El problema de una definición; planeta

A finales del siglo XX la definición de “planeta” tenía la apariencia de ser intuitiva y hasta obvia. Es por ello que nadie se preocupo por darle un acabado perfecto, ni siquiera la Unión Astronómica Internacional (UAI). Sin embargo en la primera mitad del siglo XXI el panorama cambio y al parecer por siempre. Los astrónomos  principalmente desde la operación del telescopio espacial Hubble han estado descubriendo objetos celestes extraños que poco o nada tienen que ver con los planetas clásicos, tanto en el sistema solar, como en el espacio interestelar. Se han encontrado cuerpos demasiados chicos, otros grandes, y otros muy grandes; otros más no están ni siquiera sujetos al campo gravitacional de una estrella. Objetos que no se parecen a la Tierra, Venus o Marte. Pero tampoco son estrellas.

Pero para no ir muy lejos, dentro del vecindario solar se han encontrado miríadas de cuerpos pequeños helados que han puesto en duda la identidad de un conocido; Plutón. El problema surge de la poco clara definición de qué es un planeta, porque hasta agosto de 2006 no se había establecido formalmente qué es un planeta ni sus límites para serlo o no serlo.

El problema surge cuando en 1992 se descubren los primeros objetos del Cinturón de Kuiper, un anillo de pequeños fragmentos de rocas heladas que rodea envolviendo al sistema solar. Dicho cinturón había sido predicho en la década de los 60´s por Gerald Kuiper.

Dentro del cinturón de Kuiper se ha encontrado objetos como Quaoar, Varuna e Ixion, cuyos diámetros superan los 1000 kilómetros. Sin embargo, estos cuerpos no son planetas. Se llaman KBO´s (Objetos de cinturón de Kuiper). Plutón no es más que otro dentro de ellos y de naturaleza similar. Por eso, durante años muchos astrónomos sostuvieron que Plutón, considerando su tamaño que es mucho más pequeño que la luna, no era más que “Rey del cinturón de Kuiper” y no un planeta. 

Un panorama similar se vivió a principios, del siglo XIX, con el descubrimiento de los primeros asteroides: al principio, Ceres, el más grande de todos, fue recibido como el “quinto planeta” que parecía llenar el enorme hueco orbital existente entre Marte y Júpiter. Sin embargo, con el correr del tiempo, quedó bien claro que tanto Ceres, como Vesta o Juno no merecían semejante título: eran demasiado pequeños en relación a los “verdaderos” planetas. Hoy, a casi cinco años de que la UAI decidió que el mundo descubierto Clyde Tombaugh en 1930, habría de denominarse “planeta enano”. Es bueno tomarse un tiempo y revisar los elementos para saber qué es y qué no es un planeta. 

A mediados de la década de los 90´s, se descubren los primeros “planetas extrasolares”. Y con ello,  tal como lo sospecharon Giordano Bruno y Chrystian Huygens, el universo tenía objetos orbitando a otros soles. Y todo indica que buena parte de las estrellas estarían acompañadas. A la posteridad sabemos que la mayoría de estos objetos son gigantescos: algunos tienen una masa similar a la de  Saturno o Júpiter. Pero otros son tres, cinco o diez veces más masivos. Incluso más: alrededor de la estrella HD 162020 órbita un cuerpo que tiene 14 veces la masa de Júpiter pero casi nada contra el acompañante de Gliese 229B que es 20 veces más masivo que Júpiter. Mucha masa para ser un planeta “normal”, pero bastante poca para ser una estrella. Así como Plutón y sus vecinos del cinturón de Kuiper desafiaron el piso de la categoría planetaria, estos gigantes extrasolares parecen romper el techo.

 Estos casos extremos parecen encajar en el propósito de una nueva clase de objetos que, también han sido descubiertos en los últimos años: las enanas marrones. No son estrellas, porque su masa no es suficiente para desatar las reacciones termonucleares que convierten el hidrogeno en helio, encendiendo así a los verdaderos soles. Pero también son mucho más grandes que Júpiter. Son lo que podríamos llamar estrellas fracasadas.

Las estrellas enanas marrones tiene un límite superior de masa bastante bien definido (un 7% de masa solar), porque a partir de ese límite, un objeto ya alcanza la presión y temperatura necesaria para convertirse en una estrella. Pero el límite inferior es mucho más difuso: ¿Dónde está la frontera entre un cuerpo planetario y una enana marrón? ¿Dos masas de Júpiter, cinco, diez? Algunos astrónomos han tratado de resolver este fronterizo problema. El norteamericano Geoffrey Marcy, uno de los más grandes “cazadores” de planetas extrasolares, y muchos de sus colegas, dicen que podría haber una barrera: 13 masas de Júpiter. De ahí para arriba, enanas marrón, y de ahí para abajo, planetas. Esto último siempre y cuando estos objetos estén orbitando a una estrella, uno de los requisitos hasta ahora fundamentales para sostener la categoría de “planeta”. Y si bien es cierto que se trata de un límite teórico, es una distinción física razonable y bastante útil para separar las ideas.

El Hubble ha encontrado en la Gran Nebulosa de Orión algunos objetos que no son estrellas, pero tampoco las orbitan. Andan sueltos. Y varios de ellos  como S Ori 52, S Ori 56 y S Ori 60, son entre 5 y 16 veces más masivos que Júpiter. Por su masa, algunos estarían por debajo del límite inferior para las enanas marrones. Entonces ¿son planetas? Si tenemos en cuenta su tamaño, en algunos casos podría ser. Pero al no  orbitar a alguna estrella no califican en la categoria.Y por eso los astrónomos se inclinan a crear una nueva categoría para incluirlos: Maria Rosa Zapatero y sus colegas del Instituto de Astrofísica de las Canarias se refiere a ellos como “objetos aislados de masa planetaria”, o IPMOs.

Como vemos, el espectro de objetos “subestelares”  se ha ampliado considerablemente. Y a la hora de las definiciones, el parámetro de la masa parece ser bastante útil, entre otras cosas, porque su valor es fácilmente medible, y además, se mantiene más o menos constante a lo largo de la vida de un objeto del tipo planetario. Otro concepto que muchos científicos toman en cuenta es el origen del objeto: en principio, un planeta debe formarse junto a su estrella, y no suelto (muchas enanas marrones se forman de modo completamente aislado). Del mismo modo, otros  especialistas sugieren otros parámetros que no deberían de tomarse en cuenta al hablar de planetas: los astrónomos Alan Stern y Hal Lavison dicen que no deberían de tenerse en cuenta, entre otras cosas, la presencia o no de satélites (Mercurio y Venus no tienen); atmósfera (Mercurio, también carece de ella); campo magnético (Venus no posee). E incluso, van más lejos y se animan a dudar de un principio de hierro: orbitar a una estrella no debería de ser criterio hermético porque puede ocurrir que, en algún momento, un planeta fuese expulsado de su sistema por causas de interacciones gravitacionales.

Como vemos el problema es bastante complejo, y no es de extrañarse, el universo es tan vasto que obliga a los astrónomos a tratar de acomodar más y más las piezas de este inconcluso rompecabezas. 

Pero veamos que ha hecho la Unión Astronómica Internacional (el máximo organismo mundial en la materia) respecto a esta confusión.

Resolución 5 A

En 1999, el debate en torno a Plutón alcanzó uno de los más altos niveles: hubo cruces de opiniones, foros en Internet y artículos en las grandes revistas especializadas. Tan es así, que Johannes Andersen, el secretario General de la Unión Astronómica Internacional, tuvo que salir a confirmar el status de Plutón como planeta.

El detonante sobrevino en 2005 cuando un grupo de astrónomos norteamericanos descubrieron el objeto 2003 UB_313, el cual podía ser considerado como planeta de acuerdo a la concepción valida en ese momento. Fue entonces cuando la UAI decidió iniciar los trabajos referidos, mismos que, culminaron en la redefinición del concepto de planeta.

El 24 de Agosto de 2006 la XXVI Asamblea General de la Unión Astronómica Internacional (UAI),  realizada en Praga, estableció su Resolución 5 A.

La mencionada Resolución 5 A establece:

“La UAI resuelve entonces que los planetas y otros cuerpos en nuestro Sistema Solar sean definidos en tres categorías distintas de la siguiente manera”:

1.-Un “planeta” es un cuerpo celeste que; (a) se encuentra en orbita alrededor del sol; (b) tiene la masa suficiente para que su propia gravedad lo convierta en un cuerpo con las fuerzas rígidas necesarias que le permitan mantener una forma con equilibrio hidrostático (forma casi redonda) y; (c) que haya despejado la vecindad cercana a su órbita. Los ocho planetas que cumplen con estas especificaciones son Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.

Posteriormente la Recomendación refiere a las características de planeta enano:

2.- Un “planeta enano” es un cuerpo celeste que; (a) se encuentra en órbita alrededor del sol; (b) tiene la masa suficiente para que su propia gravedad lo convierta en un cuerpo con las fuerzas rígidas necesarias que le permitan mantener una forma con equilibrio hidrostático (forma casi redonda); (c) no ha despejado la vecindad cercana de su órbita y; (d) no es un satélite. 

Es en referencia a este punto cuando otra Resolución, la 6 A, agrega:

“La UAI además resuelve que: Plutón es un planeta enano según la definición anterior y es reconocido como el prototipo de una nueva categoría de objetos Trans-neptunianos”.

De esta forma, la nueva imagen del Sol y sus acompañantes obliga a replantear el esquema de enseñanza  del sistema solar en las escuelas, incluyendo libros de texto, revistas y cualquier publicación editada a partir de esa fecha. Desde ahora debe mencionarse la existencia de planetas “clásicos” y “enanos”, sustentando también las razones por las cuales Plutón (1930-2006) fue eliminado de la lista de los planetas, para encabezar la lista de los planetas enanos.

El cielo; nuestra ventana al Universo

Por Douglas A. Gómez Reyes

La bóveda celeste es cautivante por si sola, es por si misma mucho más bella, excelsa y fascinante que el comenzar a entender como sus eventos rigen y modifican nuestro existir y, más aún, el del Universo. Porque creo improbable que alguno de nosotros al contemplar una hermosa noche, algún punto titilante del cosmos, no sienta en su ser la magnificencia del Hacedor.

El hombre desde sus comienzos no ha dejado de volver la mirada al cielo, en un principio su limitado conocimiento sobre la bóveda celeste forjo en él la creencia que entes omnipotentes lo regían y esto -pensaban-  se manifestaba en los diversos eventos que en el acontecen. Con el transcurrir de los tiempos, fue capaz de discernir lo que para él era una necesidad de fe; producto de su escaso conocimiento, de lo que en realidad es una expresión de la naturaleza.

El hombre ha encontrado una influencia directa del cosmos sobre la Tierra, pues es el espacio sideral y sus cuerpos celestes los que rigen en gran medida nuestro devenir y ha sido el interés natural del hombre por encontrar esta relación, lo que llevó al nacimiento de la astronomía.

La astronomía ha tenido eones de gloria, penumbra, oscuridad e inactividad, pero desde hace poco más de quinientos años ha venido creciendo a un ritmo plausible. La astronomía ha atraído a las mentes más sobresalientes de las épocas y no es de sorprender por el desafió que representa el bosquejar el maravilloso diseño del Hacedor; ya Platón lo dijo: “La astronomía obliga al espíritu a mirar hacia arriba”.

Hace tres mil años, los egipcios creían que en cada anochecer la diosa Nut se comía al Sol poniente, el cual viaja durante la noche por su cuerpo para renacer a la mañana siguiente. Los primeros griegos creían que un escudo esférico protegía a la Tierra de un fuego distante y los pensadores medievales imaginaron un Universo donde los ángeles movían los cuerpos celestes.

Él primero en vislumbrar que la Tierra es la que gira en torno al Sol y no éste en torno a la Tierra, fue Aristarco, griego del siglo III a.C., pero su idea pronto se desvaneció ante el reverenciado Aristóteles y más tarde ante Ptolomeo y más aún cuando la iglesia apoyo la teoría geocéntrica, sumiendo a la astronomía a un periodo de poco mas de mil años de oscuridad. Hasta que en el siglo XVI  un hombre encendió la llama que permitió al la humanidad liberarse de la oscuridad, -donde fanatismo y cobardía de la humanidad habían decidido sumergirla- diciéndole al mundo: “Como sentado en un trono real, el Sol rige a la familia de planetas que gira en torno a él”. Su nombre era Nicolás Copérnico.

La gesta de una teoría universal

Por Douglas A. Gómez Reyes

Isaac Newton; perteneció al tipo de hombres que dejaron de lado las hipótesis que mejor permitían salvar las apariencias del sistema del mundo, de los que se  despojaron del hábito de científicos puros, y se  vistieron con el de contemplador de la naturaleza.

Gravedad es el nombre con que llamamos a la fuerza de atracción que se ejerce entre la materia, ella ha hecho que los  cuerpos celestes sean redondos, ha encendido a las estrellas y entre otros muchos fenómenos es la que nos mantiene adheridos a la superficie de terrestre.

Cuenta la leyenda que Isaac Newton concibió la idea de la gravedad cuando se hallaba sentado bajo la sombra de un manzano en la granja de su madre. Pero, ¿Sucedió realmente dicho episodio? Los historiadores de la ciencia no están seguros, pero no rechazan completamente esta posibilidad, pues hay cuatro fuentes distintas que hacen referencia al mismo. Una de ellas es la versión del historiador Conduitt:«En 1666 se retiró de nuevo... a su casa natal en Lincolnshire y, mientras estaba descansando en un jardín, se le ocurrió que la fuerza de la gravedad (que hace caer al suelo las manzanas que cuelgan del árbol) no estaba limitada a una cierta distancia desde la superficie de la Tierra, sino que podría extenderse mucho más lejos de lo que se pensaba. ¿Por qué no tan lejos como la Luna?, se dijo, y si así fuese tal vez podría influir en su movimiento y retenerla en su órbita.»

 En las antiguas cosmologías, el tratamiento del movimiento celeste era esencialmente cinético, esto es, en términos del  movimiento puro, que ocurría natural e inevitablemente, sin que alguna(s) fuerza(s) ni otra influencia(s) actuaran para causarlo. Se defendía que el movimiento perpetuo circular era el movimiento natural de los planetas, y que no se requería fuerza alguna para sostenerlo o siquiera causarlo. Cuando se descartaron las esferas celestes, impenetrables, las órbitas de los planetas probaron ser elípticas, y los planetas de una naturaleza similar a la  Tierra; surgió entonces la pregunta: ¿Qué los mantiene en sus órbitas?

Entre las muchas teorías propuestas, una, debida a René Descartes implicaba una conexión material. Como los antiguos, Descartes estaba convencido de que la naturaleza aborrece el vacío y,  afirmó que todo el espacio se llena por un material en el que se forman vórtices. En esta teoría, los planetas se hallan posicionados en las partes exteriores del vórtice del Sol. Una segunda teoría, desarrollada por Johannes Kepler, se basaba en el magnetismo. Puesto que ya se sabía que la Tierra posee propiedades magnéticas, Kepler supuso que el Sol y los demás planetas habían también de poseerlas, y considerando la rápida rotación del Sol sobre su eje  se produciría un fortísimo vórtice magnético, el cual mantendría a los planetas en sus órbitas.

Isaac Newton, en la búsqueda por una respuesta, se percató que si la fuerza que mantenía a la Luna orbitando a la Tierra por alguna causa desapareciese, la Luna habría de seguir una trayectoria recta alejándose de la Tierra.

Galileo Galilei a principios del siglo XVII ya había demostrado que el recorrido de un proyectil de artillería era una parábola y no una línea recta como se solía creer. Tomando esta idea y llevándola más lejos Newton se percató que el recorrido parabólico solo se cumple para una trayectoria lo bastante corta como para considerar a la superficie de la Tierra  plana; pero si el proyectil es impulsado con la suficiente rapidez para no dar en tierra, en su subsiguiente caída entrará en órbita. Newton creyó que esta debía ser una trayectoria circular.  

Newton sabía que el proyectil tenía una componente de velocidad paralela a la superficie de la Tierra y por lo tanto la Luna habría de poseer también dicha componente. Concluyendo que está componte, propiamente llamada velocidad tangencial es la responsable de garantizar que el movimiento se realice en torno a la Tierra y no hacia ella, por lo que al no existir resistencia que reduzca su velocidad la Luna cae indefinidamente alrededor de la Tierra.

Ahora bien, Newton consideró que si la velocidad tangencial disminuía hasta llegar a cero y la fuerza que hacia caer las cosas en la Tierra se extendía hasta la Luna, esta irremediablemente se precipitaría hacia la Tierra. Y si esto era así, la fuerza que actúa entre la Tierra y la Luna sería de la misma naturaleza de la que tira de los cuerpos en la Tierra.

El razonamiento de Newton parecía ser correcto, pero para que su idea pasara del rango de hipótesis a teoría científica habría que probarla. Para ello Newton decidió comprobar que la “caída” de la Luna estaba en la proporción correcta con respecto a la caída de un cuerpo —por ejemplo, una manzana—  en la superficie terrestre.

Para esto Newton hizo dos consideraciones sumamente importantes. Primero supuso que la masa de la Luna no afectaría su caída hacia la Tierra, de la misma manera en que la masa de un cuerpo no afecta su aceleración en caída libre y, segunda, reflexionando en las hipótesis de Kepler plasmadas en su obra Mysterium Cosmographicum, consideró que la fuerza de atracción entre la Luna y la Tierra disminuía en forma inversa de la distancia que los separa (la relación correcta es el inverso cuadrado de la distancia). Por lo que la distancia que recorrería un cuerpo y la Luna en caída en un segundo, solo dependería de la distancia a la que se encuentren del centro de la Tierra.

En la época de Newton se había establecido que la Luna se hallaba a una distancia equivalente a 60 veces el radio terrestre, y por lo tanto a 59 veces más distante que cualquier objeto sobre la superficie de la Tierra (con esta aproximación los datos de Newton no concordarían con su teoría).

Un objeto en el primer segundo de caída libre recorre 4.9 [m] cerca de la superficie terrestre, y la Luna según las consideraciones de Newton habría de recorrer en un segundo hacia abajo 8.2 [cm]. Valiéndose de la geometría, Newton estimó cuanto debería alejarse la Luna de su trayectoria en torno a la Tierra en caso de no existir una velocidad tangencial. La distancia debía ser de 1.4 [mm]. 

Newton sabia que por más refinada que fuese una hipótesis, si esta carecía de  de pruebas sistemáticas no ha de considerarse válida. Y habrá que mejorar la hipótesis y esperara hasta que la idea sea acorde al comportamiento de la naturaleza.

El fracaso de su hipótesis lo llevó a considerar la idea de que, junto con la fuerza de gravedad, podría superponerse la que la Luna experimentaría si se viese arrastrada en un vórtice. Pero tal conjetura hacia cada vez más inaplicable el modelo en la medida que era improbable que se diera tal comportamiento en la naturaleza.

Veinte años más tarde, cuando a partir de un estudio sobre la Luna basado en las observaciones de Flamsteed y de la órbita elíptica, de acuerdo con Kepler, Newton logro establecer la ley del cuadrado inverso; hallando las correcciones necesarias para su modelo de gravedad y en consecuencia encontrando la armonía entre las ideas y observación.

Newton encontró que la fuerza que interactúa entre la Luna y la Tierra es del mismo tipo de la que tira de las manzanas

 —por mencionar un cuerpo—, pero también era la misma que interactúa entre la Tierra y el Sol, y algo más, se extendía por el Universo de forma isótropa.

Esta generalización de Newton, que ha sido uno de los más grandes alcances de la mente humana, habría de desatar una de las mayores revoluciones intelectuales cuyos ecos aún persisten y han establecido las bases sobre la que se erige la física clásica.

Referencias

La bóveda de la noche. F.P. Dickson, 1968.

Newton. Protagonistas de la civilización, 1983.

Historia de la ciencia. Víctor Navarro, 2005.

La redondez de la Tierra

Los primeros modelos cosmológicos griegos del siglo VI a.C. concebían una Tierra plana. Fue Pitágoras el primero en señalar que su forma verdadera era  una esfera, y Aristóteles quién argumento tal afirmación. En el siglo III a.C., Eratóstenes de Cirene, geógrafo y matemático estoico, además de director de la antigua biblioteca de Alejandría, calculó la circunferencia del globo terráqueo. Aplicó el principio de que si la Tierra es una esfera, entonces su tamaño puede calcularse si se conocen dos datos: la distancia entre dos puntos que se encuentren en el mismo meridiano y el ángulo que une estos dos puntos en el centro de la Tierra. Hubo muchas otras mediciones, más o menos acertadas, la más importante es la de Poseidonio, más tarde adoptada por Ptolomeo, que media la circunferencia de la Tierra en casi tres cuartas partes de la real. Cristóbal Colón utilizó esa medida de 29 000 kilómetros en sus cálculos cuando emprendió su viaje hacia el Nuevo Mundo, pensando que Asia estaba a 6 400 kilómetros del Oeste de Europa. ¡Vaya sorpresa! América.

Curiosidad ¿Y el metro?

A mediados del siglo XVIII cada estado tenía una unidad de medida lineal, y dentro de cada país, una misma medida podía sufrir variaciones (legua, milla, línea, vara, pie, etc.…), lo que daba lugar a cálculos imprecisos. Con la aparición del racionalismo, los científicos tomaron la decisión de homogeneizar todos los sistemas de medida, para lo que se definió el sistema métrico decimal y como unidad de referencia el metro. Éste estaba,   basado en mediciones muy precisas de la Tierra. Evitando explicaciones complicadas, se puede decir que el metro es aproximadamente 110 000^a parte de un grado de meridiano.

¡Al fuego!

Ingerir más alimentos animales es una forma de aumentar la densidad calórica y nutritiva de la dieta, cambio que parece haber sido crucial en la evolución del género humano. Pero la anterior no es la única forma de mejorar la calidad de la dieta. Richard Wrangham y sus colegas de la Universidad de Harvard estudiaron la importancia que tuvo la cocción para la evolución humana. Este proceso no sólo ablanda los alimentos y facilita su masticación, sino que incrementa sustancialmente el contenido energético disponible, especialmente en el caso de tubérculos como las patatas y la yuca. Cuando están crudos, los almidones que contienen no son fáciles de degradar por las enzimas del cuerpo humano. Pero al calentarlos, estos carbohidratos complejos se vuelven más digeribles y proporcionan más calorías.

Los investigadores sugieren que el Homo erectus fue probablemente el primer homínido que puso los alimentos al fuego, hace tal vez 1.8 millones de años. Explican que la cocción de los alimentos vegetales desde entonces, les habría permitido desarrollar dientes más pequeños y cerebros más grandes que los de sus predecesores. Además, las calorías adicionales le permitieron al H. erectus salir a cazar (actividad energéticamente costosa) con más frecuencia.

Desde el punto de vista energético, este razonamiento es lógico pero William R. Leonard cree que las evidencias arqueológicas citadas por el equipo de Wrangham para apoyar sus argumentos no son muy convincentes. Mencionan los sitios de Koobi Fora y Chesowanja en África Oriental, que datan alrededor de 1.6 y 1.4 millones de años respectivamente, como evidencia que el H. erectus había dominado el fuego. Los sitios sí muestran rasgos de fogatas, pero es debatible el hecho de que los homínidos hayan sido responsables de iniciar o controlar las llamas. La más antigua manifestación inequívoca del uso del fuego –hogares de piedras y huesos quemados de animales hallados en Europa- datan de apenas unos 200 000 años.

Es obvio que la cocción fue una innovación que mejoró sustancialmente la calidad de la dieta humana. Pero no está claro cuándo surgió esta práctica.