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lunes, 10 de febrero de 2014

Óptica Adaptativa


El pasado mes de septiembre tuvo lugar en Stellenbosch, Sudáfrica, el 9o Taller/Congreso de Óptica Adaptativa al cuál tuve el placer de poder asistir.

Óptica Adaptativa

Microscopios, telescopios, objetivos de las cámaras de fotos (las profesionales, las de nuestros móviles...), nuestros ojos... todos ellos están diseñados para formar imágenes. La luz llega al sensor digital, o a la película fotográfica o a nuestra retina tiene que atravesar muchos medios que distan de ser perfectos (ópticamente hablando). Pensemos por ejemplo, para abrir el apetito científico, en un telescopio profesional. La luz de las estrellas antes de llegar a las avanzadas y carísimas cámaras de estos gigantes tiene que revotar en el espejo primario, en el espejo secundario y atravesar las lentes que hacen las veces de ocular, a veces incluso una lámina correctora a la entrada del telescopio. Todos los elementos ópticos por los que la luz tiene que pasar y por los que tiene que reflejar que conforman telescopio están diseñados de manera inteligente pero... ¿y la atmósfera?

La Óptica Adaptativa se entiende como cualquier conjunto de elementos ópticos destinados a manipular, corregir o compensar las aberraciones ópticas. A día de hoy se ha convertido en una herramienta indispensable para alcanzar la máxima resolución posible con un sistema óptico, ya sea telescopio, oftalmoscopio o microscopio. En los últimos tiempos esta tecnología se está aplicando a la óptica del ojo humano.

Frente de onda y Aberración de onda

Para manipular, corregir o compensar las aberraciones ópticas primero debemos saber qué son y cómo se miden. 

Desde un punto de vista geométrico se define el frente de onda como la superficie que forman, en la propagación de la luz, los rayos con igual camino óptico. A modo de ejemplo, imaginad que tenemos encendemos una bombilla. En ese instante la luz empezará a propagarse en todas direcciones. Si pudiésemos unir todas las partículas de luz que han salido a la vez de la bombilla estaríamos dibujando el frente de onda en un instante concreto. 

Figura 1. Frentes de onda esféricos provocados por la perturbación de una gota en el agua.
La aberración de onda se define como la diferencia entre el frente de onda ideal (normalmente plano) y el frente de onda real. Esta aberración se expresa como una función de onda y ésta se define en la pupila de salida del sistema óptico.

Figura 2. Definición gráfica de aberración de onda.

Manipulación

Para manipular el frente de onda se pueden utilizar dos elementos: espejos deformables y moduladores espaciales de cristal líquido.

Los espejos deformables están formados por una membrana reflectante muy fina. Esta membrana se coloca encima de un conjunto de electrodos (actuadores) sobre los cuales se aplica un potencial eléctrico que deforman el espejo para modificar el frente de onda (en este caso el camino óptico) del haz que incide en el mismo.
Figura 3. Espejo deformable y modulador de cristal líquido.

Los moduladores espaciales de cristal líquido son dispositivos compuestos por moléculas con forma alargada altamente anisótropas. Debido al alto momento bipolar que presentan, su orientación puede controlarse mediante campos eléctricos. Este cambio de orientación produce un cambio en el índice de refracción y en definitiva un cambio en el camino óptico del haz que lo atraviesa.

Medición

El frente de onda se mide (existen otros métodos menos precisos que no comentaré aquí) con un sensor de Shack-Hartmann (llamado así por sus creadores). Este ingenioso dispositivo funciona de la siguiente manera. Imaginad que colocásemos delante de un sensor de cámara digital una matriz de microlentes todas separadas a la misma distancia entre ellas. Si el frente de onda que llegase a las microlentes fuese plano (libre de aberraciones) todas las lentes crearían un patrón de puntos en el sensor, todos a la misma distancia unos de otros. Sin embargo, si el frente de onda no es plano (está aberrado) cada punto se desplazará de la posición ideal. Todo esto se ve resumido en la siguiente imagen.
Figura 3. Izquierda: esquema del funcionamiento del sensor S-H.
Derecha: imágenes recogidas por el sensor.
Para los que tengáis conocimientos de matemáticas podréis suponer que el desplazamiento que sufren los puntos con respecto al lugar ideal donde deberían estar está relacionado con la derivada del frente de onda en ese punto. Es justamente esto lo que nos permite reconstruir el frente de onda.

Métodos

Existen dos métodos para manipular el frente de onda, el llamado método directo y el método indirecto (también llamado sensorless). Ambos métodos funcionan en bucle cerrado (se mide, se corrige, se vuelve a medir, se vuelve a corregir...). 

Figura 4. Métodos de manipulación/corrección del frente de onda
El método directo utiliza un sensor de frente de onda y sobre la información del mismo se manda información al espejo deformable o modulador espacial para corregirlo. Por otro lado, el método indirecto no utiliza sensor de frente de onda. En su lugar este método trabaja para mejorar una métrica concreta del a imagen obtenida, por ejemplo la intensidad de la imagen: se mide la intensidad total registrada en la imagen, se modifica mediante algún algoritmo el frente de onda, se vuelve a medir la intensidad para ver si mejor a o empeora... así hasta alcanzar el máximo de intensidad. 

Aplicaciones de la Óptica Adaptativa

Astronomía

La óptica adaptativa se desarrolló para conseguir mejoras en imágenes astronómicas. El objetivo de estos sistemas es (como se puede haber intuido al principio de la entrada) el de compensar las perturbaciones producidas por la atmósfera en tiempo real.
Figura 5. Esquema de la corrección del frente de onda en una imagen astronómica.

Microscopía

Este tipo de tecnología se está volviendo en un estándar a la hora de obtener imágenes de microscopía. Así, la corrección o inducción de aberraciones se ha convertido en una herramienta casi esencial para alcanzar la máxima resolución posible.

Ejemplos del uso de óptica adaptativa en microscopía son varias. A continuación nombro unas pocas:
  • Corrección de las aberraciones inducidas por la propia óptica del microscopio.
  • Corrección de 

Óptica clínica

Como todas las tecnologías desarrolladas para la industria de la exploración espacial era cuestión de tiempo que éstas también llegaran a nuestros "hogares", al igual que ya pasase con los LCD y las cámaras CCD.

Uno de los ejemplos de esta tecnología que en poco tiempo estará muy cerca de nosotros es el Foróptero avanzado, también llamado simulador visual, desarrollado por el Laboratorio de Óptica de la Universidad de Murcia y comercializado por Voptica, una Spin off de la misma universidad. 
Figura 6. Esquema del simulador visual.

En la figura anterior se pueden observar los elementos principales de este simulador visual. Este aparato permite grandes avances en mediciones que hasta ahora se realizan (y muchas tendrán que seguir realizándose) en un foróptero, un aparato cuyo funcionamiento no se ha visto modificado desde hace ya casi un siglo.

Figura 7. Foróptero tradicional utilizado en ópticas y clínicas oftalmológicas para la medida de estado refractivo, forias, vergencias, amplitud acomodativa...
El foróptero avanzado facilita algunos aspectos del foróptero tradicional. Por ejemplo, uno de los principales inconvenientes de los test visuales es que deben colocarse a una distancia de 6 metros, en el llamado "infinito optométrico", distancia de la que muchas ópticas o clínicas no disponen. Este simulador acaba con ese problema al incorporar él mismo pantallas en las que se puede colocar cualquier test (incluso vídeo). Sin embargo, se podría argumentar que la diferencia de precio entre el convencional y el avanzado se podría invertir en remodelar el gabinete de optometría. Si el problema es que el local no tiene más espacio no habrá mucho que se pueda hacer.


Las ventajas del simulador visual van más allá:

  • Simulación visual: El foróptero avanzado permite mostrarle al paciente una escena a través de cualquier óptica simulada mediante su frente de onda. Por ejemplo, se le podría mostrar a un paciente con una alta miopía cómo vería un paisaje si se le colocase una lente intraocular sin necesidad de ningún tipo de operación, simplemente simulando e integrando en los moduladores espaciales el perfil de frente de onda resultante, calculado mediante la medida del frente de onda del ojo del paciente y las características ópticas de la lente intraocular.
  • Ensayos clínicos: Siguiendo la misma filosofía que en el punto anterior, mediante esta tecnología se pueden hacer simulaciones visuales de un perfil de lente novedoso del cuál sólo se ha desarrollado el concepto. Se puede por ejemplo pensar en el desarrollo de una lente para aumentar la profundidad de campo de un paciente con presbicia y probar ese mismo día "la lente" en el paciente y comprobar si la idea tiene futuro. Esto es un avance importantísimo ya que hoy en día es necesario crear el prototipo, fabricarlo y realizar ensayos clínicos antes de probar el funcionamiento de la lente. Esto conlleva mucho tiempo y dinero y en un gran número de casos al llegar a los ensayos clínicos se observa que la lente no funcionaba como se quería, lo que se traduce en tener que volver a empezar todo el proceso.
  • "Graduación avanzada": en el marco de la optometría se podría resumir este punto como la unión casi perfecta entre los autorefractómetros actuales, los aberrómetros y la potencia de un test subjetivo. Es también posible estudiar forias y vergencias mediante la adición de prismas virtuales a los moduladores espaciales, sin embargo no tengo constancia de que esto se haya hecho hoy en día. De todas maneras el principal inconveniente en este y otros aspectos radica en que las condiciones de este simulador (mirar dentro de una caja y que los objetos provengan de pantallas) son bastante alejadas de la visión natural, algo que en estos últimos aspectos estoy convencido de que tiene que tener un impacto no despreciable.

Imagen de la Montaña Cabeza del león realizada desde la Table Mountain en una de las excursiones organizadas por el congreso

jueves, 16 de diciembre de 2010

Estrellas Fugaces y Lluvias de Meteoros

Las estrellas fugaces son un fenómeno muy bonito el cuál muchísima gente observa. Sobre todo debido a la más famosa (pero no la mejor) lluvia de meteoros: las perséidas, comunmente conocidas como "lágrimas de San Lorenzo" y tan famosas debido a la época del año en la cuál ocurren.

Para empezar vamos a diferenciar lo que es un meteoro de un meteorito y de un meteoroide:
  • Meteoro: fenómeno luminoso que se produce cuando un meteoroide atraviesa nuestra atmósfera.
  • Meteoroide: cuerpo menor del Sistema Solar de un tamaño comprendido entre 100 µm y 10 metros de diámetro.
  • Meteorito: meteoroides que alcanzan la superficie de la Tierra debido a que no se desintegran totalmente en la atmósfera.
    Qué son
    Las llamadas lluvias de estrellas son un fenómeno que se produce debido a que la Tierra, en su camino alrededor del Sol "cocha" contra la cola de un cometa que pasó por ahí hace muchísimo tiempo dejando su característico camino de partículas (meteoroides).
    Al chocar estas partículas con la atmósfera estas se encienden y producen el tan conocido fenómeno (meteoro).
    Éste fenómeno es ideal para observar a simple vista, sin ayuda de prismáticos o telescopios ya que estos impiden ver el fenómeno debido al poco campo de visión que ofrencen debido a los aumentos que proporcionan, pero también hay otras llamadas "telescópicas" ya que hay que verlas con prismáticos como poco, muy difíciles de ver ya que el campo de unos prismáticos es bastante más reducido qu el del ojo humano.

    Cada lluvia de meteoros que se produce lleva un nombre, asignado por la parte de el cielo de las cuales parecen venir todos los meteoros de la misma lluvia. Este punto recibe el nombre de radiante.

    Radiante de las Perseidas(Fotografía de larga exposición)
    Por tanto las Perséidas reciben su nombre por encontrarse el radiante en la constelación de Perseo.
    Todas las noches se pueden ver una media de 6 estrellas fugaces por hora, en un cielo con contaminación lumínica nula, en ausencia de Luna (porque ilumina el cielo y se pierde contraste con los meteoros) y con el cielo totalmente despejado.

    Cuándo se producen
    Os pongo una lista de todas las lluvias de meteoros que se producen al año creada por la IMO (International Meteor Organization):

    Lluvia Período de Actividad Máximo Radiante V_infinito r THZ
    Fecha sol α δ km/s
    Cuadrántidas (QUA) Ene 01-Ene 05 Ene 03 283°16 230° +49° 41 2.1 120
    δ-Cáncridas (DCA) Ene 01-Ene 24 Ene 17 297° 130° +20° 28 3.0 4
    α-Centáuridas (ACE) Ene 28-Feb 21 Feb 07 319°2 210° -59° 56 2.0 6
    δ-Leónidas (DLE) Feb 15-Mar 10 Feb 24 336° 168° +16° 23 3.0 2
    γ-Nórmidas (GNO) Feb 25-Mar 22 Mar 13 353° 249° -51° 56 2.4 8
    Virgínidas (VIR) Ene 25-Abr 15 (Mar 24) (4°) 195° -04° 30 3.0 5
    Líridas (LYR) Abr 16-Abr 25 Abr 22 032°32 271° +34° 49 2.1 18
    π-Púppidas (PPU) Abr 15-Abr 28 Abr 24 033°5 110° -45° 18 2.0 var
    η-Acuáridas (ETA) Abr 19-Mayo 28 Mayo 05 045°5 338° -01° 66 2.4 60
    Sagitáridas (SAG) Abr 15-Jul 15 (Mayo 19) (59°) 247° -22° 30 2.5 5
    Junio Bootidas (JBO) Jun 26-Jul 02 Jun 27 095°7 224° +48° 18 2.2 var
    Pegásidas (JPE) Jul 07-Jul 13 Jul 09 107°5 340° +15° 70 3.0 3
    Julio Phoenícidas (PHE) Jul 10-Jul 16 Jul 13 111° 32° -48° 47 3.0 var
    Piscis Austrínidas (PAU) Jul 15-Ago 10 Jul 28 125° 341° -30° 35 3.2 5
    δ-Acuáridas Sur (SDA) Jul 12-Ago 19 Jul 28 125° 339° -16° 41 3.2 20
    α-Capricórnidas (CAP) Jul 03-Ago 15 Jul 30 127° 307° -10° 23 2.5 4
    ι-Acuáridas Sur(SIA) Jul 25-Ago 15 Ago 04 132° 334° -15° 34 2.9 2
    δ-Acuáridas Norte (NDA) Jul 15-Ago 25 Ago 08 136° 335° -05° 42 3.4 4
    Perseidas (PER) Jul 17-Ago 24 Ago 12 140° 46° +58° 59 2.6 100
    κ-Cígnidas (KCG) Ago 03-Ago 25 Ago 17 145° 286° +59° 25 3.0 3
    ι-Acuáridas Norte (NIA) Ago 11-Ago 31 Ago 19 147° 327° -06° 31 3.2 3
    α-Aurígidas (AUR) Ago 25-Sep 08 Sep 01 158°6 84° +42° 66 2.6 10
    δ-Aurígidas (DAU) Sep 05-Oct 10 Sep 09 166°7 60° +47° 64 2.9 5
    Píscidas (SPI) Sep 01-Sep 30 Sep 19 177° 5° -01° 26 3.0 3
    Dracónidas (GIA) Oct 06-Oct 10 Oct 08 195°4 262° +54° 20 2.6 var
    ε-Gemínidas (EGE) Oct 14-Oct 27 Oct 18 205° 102° +27° 70 3.0 2
    Oriónidas (ORI) Oct 02-Nov 07 Oct 21 208° 95° +16° 66 2.5 23
    Táuridas Sur (STA) Oct 01-Nov 25 Nov 05 223° 52° +13° 27 2.3 5
    Tauridas Norte< (NTA) Oct 01-Nov 25 Nov 12 230° 58° +22° 29 2.3 5
    Leónidas (LEO) Nov 14-Nov 21 Nov 17 235°27 153° +22° 71 2.5 20+
    α-Monocerótidas (AMO) Nov 15-Nov 25 Nov 21 239°32 117° +01° 65 2.4 var
    χ-Oriónidas (XOR) Nov 26-Dic 15 Dic 02 250° 82° +23° 28 3.0 3
    Phoenícidas Dic (PHO) Nov 28-Dic 09 Dic 06 254°25 18° -53° 18 2.8 var
    Púppidas/Vélidas (PUP) Dic 01-Dic 15 (Dic 07) (255°) 123° -45° 40 2.9 10
    Monocerótidas (MON) Nov 27-Dic 17 Dic 09 257° 100° +08° 42 3.0 3
    σ-Hídridas (HYD) Dic 03-Dic 15 Dic 12 260° 127° +02° 58 3.0 2
    Gemínidas (GEM) Dic 07-Dic 17 Dic 14 262°2 112° +33° 35 2.6 120
    Coma Berenícidas (COM) Dic 12-Ene 23 Dic 19 268° 175° +25° 65 3.0 5
    Úrsidas (URS) Dic 17-Dic 26 Dic 22 270°7 217° +76° 33 3.0 10

    Como dato a destacar explicar que el THZ es la llamada Tasa Horaria Zenital y es el número máximo calculado de meteoros que un observador vería bajo un cielo perfectamente claro, libre de contaminación y si el radiante estuviese en el punto más alto del cielo (zenit).También se define el THZE que consiste en calcular en unos minutos cuantas estrellas van a verse y extrapolarlo a una hora completa.
    Sin embargo este dato es orientativo ya que, por ejemplo en 1999 se registraron hasta 10.000 estrellas fugaces por hora en pocos minutos (THZE) en la lluvia de las Leónidas.
    Cada 33 años ésta lluvia de meteoros se "renueva" por el paso de nuevo del cometa que les da origen y se produce un máximo tremendo en cuanto a estrellas fugaces por minuto.

    De vez en cuando se producen los llamados bólidos (yo vi uon en las Leónidas del 2003). Son partículas más grandes de lo normal lo que produce un brillo extraordinariamente grande de la "estrella fugaz". También suelen estar asociados a velocidades más lentas lo que prolonga su tiempo de visionado. Además suele tomar un color verdoso debido a la ionización con la atmósfera.

    En cuanto a esta clasificación también podemos ver otras tablas como esta:

    N Época A.R. DEC. NOMBRE THZ Observación
    1 Enero 2-3 230º +53º Cuadrántidas 35 Velocidades medias.
    2 Enero 17 295º +53º
    k Císnidas
    Lentas y con estelas fugaces.
    3 Febrero5-10 75º +41º a Auríguidas 12 Muy lentas y en forma de bólidos.
    4 Marzo 10-12 218º +12º z Boótidas Rápidas y con estelas persistentes.
    5 Abril 20-22. 271º +33º Líridas 12 Rápidas y con estelas persistentes.
    6 Mayo 6 334º -2º
    gAcuáridas
    12 Muy rápidas y con estelas de gran longitud.
    7 Mayo 11-24 247º +28º z Hercúlidas 15 Rápidas y blancas.
    8 Mayo 30 333º +27º hPegásidas Muy rápidas y con estelas persistentes.
    9 junio 2-17 253º -22º
    aEscorpiónidas
    12 Muy lentas y en forma de bólidos.
    10 Junio 27-30 228º +57º iDracónidas 12 Muy lentas.
    11 Junio-Sep. 269º + 48º g Dracónidas Lentas y muy fugaces.
    12 Julio 18-30 304º -12º aCapricórnidas Muy lentas y brillantes.
    13 Julio-Agosto 315º +48º aCígnidas Rápidas y de larga trayectoria.
    14 Jul.25-Ag.4 48º +43º a-b Perseidas 75 Muy rápidas y de trayectoria persistentes.
    15 Julio 25-30 339º -11º d Acuáridas Lentas y con largo recorrido.
    16 Agosto 10-12 45º 57º Perseidas 50 Muy rápidas.
    17 Ag.12-Oc.2 74º 42º a Aurígidas Muy rápidas y con estelas persistentes.
    18 Agos.-Sep. 332º 49º Lacértidas Velocidades medias, cortas.
    19 Agos.10-20 290º 54º kCísnidas Velocidades medias, brillantes
    20 Agos.21-23 291º 60º o Dracónidas Muy lentas. Máximo en 1879.
    21 Agos.21-31 263º 62º z Dracónidas Bastante lentas y brillantes.
    22 Sep. 7-15 61º 35º e Perseidas Rápidas y con estelas persistentes.
    23 Octubre 2 230º 52º Cuadrántidas Lentas. En 1877.
    24 Octubre 9 268º 54º Giacobínicas Velocidades medias. En 1933 se vieron 20.000 en una hora. 1000 en 1946
    25 Octubre12-23. 42º 21º e Ariétidas Muy lentas y en forma de bólidos.
    26 Octubre18-20. 92º 15º Orionídas 20 Rápidas y con estelas persistentes.
    27 Oct.30-Nov17 64º 22º eTáuridas 12 Lentas y en forma de bólidos.
    28 Nov 3-15 55º 13º e Táuridas Muy lentas, pero brillantes.
    29 Nov. 13-15 150º 22º Leónidas 20 Muy rápidas, Período, 33 años
    30 Nov. 17-27 25º 43º Andromeidas Muy lentas.
    31 Dic. 10-12 112º 33º Gemínidas 200 Velocidades medias. Blancas y numerosas.

    Os animo que a que en las noches despejadas y sobre todo sin Luna que estéis en algún sitio descansando como en vuestra terraza o (por lo menos por encima de la altura de las farolas) observéis el cielo y os fijéis por si observáis alguna. Con las tablas podéis haceros una idea de que día será mejor o más probable verlas.

    Espero que os haya gustado.

    jueves, 9 de diciembre de 2010

    La Luna

    La Luna es el único satélite (no artificial) de la Tierra. A ella están asociados muchos comportamientos humanos como Ramadán, la Semana Santa. Además tradicionalmente se han relacionado malos augurios a los eclipses y demás historias. También es el único objeto fuera de la Tierra a la que el hombre ha ido (si si, a la Luna hemos llegado, quien no se lo crea tiene que informarse :D)

    Características

    La Luna gira alrededor de la tierra en un periodo de 27 días 7 horas y 43 minutos pero, como mientras tanto la tierra se ha desplazado también observamos que, con respecto al Sol (de fase a fase) el periodo es 29 días 12 horas y 44 minutos. Se encuentra orbitando en una elipse cuya distancia media a la Tierra des de 384.402 Km - la luz de la Luna tarda 1,3 segundos en llegarnos de ella-.

    Debido a este giro observamos distintas fases de iluminación en ella.

    Fases de la Luna
    Mucha gente sabe que la Luna siempre nos muestra la misma cara. A priori se podría pensar que esto es debido a la casualidad: si el periodo de giro de la Luna fuese de 27 días 7 horas y 43 minutos al igual que el que tarda en girar a la Tierra nos mostraría siempre la misma cara. Pero este no es el motivo. Hace tiempo ya sabemos que es debido a una ¨capturación mareal¨. Este fenómeno se produce porque el nucleo de la Luna no es esférico sino como un pepino (no tan exagerado). Eso hace que una zona de la Luna esté más afectada por la gravedad que la opuesta. Eso provoca que la luna no pueda girar libremente.

    Origen

    Hoy en día se mantienen varias hipótesis sobre el origen de la Luna. Algunas tienen más pruebas que la apoyan que otras pero vaya, no se sabe con seguridad.

    1. Era un planeta independiente que fue capturado por la gravedad de la Tierra durante la formación del Sistema Solar.
    2. La Tierra y la Luna nacieron de la misma masa.
    3. Se formaron como un cuerpo único y debido a una velocidad de giro muy rápida se desprendió (fuerza centrífuga)
    4. Fue el resultado de una colisión con un planeta de aproximadamente el tamaño de Marte.
    5. Hipótesis de precipitación.
    Las cuatro primeras tienen poca explicación. La última es la más reciente y consiste en pensar que se formó a partir de la condensación de una atmósfera caliente y densa desprendida de la Tierra primigenia.

    En cuanto a pruebas.. las rocas traídas en las misiones en la Luna tienen geológicamente la misma edad que la Tierra aunque en otras partes como densidad y demás la diferencia entre Tierra y Luna es muy sustanciosa.

    En la teoría de desprendimiento por fuerza centrífuga la teoría se basaría en decir que la masa salió de lo que ahora sería el océano Pacífico debida a la gran extensión.

    Aquí os dejo un video de los muchos que andan por la red sobre simulaciones de la formación de la Luna.

    Eclipses

    La Luna y el Sol tienen el mismo tamaño aparente en el cielo. Esto es 100% casualidad ya que la Luna es aproximadamente 400 veces más pequeña que el Sol pero está 400 veces más cerca. Como la luna se aleja de la Tierra. Además la luna se aleja una media de 12 centímetros al año lo que hará que dentro de unos cuantos millones de años no se puedan producir eclipses totales. Debido a que la Luna gira en un plano con 5 grados de inclinación respecto al plano en el que se mueve la Tierra los eclipses no se producen todos los meses. 
    De media al año se producen 4 eclipses. Como mínimo pueden producirse 2 y como máximo 7

    Eclipse de Sol

    En los eclipses de Sol se producen cuando Sol-Luna-Tierra se alinean (en ese orden). Se producen zonas de penumbra y de sombra total dependiendo de la porción de Sol que aparezca tapada en la zona de la Tierra donde nos encontremos. Si el eclipse se produce cuando la Luna se encuentra en un punto más cercano a la Tierra el tamaño aparente de la Luna no es suficiente para tapar completamente el Sol y se producen los llamados eclipses anulares.
    Eclipse de Sol
    Eclipse total de Sol. Es posible ver la ''atmósfera'' del Sol: La corona
    Eclipse de Luna

    Para que se produzcan estos eclipses se deben alinear Sol-Tierra-Luna. En este eclipse es la Luna la que se oscurece debido a la interposición de la Tierra en el camino de la Luz. En un eclipse total de Luna vuelve la Luna roja ya que al entrar en la atmósfera la luz se refracta la luz roja en dirección a la Luna. Es por este color rojo que siempre se a asociado a malos augurios y catástrofes.
    Eclipse de Luna
    Eclipse total de Luna
    Pues vamos a dejarlo aquí. Podríamos hablar sobre más cosas de la Luna pero no quiero que os aburráis. Espero que os haya gustado.

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    jueves, 18 de noviembre de 2010

    Grandes Telescopios

    En esta entrada voy a hablaros un poquito de los grandes telescopios: esos instrumentos tan grandes como edificios destinados siempre a entender un poquito mejor el origen del universo.

    El objetivo de la creación de grandes telescopios viene debido a dos cosas: cuanto más largos son más aumentos conseguimos y a mayor diámetro más luz se capta y más estrellas son capaces de captar.

    Primeros grandes telescopios
    El primer gran telescopio de la historia vino de la mano de William Herschel. Era un telescopio de espejo con una longitud de 12 metros y 1,22 metros de diámetros de espejo
    Telescopio William Herschel
    Este telescopio, al igual que todos los demás que vamos a tratar aquí son telescopios que utilizan espejos. Este sistema sigue la filosofía del telescopio de Isaac Newton en 1668 con el objetivo de evitar la separación de los colores (aberración cromática) que produce la luz cuando atraviesa una lente aunque el primer reflector se atribuye históricamente a Niccolo Zuchi en 1616 El perfil del telescopio de Herschel era este:

    Este sistema estaba diseñado para observar lateralmente utilizando una sección lateral de un espejo parabólico (con la forma de las antenas de televisión) que da una mejor calidad óptica que un espejo esférico.

    Telescopios en la actualidad
    Muchos años han pasado desde que galileo mirara con su telescopio por primera vez hace 401 años y en este tiempo el diseño óptico y la tecnología en otros campos como la robótica y la ingeniería han hecho que estos instrumentos tengan unas capacidades increíbles.

    Muchos de vosotros no sabréis que una parte muy importante de estos grandes telescopios se encuentran en suelo español, concretamente en las islas de Tenerife y La Palma. Vamos a hacer un repaso por los más grandes de la actualidad.

    El más grande del mundo se encuentra en el observatorio de "El Roque de los Muchachos", en La Palma. Es el llamado Gran Telescopio Canarias (o Gran Tecan o GTC).Este telescopio tiene un diámetro de 10,4 metros dentro de un edificio de alrededor de 100 metros de altura (como La Giralda de Sevilla o la catedral de Murcia).
    Cúpula del GTC
    Además de su diámetro la tecnología de este telescopio es exageradamente avanzada. En vez de utilizar un espejo principal de una pieza utiliza 36 espejos hexagonales de 1 metro de anchos capaces de moverse con precisión de nanómetros para corregir cualquier efecto provocado por las deformaciones por la gravedad, por la atmósfera...Además, la cúpula está diseñada para controlar las corrientes de aire con el fin de que no se produzcan turbulencias por viento o por diferencias de temperatura...En definitiva: 75,7 metros cuadrados de superficie destinados a la observación de los objetos más débiles y lejanos del universo.
    Sistema óptico del GTC
    En Hawai encontramos los segundos telescopios en diámetro teniendo cada uno 10 metros: El Keck y el Keck II. Estos dos telescopios también cuentan con 36 segmentos. Además, estos telescopios pueden funcionar por separado o conjuntamente utilizando interferometría constructiva. ¿Cuál es el objetivo de esa técnica? Pues el objetivo es juntar la señal a través de un entramado de espejo por debajo de los dos telescopios para "juntar" la señal de un mismo objeto y sumarla, pero no una suma normal, sino una suma coherente, interferométrica con lo cual se puede captar muchísima más luz que con cada uno por separado. Este procedimiento es muy fácil de explicar pero es súmamente complejo de llevar a cabo.
    Keck y Keck II posando para la foto
    Por último también nombrar el conjunto VLT de sus siglas "Very large telescope" situado en el desierto de Atacama (Chile) los cuales utilizan 4 telescopios de 8,2 metros capacitados también para hacer intermerometría.
    VLT
    Si hacer interferir la señal de dos telescopios es difícil imaginaros la de 4. Aquí os dejo una fotografía de uno de los túneles que transcurren por debajo de ellos destinados a producir la interferometría.
    En el siguiente enlace podéis ver un esquema reducido del entramado que se debe montar para la correcta interferencia: Esquema del recorrido de la luz.

    El Hubble
    Los telescopios terrestres tienen tan buena calidad que hace tiempo se vio que si se quería llegar más allá había que evitar la atmósfera.Es por eso que este telescopio se encuentra orbitando la Tierra a 600 Km de altura y 26.000 Km/h. Tiene el tamaño de un autobús con 12 metros de largo y un espejo primario de 2,64 metros.
    Telescopio espacial Hubble (HST)
    El futuro
    Lo primero que encontramos en el futuro es el remplazo del Telescopio espacial Hubble en 2014: El James Webb por honor al director de la NASA en la época de la llegada a la Luna. Podéis ver un video de 3 minutos muy visual aquí.
    Aspecto del Telescopio Espacial Webb
    Para finalizar simplemente comentar un par de proyectos mastodónticos que en principio sólo son ideas, podríamos decir "un poco alocadas": el ELT ("Telescopio extremadamente grande" de sus siglas en inglés) y el  OWT con 42 metros y 100 metros de diámetro respectivamente.Imaginaros la cúpula para albergar estos dos "monstruos". El segundo de ellos tan grande que está pensado para que salga de la cúpula cuando se vaya a utilizar...
    Diseño conceptual ELT

    Diseño conceptual OWL
    Espero que os haya gustado y no olvidéis dejar vuestros comentarios para cualquier duda, anotación...

    miércoles, 20 de octubre de 2010

    El Sol y la vida extraterrestre

    Muchas son las creencias de que los alienígenas ya han llegado a la tierra (curiosamente la mayoría en Estados Unidos) y muchas también de que no estamos sólos en el universo.

    Personalmente considero que es imposible que los extraterrestres, si existen, nos hayan visitado. ¿Por qué? Pues por las distancias tan grandes que tendrían que recorrer para llegar a la Tierra. Por ejemplo, la estrella más cercana con planetas es Epsilon Eridani situada a 10,5 años luz: 99.403.718.400.000 km, casi 100 billones de kilómetros. Y es, como la mayoría de los descubiertos hasta la fecha, un planeta tipo júpiter.

    Representación artística de Epsilon Eridiani
    Pero bueno, supongamos que hubiese un planeta en la estrella más cercana, Alfa centauri. Esta "sólo" está a 44.968.348.800.000 km de la tierra. Podrían tener una máquina que viajara a velocidades cercanas a la luz (difícil) pero, un cuerpo humano no se puede acelerar todo lo que uno quiera sin consecuencias. El cuerpo humano resiste poco más que las fuerzas de la naturaleza presentes día a día pero...
    En los años 50 piloto de prueba se sometió voluntariamente a una serie de experimentos para medir la resistencia del cuerpo humano a las fuerzas g.
    En estos experimentos se lo acelero hasta más de 1000 km/h en un trineo cohete y se lo freno en una corta distancia, experimento 46.2 g. se disloco algunos huesos, los vasos sanguíneos de sus ojos reventaron y lo dejaron temporalmente ciego.

    Supongamos que un extraterrestre es capaz de aguantar esas aceleraciones. Tardaría en llegar a la Tierra ¡casi 27 años! Y obviamente, una persona no puede aguantar tanto tiempo. Difícilmente un ser parecido a nosotros. Y esto teniendo en cuenta la estrella más cercana...

    Sin embargo todo esto no quita de la posibilidad de que exista vida en otros planetas, ni mucho menos.
    Primero tenemos que saber que la vida necesita su tiempo para surgir. Hoy en día por poco que se lea y se estudie se entiende que no pueden existir series "inteligentes", evolucionados, avanzados... digámoslo como queramos sin Carbono o Silicio. Esto es así ya que no se podrían dar todos los procesos tan complejos como los que forman la vida.

    Teniendo en cuenta esto nos vamos al principio del universo. Entonces, después del Big Bang, sólo había Hidrógeno. Ese Hidrógeno se fusionó en las estrellas dando lugar al Helio. Cuando estas estrellas son gigantes explotan dando lugar a elementos más pesados. Este proceso tiene que pasar inexorablemente para que en el universo haya presencia de carbono. Nuestra estrella es una estrella de tercera generación y gracias a todos los componentes que tiene en ella y por tanto en la Tierra estamos aquí.

    Toda esta teoría (que no es sólo una teoría) da lugar a la idea de que nosotros podríamos ser la primera civilización avanzada del universo, suponiendo que todo ha ido "sobre ruedas" y que no podría haber habido seres vivos complejos hace 10.000 millones de años, en edades tempranas del universo.

    Ecuación de Drake
    Suponiendo que no somos los primeros, que no tiene por qué, Frank Drake (presidente del proyecto SETI del cuál hablaré en siguientes entradas junto con el mensaje de Arecibo) formuló una simple y famosa ecuación que nos hace volar la imaginación. La ecuación, formada sólo por multiplicaciones es la siguiente:

      siendo:
    • R* es el ritmo anual de formación de estrellas "adecuadas" en la galaxia.
    • fp es la fracción de estrellas que tienen planetas en su órbita.
    • ne es el número de esos planetas orbitando dentro de la ecosfera de la estrella (las órbitas cuya distancia a la estrella no sea tan próxima como para ser demasiado calientes, ni tan lejana como para ser demasiado frías para poder albergar vida).
    • fl es la fracción de esos planetas dentro de la ecosfera en los que la vida se ha desarrollado.
    • fi es la fracción de esos planetas en los que la vida inteligente se ha desarrollado.
    • fc es la fracción de esos planetas donde la vida inteligente ha desarrollado una tecnología e intenta comunicarse.
    • L es el lapso de tiempo, medido en años, durante el que una civilización inteligente y comunicativa puede existir. (básicamente si se destruyen entre ellos por guerras o si por lo contrario utilizan la tecnología para sobrevivir)
    Los números utilizados fueron:
    • R* = 10/año (10 estrellas se forman cada año)
    • fp = 0.5 (La mitad de esas estrellas cuentan con planetas)
    • ne = 2 (Cada una de esas estrellas contiene 2 planetas)
    • fl = 1 (El 100% de esos planetas podría desarrollar vida)
    • fi = 0.01 (Solo el 1% albergaría vida inteligente)
    • fc = 0.01 (Solo el 1% de tal vida inteligente se puede comunicar)
    • L = 10.000 años (Cada civilización duraría 10.000 años trasmitiendo señales)

    Utilizando la ecuación de forma "poco optimista" el resultado es 10 civilizaciones extraterrestres, avanzadas capaces de comunicarse con nosotros.
    Si por otra parte utilizamos datos más optimistas el resultado llega hasta los 10 millones de civilizaciones.

    Esto no es más que una ecuación para dejar volar la imaginación que os pongo en plan anecdótico, pero, viendo la cantidad de millones de planetas que tiene que haber por ahí fuera (extrapolando la cantidad de ellos ya descubierta) yo creo que es de ser muy cerrado pensar que estamos solos en la inmensidad del cosmos.

    viernes, 24 de septiembre de 2010

    Calentamiento Global

    Está claro que el calentamiento global por culpa de los gases "de efecto invernadero" es un echo probado y demostrado y no voy a ser yo el que díga lo contrario pero si creo que habría que remarcar algunos puntos que no se comentan mucho.

    Primero ¿por qué se produce el calentamiento global? (siempre a grandes rasgos)

    Buen, este fenómeno se produce sobre todo por el C02. Este gas tiene la propiedad de absorber la radiación infrarroja (por eso los mandos a distancia por IR no funcionen cuando nos separamos mucho del televisor...por ejemplo). Sobre todo por la noche, cuando ya no está el Sol fuera, la tierra desprende muchísimo calor en forma de luz infrarroja que, si la atmósfera absorbe devido al CO2 no saldrá a espacio y se quedará provocando el efecto invernadero: el calor entra pero no sale.



    Por desgracia, desde que se produjo la revolución industrial, practicamente todos los procesos de obtención de energía (empresas siderúrgicas, obtención de electricidad...) y demás producen todas CO2.

    Muy poca gente o nadie se dieron cuenta al principio de que repercusión podrían tener estas emisiones a largo plazo.

    Ahora, desde hace unos 30 o 40 años es cuando se ha empezado la lucha contra esas emisiones pero no tiene mucho sentido si los paises más contaminantes no se suman a esta iniciativa.

    Sin embargo yo pienso que no es, ni mucho menos la consecuencia más importante de aumento de temperatura global, y esto, obviamente es sólo mi opinión.
    Para empezar, los volcanes emiten cantidades enormes de CO2 a la atmósfera, despreciable según los expertos comparada con la emisión global de ciudades, vehículos y demás pero, hace muchos millones de años la tierra estaba llena de volcanes activos y las emisiones seguro que eran descomunales y sin embargo nuestra atmósfera sobrevivió.Lo que quiero expresar con esto es que creo que la tierra tiene sus propias (y poderosas) formas de recuperarse.

    Y luego está el segundo factor, el cuál me atrevo a decir que el más importante: el Sol.
    Este "bicho" de poco menos de millón y medio de kilómetros de diámetro y que consume 600 toneladas de materia por segundo ha sido capaz unas cuantas veces de convertir nuestro planeta en una bola de nieve y hielo.

    Creo que el problema es la predicción de la actividad solar. Hoy sabemos que tiene ciclos de 11 con máximos y mínimos solares y otros de 33 años. Además, estos 2 años pasados hemos sufrido uno de los mínimos más bajos desde que se tienen datos y parece que está casi confirmado que 2011 pueda a tener uno de los máximos más grandes de actividad solar que se hayan tenido.

    Veo mucho más fiero al sol que al CO2 y creo que, cuando se sepa calcular esta actividad y, sobre todo, como esta afecta a la tierra se tendrá la clave para entender el calentamiento global.

    miércoles, 15 de septiembre de 2010

    Los verdad de los signos del zodiaco

    ¿Qué son los signos del zodiaco?

    Aquí podemos distinguir dos partes: la astrológica y la astronómica

    En la parte astrológica y la más conocida (tristemente) los signos del zodiaco son 12. Esto se asigna por la fecha de nacimiento. La posición aparente del Sol en el momento de nuestro nacimiento es la clave (o por lo menos en teoría) para esta asignación.

    Aquí os pongo una tabla con las fechas de los signos del zodiaco que podemos ver en todas, aboslutamente todas las revistas, periódicos...
    Entrada del Sol en los distintos signos según la astrología


    Obviamente estos son los signos de nuestra cultura, heredados de la cultura griega. En otras, como la china, las constelaciones son distintas y por lo tanto las del zodiaco también.

    La astrología nació hace más de 5000 años en Babilonia como mezcla de "pseudociencia" y religión. Más cerca de nosotros tenemos que los astrólogos eran utilizados por reyes para predecir el futuro y demás haciendo un poco hasta de consejeros personales.

    Pero nos centraremos aquí sólo en la parte del zodiaco, en la parte que hoy en día sigue pensando en la predicción el futuro a gran escala en temas como el amor, el trabajo, cartas astrales...todo esto muchas veces previo pago, cómo no.

    En la parte astronómica, la que se separó de la astrología hace mucho tiempo rechazando la astrología como ciencia, nos encontramos unas cuantas sorpresas.

    Para empezar, las constelaciones no son todas iguales, esto es, el Sol pasa más tiempo en alguna constelación que en otras. Esto hace que el Sol no permanezca 30 días en sagitario, otros 30 en capricornio... Pero bueno, alguien puede decir que estos límites son artificiales, y que los astrónomos los pueden poner donde quieran... vale, de acuerdo, pero sigamos adelante.

    Límites de las constelaciones "aprobados" por la Unión astronómica internacional


    Porque no es sólo eso, un desfase de unos días por unos límites "imaginarios", sino que tenemos más.

    Para empezar no son 12 constelaciones del zodiaco, son 13. Si, si tenemos en cuenta por las constelaciones que pasa el Sol (definidas "del zodiaco" más arriba) tenemos 13. Porque sería muy bonito que fueran 12 constelaciones para 12 meses pero no es así, que se le va a hacer. Y no estamos hablando de que el Sol esté ahí un día o dos, no no, el Sol se pasa 18 días en esa constelación, la constelación de Ofiuco. Pero esto no se sabe de ahora, esto viene desde Hiparco de Nicea (c. 190-120 a. C. ).


    Pero aun hay más señores.


    A la pregunta ¿cuantos movimientos tiene la tierra? ¿qué responderíais? La gran mayoría (sin "googlear") respondería: -dos, los de toda la vida, rotación y traslación-, normal, son los que se han explicado siempre en la escuela. Pero realmente no son 2, sino 4: rotación, traslación, precesión y nutación.
    El movimiento de precesión es igual que el de una peonza cuando está cayendo, girando cuando está acostada. El de nutación son bucles que se producen en este giro, en la imagen se entenderá mejor:


    Movimiento de precesión y nutación
    Al no ser la tierra una esfera perfecta la atracción de la luna y el sol provocan este movimiento como una peonza con una duración de casi 26.000 años. Los bucles que se producen en esta precesión es el llamado movimiento de nutación.


    El efecto más visible de el movimiento de precesión es que nuestra estrella polar no es siempre la misma. La polar es ahora nuestra estrella de referencia para el norte pero dejará de serlo para dejar paso a Vega y dentro de 26.000 años volver a serlo.


    Otra cosa que tenemos que pensar es en las constelaciones del zodiaco: El resultado de este giro provoca que las constelaciones del zodiaco se retrasen una cada 2.100 años y como el calendario que siguen utilizando los astrólogos es de hace más de 2000 años pues... ya la tenemos liada.


    No sólo no duran 30 días, sino que son 13 y además están todas retrasadas una constelación entera. Este es el resumen final, el calendario original. Así que en general los aries realmente sois piscis, los piscis acuario, los acuario capricornio...




    Esto no es tan ideal como el anterior,¿verdad? Pero es la realidad. Podéis obviar los 33 días por los 30 pero, el desfase de prácticamente una constelación...


    Obviamente cada uno cree en lo que quiere pero, para quien crea, aquí tiene mostrado que de entrada el signo del zodiaco es falso desde hace unos 1500 años. Pero bueno, ahora quedaros con el que más os guste, el astrológico o el astronómico y si os dice que os va a tocar la lotería decídmelo que compremos el número a medias.

    martes, 31 de agosto de 2010

    ¿Qué se puede ver en el cielo?

    Hola a todos.
    Voy a inaugurar este blog con un post sobre mi afición más profunda y con la única con la cuál he ganado dinero en vez de perderlo: la astronomía.

    Y volviendo al título de la entrada ¿qué se puede ver en el cielo? las respuestas son muchas: nubes, aviones, el azul del cielo... Bien, yo voy a centrarme en qué podemos ver en el cielo que se encuentre fuera de la atmósfera que es donde empieza a darse la astronomía propiamente dicha.

    A simple vista (también llamado "a ojo desnudo") podemos ver muchísimas cosas, sin necesidad de prismáticos ni telescopio. Porque aunque igual puede parecer que no nuestro ojo es un instrumento óptico increíble y, sobre todo, muy robusto, capaz de trabajar en condiciones de iluminación muy distintas (intentad fotografiar con una cámara las estrellas y ya veréis, sobre todo con las cámaras de carrete químico).

    Aquí muchas cosas que podemos ver:

    • Estrellas: prácticamente el 100% de los puntitos brillantes que veremos en una noche despejada si nos alejamos un poquito de los núcleos urbanos.
    • Planetas: fácil de identificar por ser bastante brillantes (excepto Urano y Neptuno que no pueden ser vistos por nuestros ojos) y sobre todo por no "titilar". Esto se debe a que las estrellas, al estar tan lejos son prácticamente puntos matemáticos, sin tamaño, mientras que los planetas si tienen un pequeño diámetro y hace que no parpadeen.
    • Luna: bastante interesante para ver con telescopio todos sus cráteres a lo largo de sus fases pero con poquita "chicha" para ver a simple vista
    Además de estas respuestas triviales uno puede ver más cosas en el cielo como, por ejemplo, la gran galaxia de Andrómeda, el objeto más lejano que puede ver el ojo humano a simple vista: 2,2 millones de años luz de distancia.

    También podemos ver un par de objetos celestes más como el "cúmulo de las Pleyades" y la "gran nebulosa de Oríon".

    Sin duda la manera más "moderna" para empezar a conocer un poco el cielo y sus objetos es con planetario virtual gratuito llamado Stellarium que podéis descargar aquí. 

    Podéis ver aquí una captura del programa:


    En cuanto al Sol es bastante interesante de observar ya que día a día podemos observar cambios en su superficie con unos filtros especiales. Si no contamos con ellos siempre podremos recurrir a internet. En concreto a una web llamada "tiempo espacial", concretamente Space Weather en la cuál podemos seguir la evolución de las manchas solares actualizadas día a día. Además, si queremos observar vídeos de las llamaradas solares prácticamente en tiempo real podéis visitar la página del telescopio solar espacial Soho.

    Y para finalizar, otro objeto que podemos observar deambulando por el cielo: La estación espacial internacional.

    Alrededor de Marzo ampliaron el número de paneles solares de la Estación  Espacial (ISS) provocando que, a su paso por encima de nuestras cabezas por la noche brille de manera más que evidente.

    La información sobre cuándo podemos verla pasar (y unos cuantos satélites artificiales visibles más) la tenéis en esta página: http://www.heavens-above.com/

    Aquí podéis seleccionar vuestra localización en un mapa de google y después pinchar en "10 day predictions for: ISS". Ahí veréis una tabla donde podéis ver la hora a la que la ISS sale por el horizonte, la hora a la que llega a la máxima altura y la hora a la que desaparece ya que al poco tiempo se mete detrás de la sombra de la tierra y "se apaga".

    También podéis registar un nombre de usuario y contraseña con el cuál, siempre que os identifiquéis recordará vuestra posición. 

    Por cierto, llevad cuidado con el huso horario ya que puede se que la hora que os de tenga una o dos horas de diferencia con la hora oficial del país en el que os encontréis.

    Espero no haberos aburrido en el primer post. Ya se verá de que tema va la siguiente entrada.