y horas a que las condiciones sean favorables.

Hoy sabemos que los filamentos penumbrales contienen los campos magnéticos más inclinados de las manchas. Sin embargo, al comparar las imágenes modernas con los primeros dibujos uno no deja de sorprenderse por la fidelidad con la que aquellos astrónomos representaron lo que veían, abriendo el camino para el estudio científico del magnetismo solar y su influencia sobre la Tierra.

EL MOVIMIENTO DE LOS ASTROS

Un dibujo o imagen puede captar los rasgos de un objeto o composición de objetos, pero no sus movimientos. Para ello se necesita una nueva dimensión, el tiempo, o al menos un conjunto ordenado de imágenes tomadas a intervalos regulares de tiempo, una película. La anotación minuciosa de los cambios en las posiciones en el cielo del Sol, la Luna, los cinco planetas conocidos en aquellos tiempos y una plétora de estrellas, llevó a los griegos a concebir el Universo como un conjunto de esferas concéntricas y epiciclos (circunferencias cuyos centros se sitúan encima de otras circunferencias) girando de forma regular alrededor de una Tierra estática en el centro de todo. Esta concepción del Universo, que se conoce actualmente como el modelo de Ptolomeo, es la que se representa en la imagen de arriba a la izquierda. La regularidad en los movimientos del modelo de Ptolomeo permite que nos podamos hacer una idea del funcionamiento de este Universo con tan solo mirar una imagen: solamente hay que imaginarse la relojería en marcha.

La revolución copernicana en el medioevo cambió la forma en la que se concebía el Universo. El Sol pasaba a ocupar el centro (esta idea ya había sido propuesta por Aristarco de Samos, contemporáneo de Ptolomeo, sin imponerse), se conservaba la circularidad de los elementos orbitales pero se eliminaban los epiciclos mayores. La Tierra pasaba a girar alrededor del Sol y de sí misma. Sin embargo, la regularidad en los movimientos se seguía manteniendo, por lo que una imagen seguía siendo suficiente para hacerse una idea de la relojería de la nueva concepción del Universo.

Tras Kepler y Newton se concluyó que las trayectorias en el universo no eran tan simples ni tan regulares. Las órbitas de los planetas alrededor del Sol no eran circulares sino elípticas, eso sin considerar los efectos de encuentros cercanos, y sus movimientos no eran regulares, sino que eran más rápidos en el perihelio que en el afelio (la zona de la órbita más cercana y más lejana al Sol respectivamente). La imagen de arriba a la derecha intenta representar la conceptualización newtoniana del universo. Una sola imagen aquí empieza a ser insuficiente para visualizar completamente la nueva maquinaria, y necesitaríamos recurrir a una o varias películas de las que circulan por internet para acercarnos a una representación fidedigna.

Más recientemente, la ya casi centenaria revolución relativista nos ha enseñado que los movimientos planetarios son aún más sofisticados. Las órbitas elípticas precesan (sus ejes giran en el espacio), los movimientos adquieren una pequeña ralentización en las cercanías solares, las órbitas espirales se hacen posibles. Ya no basta una imagen sin imaginación, estamos en el territorio de la cuarta dimensión.

LA ESFERA DE ESTRELLAS FIJAS

En el sistema del mundo de los antiguos griegos, la esfera de las estrella fijas es la octava de una serie de esferas concéntricas y transparentes que giran en torno a una Tierra fija e inmóvil. Cada una de las otras siete arrastran consigo los astros vagabundos que, a ojo desnudo, se pueden observar en el cielo: la Luna, Mercurio, Venus, el Sol, Marte, Júpiter y Saturno. Con el modelo heliocéntrico de Nicolás Copérnico publicado en 1543, el Sol pasa a ocupar el lugar central, pero la esfera de las estrellas fijas se mantiene. Sólo treinta y tres años después, Thomas Digges publica en Inglaterra una versión del sistema del mundo copernicano en la que la esfera de las estrellas fijas "se extiende infinitamente en altitud". Esta imagen sintetiza los conocimientos astronómicos más modernos de la época con una idea del Universo infinito y sin fronteras que también se gestó en la antigua Grecia, primero con Demócrito y los atomistas y más tarde con Epicuro de Samos. La imagen de Digges ejerce una notable influencia en la cosmología de Giordano Bruno, la defensa de la cual le costó la muerte en la hoguera en 1600.

Esta idea, en cambio, aterraba a otros astrónomos de la época como Johannes Kepler que, en sus Conversaciones con el Mensajero de las Estrellas, escritas en 1610 como respuesta al manuscrito de Galileo, aseveraba: "No dudo en declarar que hay alrededor de 10.000 estrellas visibles. Cuantas más hay, más fuerte es mi argumento contra la infinitud del universo...si el cosmos se extendiera sin fin la bóveda celeste brillaría como el sol...este mundo nuestro no pertenece a un enjambre indiferenciado de incontables universos".

Kepler se une por tanto a la tradición griega de los estoicos, escuela fundada en Atenas por Zenón y que defiende un Cosmos finito. La idea de un Cosmos finito de estrellas es avalada en el siglo XX por astrónomos como Harlow Shapley, para quien todo lo que vemos en el cielo forma parte de una Gran Galaxia que, con unos trescientos mil años luz de diámetro, sería como una inmensa isla solitaria de estrellas en un océano vacío de extensión infinita.

Shapley ve desmontada su imagen del Cosmos cuando el 1 de enero de 1925 oye cómo Henry N. Russell lee la comunicación que Edwin P. Hubble ha enviado a la reunión conjunta de la Sociedad Americana de Astronomía y la Asociación Americana para el Avance de la Cienca, en la que claramente prueba que Andrómeda (M31) es una galaxia como la Vía Láctea y que se encuentra mucho más allá de los límites que proponía Shapley para la Gran Galaxia. Este descubrimiento cambió radicalmente la concepción de los astrónomos sobre las dimensiones del Universo y su contenido. A los pocos años ya se conocían centenares de galaxias en nuestro entorno local. Los sucesivos cartografiados del Cosmos realizados con telescopios cada vez más potentes nos muestran un Universo observable cuyos ladrillos fundamentales son centenares de miles de millones de galaxias. La imagen más profunda la captó en 2004 el telescopio espacial Hubble con la cámara ACS. En una región del cielo de tamaño similar al de un cráter de la Luna son visibles más de diez mil galaxias, algunas de las cuales emitieron la luz que hoy captamos cuando la edad del Universo era de tan solo mil millones de años. En esa imagen podemos apreciar que la morfología de las galaxias más remotas es muy diferente de las que encontramos en nuestro entorno más próximo, evidenciando un Universo en evolución, en concordancia con el modelo del Big Bang.