Classe d’òptica a l’INS Alella

El passat dia 9 de maig vam anar a l’Institut d’Alella per fer una classe d’introducció a l’òptica geomètrica i utilització dels bancs òptics.

Vam trobar l’índex de refracció d’un vidre a partir de l’angle incident i l’angle refractat (llei d’Snell). Vam calcular l’angle límit i també vam construir telescopis amb dues lents convergents.

La classe es va impartir a nois i noies del “Big Bang Team”, que més endavant faran de monitors dels altres per fer una correcte manipulació del material.

Us mostrem algunes fotos de la classe. Un plaer haver-hi pogut participar!

Els forats negres ni són forats ni són negres

Primer hem de fer una aclaració important: Què és la llum? Entem per llum la radiació electromagnètica que poden captar els nostres ulls però la llum té un rang molt més extens. La tecnologia actual ens ha permès entendre altres llums, altres rangs electromagnètics com els raigos x, els raigos gamma, les microones, les ones de radio, l’infraroig o l’ultraviolat entre d’altres.

La dificultat de captar qualsevol d’aquests provinents d’un forat negre ve per la seva enorme gravetat. Aquests cosos són tan densos i gravitatòriament toban potents que atrapen tots aquests tipus de llum i engoleixen tot el que se’ls posa per davant. Tot i així en el rang del visual, els forats negres ja s’havien intuït indirectament ja que quan passen per davant d’altres cossos celests com estels o galàxies distorsionen les seves imatges com si passéssim un got d’aigua per davant els nostres ulls. Aquest efecte és el que anomenem “lent gravitacional”, també conegut com “anell d’Einstein”. D’aquests ja se’n havien documentat i fotografiat uns quants però els forats negres en sí quedaven amagats, aparentment transparents.

Efecte de lent gravitacional
Efecte de lent gravitacional (font: Hubble Space Telescope)

Ara bé, no tota la llum que orbita un forat negre cau dins. Part queda accelerada al seu voltant i fins i tot escapa a gran velocitat. És aquesta on, per exemple, els radiotelescopis poden captar información i transferir-la al visual per disfrutar-la amb els nostres preuats ulls.

Les ones de radio tenen longituds d’ona molt llargues comparades amb la llum visual. Per captar-les es necessiten telescopis (antenes parabòliques) molt grans. La Xina poseeix actualmente el més gran (FAST) però putser el més famós i que va ser el més gran durant varies dècades va ser el radiotelescopi d’Arecibo a Puert Rico i que putser recordeu per la pel·lícula de James Bond “GoldenEye” del 1995. Tot i això, per raons d’orientació i perspectiva, el forat negre escollit és molt, molt, mooolt llunyà i això implica un segon repte i putser el més important: com fer zoom a un objecte tan llunyà?

Radiotelescopi d’Arecibo (font: Wikipedia)

La resolució angular del telescopi emprat per obtenir la fotografia del forat és una fita a la història de l’astronomia ja que aconsegueix resolucions de 40 microsegons d’arc. Per que ens entenguem: els astrònoms divideixen la volta celest en graus, si escanejem el nostre voltant en una volta sencera podem dividir el cercle en 360 graus. Cada grau el podem dividir en 60 minuts, cada minut el podem dividir en 60 segons i si cada un d’aquests segons d’arc el dividim entre 1 milió!!!….obtenim UN MICROSEGON D’ARC!

Doncs bé, la fotografia del forat negre ha estat possible gràcies a obtener resolucions de 40 microsegons d’arc!! Si penseu que la Lluna vista des de la Terra equival a mig grau, 40 microsegons d’arc equival a veure una pilota de tennis a la Lluna des de la Terra! Per obtenir un zoom així de potent es necessita una antena parabòlica de la mida del planeta Terra! Impossible, així doncs, com s’ho han fet?

Utilitzant vuit antenes repartides pels dos hemisferis s’han ajustat i sincronitzat per observar alhora com si fos només una. Aquesta tècnica s’anomena interferometria. Aquest fet implica un últim repte no menys important: Com sincronitzar i procesar tota aquesta informació obtinguda d’aquests radiotelescopis?

Aquí una dona ha estat la absoluta protagonista, Katie Bouman. La Dra. Bouman de 29 anys ha creat específicament un algoritme únic que ha fet possible la foto final.

La Dra. Katie Bouman (font: MIT / Katie Bouman / Facebook)

La porta s’ha obert, finalment s´ha obtingut una fotografia del disc de llum que envolta i que escapa del forat negre invisible. Informació vital que permet mesurar el forat i corroborar les teories d’Einstein.

En breu aquesta imatge es millorarà ja que actualment ja s’està treballant amb resolucions de 20 microsegons d’arc. També altres telescopis amb tècniques diferents i en altres rangs de llum estudien actualment cossos com els forats negres. El satèl·lit Gaia, el telescopi Sofia, i multitud d’altres dels quals en parlarem ben aviat. La ciència i en concret l’astronomia està avançant a gran velocitat els últims anys i ens complau gratament ser-ne testimonis. Visca!

Per cert…

Anell de matèria que envolta el forat negre que hi ha al centre de la nostra galàxia (font: NASA SOFIA mission)

Impressionant també aquesta foto feta pel telescopi Sofia (instal·lat a un avió Boeing 747) de la pols que rodeja el forat negre al centre de la nostra galaxia, la Via Làctea, en el rang infraroig.

https://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-asi-anillo-rodea-agujero-negro-galaxia-20140319105011.html

Forat negre

Què és un forat negre? Si t’has preguntat això al llarg d’aquests dies, aquest article t’interessa.

Per entendre alguns conceptes i idees, cal primer fer un petit tomb per la història que ens ha
portat a aquest descobriment.

La primera protagonista de la nostra història és la força de la gravetat. És la responsable de
que els objectes tornin a caure al terra si els llencem enlaire. El seu funcionament va ser descrit per Isaac Newton al segle XVII. Les lleis proposades per Newton explicaven quasi a la perfecció tots el fenòmens gravitatoris que observem al nostre voltant. Algunes petites coses, però, no acabaven de quadrar amb la teoria de Newton, entre elles, l’òrbita que descriu el planeta Mercuri. Aquesta petita discordança va ser la llavor arran de la qual Albert Einstein va proposar unes idees que revolucionarien el paradigma científic del moment. Ell ens va explicar que l’espai i el temps són una única entitat anomenada espaitemps i que es comporta com una tela
elàstica que es corba en presència de massa o energia. Això implica que, les distàncies o la
nostra manera de mesurar el temps canvien si estem en un espaitemps on no hi ha massa i per
tant no s’ha corbat (és pla) o en un amb massa (corbat).

Curvatura de l’espai-temps deguda a la massa (font: ESA–C.Carreau)

Tant es així que inclús els GPS tenen en compte que el temps a l’espai passa una mica més
ràpid que a la superfície de la terra degut a que el camp gravitatori és menys intens i amb tal
de no desincronitzar-se han de corregir aquest desfasament. Un forat negre és un objecte
extremadament dens, tant que corba l’espaitemps de tal forma que qualsevol objecte (ja sigui
una partícula amb massa o llum mateixa) que hi entri, no en pot tornar a sortir. Aquests
objectes tan misteriosos son solució de les equacions d’Einstein de la relativitat general:

    \[ R_\mu_\nu - \frac{1}{2} R g_\mu_\nu = T_\mu_\nu \]

A la part de la dreta de l’equació hi ha les fonts de massa i energia que tenim en una certa
regió de l’univers. La part esquerra de l’equació ens diu com es corba l’espaitemps en aquesta
regió degut a aquesta massa.

La llum sempre viatja en línia recta, però, què passaria si en comptes de viatjar sobre una
superfície plana, la llum viatgés sobre una esfera? Semblaria que portés una trajectòria corba
encara que realment la llum sempre estigués anant “recte, cap endavant”.

Els forats negres corben tant i tant la llum que aquesta , un cop ha entrat al forat negre, pot o seguir endavant i en un cert temps trobar-se amb la singularitat o bé pot quedar-se congelada
fent voltes i voltes a radi constant (sense apropar-se ni allunyar-se del forat negre) generant la superfície que coneixem com a horitzó de successos (Si estiguéssiu en aquest punt, la llum que surt de la vostra esquena faria una volta al forat negre i us arribaria als ulls! Així podríeu veure com us veieu pel darrera!).

I què és aquesta singularitat que acabem d’esmentar? Doncs per molt que sembli increïble és,
essencialment, un final del temps i de l’espai. Dins el forat negre, l’espaitemps està retorçat
fins a límits extraordinaris. És com si el teixit elàstic en el que succeeixen l’espai i el temps s’anés estirant i estirant fins primer esdevenir un fil prim i finalment desaparèixer. En aquest instant de temps (anomenat singularitat) el temps s’acaba i les distàncies i les mides dels objectes es fan ínfimament petites fins a ser 0. Encara hi ha molta especulació sobre què hi passa realment en aquesta singularitat, així doncs, de moment ens fixarem més en com es
comporta la llum abans d’arribar a aquest instant final. Tant la llum que entra al forat negre
com la que es queda congelada a l’horitzó de successos mai podran tornar a fora d’aquesta
regió, no podran escapar cap a la Terra i arribar als nostres ulls. Aleshores, com és possible
observar aquests objectes? La resposta rau en la matèria que hi ha al voltant del forat negre.
Aquesta matèria es veu atreta cap al forat negre i en aquest procés s’accelera. Qualsevol
partícula amb carrega elèctrica accelerada emet llum i aquesta és la llum que ens arriba a
nosaltres. Aquest halo de matèria que està caient dins el forat negre s’anomena disc d’acreció.

11 de febrer

Cartell pel Dia Internacional de la Dona i la Nena en la Ciència, 11 de febrer de 2019

Les contribucions de la dona a la ciència al llarg de la història han estat nombroses, però no totes han rebut la visibilitat o el reconeixement que mereixien. És per això que l’11 de febrer se celebra el Dia Internacional de la Nena i la Dona a la ciència i des de l’agrupació ens afegim al moviment i les activitats que es duran a terme amb l’exposició: Amb A d’Astrònoma on reivindiquem el paper crucial de les dones en aquest camp.

L’esdeveniment es realitzarà a les antigues escoles Fabra i durarà tot el cap de setamana.
Tant dissabte com diumenge ens podreu trobar de 10:00 a 14:00 i de 16:00 a 20:00.
El diumenge a les 18:00 passarem el documental Mercury 13, que explica les dificultats que van haver d’afrontar el grup de dones pilots del Mercury 13 durant l’època de la carrera espacial.

Vine a conèixer l’agrupació i el nostre projecte.

Entrada lliure a tots els públics!

Jocelyn Bell va descobrir els púlsars (part 1)

Jocelyn Bell descobridora dels púlsars
Jocelyn Bell descobridora dels púlsars
Jocelyn Bell en una foto de l’any 1967, quan va descobrir els púlsars (font: Wikimedia Commons)

Qui és Jocelyn Bell?

Jocelyn Bell és una astrofísica nord-irlandesa. Va néixer el 1943 a Lurgan, un poble a uns 30Km de Belfast. Va estudiar Física a la Universitat de Glasgow, d’on es va graduar el 1965. Va fer la tesi a la Universitat de Cambridge sota la direcció d’Anthony Hewish, un reputat radioastrònom britànic.

Com es va interessar per l’astronomia?

No ho va tenir fàcil. De petita li agradava la ciència, però al seu institut eren els nens els que feien ciències. Les nenes feien cuina, costura, etc. Els seus pares la van recolzar i van parlar amb l’institut, i van aconseguir que ella i dues noies més anessin a la classe de ciències amb els nens. Quan era petita, es va encuriosir per uns llibres d’astronomia que els seus pares havien portat de la biblioteca, i això va acabar d’encendre l’espurna.

Jocelyn Bell, il·lustració de Sílvia Gàmiz

Què va estudiar a la seva tesi?

Hewish havia dissenyat un radiotelescopi per estudiar el fenòmen del centelleig interplanetari.

Aquest fenòmen és similar al centelleig de les estrelles que veiem, que és degut a que la llum travessa l’atmosfera de la Terra. Doncs el mateix passa amb les ones de radio que son afectades no per l’atmosfera sino pel vent solar, les partícules que el Sol emet i que també mostren turbulències com l’aire de l’atmosfera.

A partir del centelleig el seu objectiu final era detectar molts quàsars, un altre tipus d’objecte celeste molt particular que emet ones de radio en grans quantitats, i que s’havien descobert recentment.

Bell va participar en la investigació. De fet, ella era qui operava el telescopi i analitzava les dades, supervisada per Hewish, el seu director de tesi.

Com va descobrir els púlsars si estudiava una altra cosa?

Com tantes vegades passa a la ciència, per casualitat, perseverança i capacitat. Estem parlant de 1967, i tot i que ja hi havia ordinadors primitius ella preferia analitzar les dades visualment (30 metres de papers amb gràfiques cada dia).

Amb les setmanes va aprendre a detectar els centelleigs que buscava, a descartar interferències produïdes per fonts humanes (emissores de radio).

Un dia va detectar una “brutícia” en les gràfiques, un patró que no es podia associar al centelleig o a emissió de radio, venia d’un cert punt en el cel, i va recordar que ja n’havia vist una de semblant uns dies abans i no li havia prestat atenció. Va buscar les gràfiques antigues i allà estava.

El radiotelescopi era estàtic, era com 50 pistes de tennis plenes d’antenes. Com que no es movia, explorava allò que la rotació de la Terra li permetia cada dia, i al llarg dels mesos s’acabava explorant bona part del cel. Amb paciència.

Doncs bé, rebuscant la “brutícia” que ja havia vist abans va veure que corresponia al mateix punt del cel.

A partir d’aquí van ajustar les antenes per observar-lo cada nit i fer unes gràfiques més precises. El senyal era una sèrie de pulsos separats per 1,3373 segons de manera molt constant. El centelleig és caòtic, igual que el que veiem a simple vista. Tanta precisió semblava tenir origen humà, però la font es va confirmar que venia sempre del mateix punt del cel, i per tant era extraterrestre.

Foto de 1967 de l’Interplanetary Scintillation Array a Cambridge, el radiotelescopi amb que Jocelyn Bell va descobrir els púlsars. Font: Science Museum

I com van saber que això era un púlsar?

No ho sabien d’entrada. Era 1967, la teoria de que alguna altra civilització ens estava enviant un senyal aviat va passar pel cap de Bell i els seus companys. Altra gent va observar-lo des d’un altre telescopi, i també van mesurar amb més precisió el periode. Si hi havia una altra civilització, el seu planeta estaria donant voltes a la seva estrella i això hauria de produïr petites variacions periòdiques degudes a l’efecte Doppler, però les úniques variacions que van veure eren les degudes al moviment de la Terra al voltant del Sol.

Unes setmanes després va descobrir una altra brutícia en les gràfiques. Venia d’un altre punt del cel. Després d’assegurar-se tornant-la a observar al llarg de diversos dies estava clar que ja en tenien 2. Els van anomenar “pulsating stars” (estrelles pulsants) i ho van abreviar com a púlsars. Hi ha científiques que tenen un do pel branding.

2 fonts tant separades enviant-nos senyals era massa casualitat, així que es va descartar la teoria de la civilització extraterrestre.

Al cap d’un parell de mesos ja n’havien vist 4 i publicaven un article a la revista Nature, el 24 de febrer de 1968.

Ha rebut algun reconeixement?

El 1974 es va donar el premi Nobel a Anthony Hewish i Martin Ryle pel descobriment dels púlsars. Molta gent, astrofísics importants inclosos, es va queixar de que a Jocelyn Bell no se la fés partícep del premi. Es va intentar rebatre utilitzant el fet que era una estudiant de doctorat, però no ens podem oblidar del paper que tenien les dones en aquella època. Ella mai se n’ha queixat, fins i tot se n’ha alegrat: “Quan et donen el Nobel tens aquella setmana fantàstica en que surts per tot arreu, i després ja has cobert el cupo. Jo he tingut ple de premis després, i encara ara, quasi cada any hi ha algun tipus de festa a que em conviden, això és molt més divertit”.

Jocelyn Bell en una foto recent (font: Fundamental Physics Breakthrough Prize)

Avui en dia Jocelyn Bell és molt activa en la tasca de fomentar l’interès de les noies per l’astronomia i per la ciència en general. En aquesta entrevista que li van fer a Canal Europa (20 minuts, anglès amb subtítols) en parla.

També podeu llegir, en anglès, el seu discurs de 1977 sobre com va descobrir els púlsars, en llenguatge molt planer i entenedor, una de les seves virtuts.

En l’article de la Wikipedia (català, anglès) podeu trobar també molta informació i ple d’enllaços interessants.

En el proper article explicarem què són els púlsars, el descobriment de Jocelyn Bell. Explicarem què són, com es formen i per què es comporten així de raro.

Us han quedat dubtes? Voleu saber més coses de Jocelyn Bell, o d’alguna altra astrònoma? Contacteu-nos i pregunteu!

Making of: La foto de l’eclipsi de Lluna

Eclipsi de Lluna 2019 Alella

Eclipsi de Lluna 2019 Alella

El passat dia 21 de febrer vam anar al Mirador de Nou Pins a veure l’eclipsi de Lluna. Els dies previs havien estat molt complicats amb núvols i pluges, però teniem esperances, que finalment es van complir: un cel net i diàfan. Això sí, en hora molt intempestiva i acompanyat d’un vent gelat només apte per les persones més valentes. Res que un termo de tè i unes barretes energètiques no puguin compensar.

Vam tirar unes 600 fotos al llarg de tota la durada de l’eclipsi. Vam utilitzar una càmera Lumix DMC-GF3, amb un objectiu Olympus 40-150mm.

Les primeres fotos i les últimes, on la Lluna brilla més, es tiren amb un temps d’exposició de 1/400 a 1/100 segons.

Quan la Lluna està totalment eclipsada l’exposició és més llarga, fins a 4 segons. Si es fa més ja començaria a sortir moguda.

Després hi ha la feina de triar les fotos i fer-na la composició amb el GIMP, però això ja es fa a casa, amb una bona calefacció.

T’agradaria aprendre a fer fotos com aquesta? A Astroalella farem cursos d’astrofotografia aviat. Contacta’ns per saber-ne dates i condicions.

 

Calendari astronòmic

Hem afegit un calendari a la nostra web, on anirem afegint informació sobre esdeveniments d’interès. D’entrada hi hem afegit les efemèrides astronòmiques que publica Serviastro (Universitat de Barcelona)

juliol 2019

dl. dt. dc. dj. dv. ds. dg.
1
  • Quàntica
2
  • Venus 1.6° al N. de la Lluna
  • Quàntica
  • Lluna nova
  • Eclipsi total de sol
3
  • Quàntica
4
  • Quàntica
  • Mart 0.1° al S. de la Lluna (ocultació)
  • Mercuri 3.3° al S. de la Lluna
5
  • La Terra a l'afeli
  • Quàntica
  • La Lluna al perigeu
6
  • Quàntica
  • Regulus 3.3° al S. de la Lluna
7
  • Quàntica
  • Mercuri estacionari
  • Mercuri al periheli
  • Mercuri 3.8° al S. de Mart
8
  • Quàntica
9
  • Quàntica
  • Quart creixent
  • Saturn en oposició
  • Saturn, màxim apropament a la Terra
10
  • Quàntica
11
  • Quàntica
12
  • Quàntica
13
  • Quàntica
  • Júpiter 2.3° al S. de la Lluna
14
  • Quàntica
  • Plutó en oposició
15
  • Quàntica
16
  • Quàntica
  • Saturn 0.2° al N. de la Lluna (ocultació)
  • Eclipsi parcial de lluna
  • Lluna plena
17
  • Quàntica
  • Eclipsi parcial de lluna
  • Lluna plena
18
  • Quàntica
  • Mercuri, màxim apropament a la Terra
19
  • Quàntica
20
  • Quàntica
  • La Lluna a l'apogeu
21
  • Quàntica
  • Neptú 3.8° al N. de la Lluna
  • Mercuri en conjunció inf.
22
  • Quàntica
23
  • Quàntica
24
  • Quàntica
25
  • Quàntica
  • Quart minvant
  • Urà 4.8° al N. de la Lluna
26
  • Quàntica
27
  • Quàntica
28
  • Quàntica
  • Aldebaran 2.3° al S. de la Lluna
29
  • Quàntica
30
  • Quàntica
31
  • Quàntica
  • Mercuri 4.5° al S. de la Lluna
  • Mercuri estacionari
  • Venus 0.6° al S. de la Lluna (ocultació)

Asteroides, cometes i meteorits

La primera diferència fonamental és la seva composició, els cometes són cossos d’una zona freda de l’extraradi del Sistema Solar anomenat Núvol d’Oort. Tenen trajectòries molt llargues al voltant del Sol i són una mescla de roca, gel, pols, diòxid de carboni, metà i altres gasos que a mida que s’apropen a la òrbita de Mart evaporen part del seu material creant espectaculars cues. Les restes de pols que van deixant al seu pas al creuar-se amb la nostra òrbita i xocar amb l’atmosfera terrestre són les responsables de les pluges d’estels.  Els asteroides en canvi estan formats només per roca i metall i provenen del cinturó d’asteroides, que està entre les òrbites de Mart i Júpiter. Molt més propers al Sol ja han perdut el seus materials més lleugers segurament empesos a aquesta distància a l’època de formació del nostre astre. De tots ells i depenent de la mida només aquells que penetren l’atmosfera i aconsegueixen arribar a impactar la superfície terrestre els anomenem meteorits.

Cometa 46P Wirtanen
©Juan Carlos Casado (TWAN, Earth y Stars) Campanar de l’esglesia romànica de Sant Llorenç de la Muga (s.X) a Girona amb el cometa 46P/Wirtanen al cel, 3 desembre 2018.

Tots ells s’estudien perquè són potencialment perillosos quan s’apropen a la Terra i cal tenir clara la seva trajectòria a vegades canviant amb exactitud. A la vegada són petits reservoris de temps passats del Sistema Solar que ens aporten moltes dades, la composició, forma i la seva antiguitat donen respostes a moltes investigacions.

Actualment s’han enviat ja diverses sondes espacials per estudiar i recollir mostres d’alguns d’aquests cossos. Aquest mes de desembre és especialment important. La sonda espacial Osiris-Rex llançada el 8 de setembre de 2016, ha arribat a l’asteroide Bennu. Aquest asteroide fa uns 490 metres de diàmetre. Després de recollir una mostra tornarà a la Terra cap a l’any 2023 per analitzar-la.

També aquest mes de desembre podrem gaudir del cometa 46P/Wirtanen, el dia 16 de desembre assolirà la seva magnitud màxima i es podrà observar a ull nu preferiblement amb cels amb poca contaminació lumínica. Aquest dia s’aproparà a uns 11,5 milions de kilòmetres i coincidirà que al estar en oposició la seva brillantor serà excel·lent.

Us deixem el link de ServiAstro (UB) per seguir-lo en tot moment:

http://www.am.ub.edu/serviastro/CartesCel/carta_ca.html