Ciencias
Cada año, obtenemos una mejor comprensión de la naturaleza del universo y nuestro lugar en él.
PARA LA MAYORÍA DE NOSOTROS, la tecnología de mapeo que utilizamos a diario se limita a las unidades de GPS montadas en el tablero.
Sin faltar el respeto: quiero decir, hace solo 10 años dependíamos de atlas de carreteras impresas para llegar a donde íbamos; vanguardia significaba encontrar rutas en Mapquest y luego imprimir las páginas.
Pero mientras lees esto, cientos de equipos de científicos están trabajando con tecnologías mucho más complejas para mapear todo, desde los confines del universo hasta las partículas más infinitamente pequeñas dentro de él. Hace solo unas semanas, los astrónomos que utilizaron el observatorio ALMA que aún está en construcción (en la foto de arriba) hicieron un descubrimiento importante sobre el cercano sistema Fomalhaut, básicamente, que probablemente contenga un montón de planetas del tamaño de la Tierra.
Lo que sigue es una lista de descubrimientos igualmente importantes sobre la composición y el diseño de nuestro universo, y descripciones de las últimas tecnologías en astronomía, física de partículas y ciencias marinas que las han hecho posibles.
1. La próxima generación: James Webb Space Telescope
Los telescopios espaciales Hubble y Spitzer lo han estado balanceando durante 22 y 9 años, respectivamente. Son responsables de producir las increíbles imágenes del espacio profundo con las que todos estamos familiarizados, algunas de las cuales se incluyen a continuación. Pero Spitzer ya ha agotado sus reservas de helio líquido, requerido para sus operaciones primarias, y se espera que el Hubble dure otros dos años. James Webb es su sucesor.
Con diferentes fases de construcción en curso en 17 países, el telescopio espacial James Webb está programado para completarse en 2018. Su diseño presenta 18 espejos hexagonales recubiertos de oro, que enfocarán la luz de fuentes objetivo distantes y capturarán alta resolución visible e infrarroja imágenes En teoría, esto significa que podrá ver los objetos más distantes del universo, como las primeras estrellas y galaxias que se forman después del Big Bang.
En la imagen de arriba, "el ingeniero de la NASA Ernie Wright observa como los primeros seis segmentos del espejo primario del telescopio espacial James Webb listos para el vuelo están preparados para comenzar las pruebas criogénicas finales en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales Marshall de la NASA en Huntsville, AL". La funcionalidad debe ser probada en condiciones similar a los experimentados dentro de la órbita objetivo de James Webb, 930, 000 millas hacia arriba.
2. Mapeando nuestra galaxia
De alguna manera obvia, la Vía Láctea es la galaxia que mejor conocemos. Todos sus elementos constitutivos están mucho, mucho más cerca de la Tierra que sus contrapartes en galaxias extranjeras. Pero cuando se trata de comprender la forma general y la composición de la Vía Láctea, la tarea siempre ha sido difícil, precisamente porque estamos en el meollo.
Tan recientemente como en 1785, los astrónomos hicieron esto contando estrellas individuales como se ven desde la Tierra y trazándolas en un mapa galáctico crudo. Más tarde, los avances reales se produjeron al observar otras galaxias y darse cuenta de que en su mayoría se ajustan a uno de los tres tipos estructurales principales. Se determinó que la Vía Láctea es de la variedad espiral, con una barra gruesa que divide su bulto central.
La introducción de radiotelescopios a mediados del siglo XX permitió a los astrónomos medir la producción de hidrógeno de varios sectores de la galaxia, lo que condujo a un mapeo más preciso de los brazos espirales y el centro barrado. Como se muestra en el gráfico a la derecha, nuestro sol se encuentra en el brazo de Orión. Cuando ves la Vía Láctea por la noche, estás mirando de borde hacia adentro a través del Sagitario, Scutum-Crux y Norma Arms hacia el denso núcleo galáctico.
3. Una mirada más cercana al centro de la Vía Láctea
Las revelaciones contemporáneas sobre nuestra galaxia son cortesía de los telescopios espaciales Hubble y Spitzer. El compuesto infrarrojo anterior combina imágenes de cada tecnología para crear la imagen más detallada jamás capturada de esta región del espacio. Si bien las dimensiones de la foto incrustada aquí son 900 × 349 píxeles, representan un área de 300 × 115 años luz de tamaño.
Se sabía que el centro galáctico comprendía tres grandes grupos de estrellas masivas, pero esta imagen muestra muchos más individuos gigantes distribuidos mucho más allá de los límites de los grupos. También se acepta generalmente que un agujero negro supermasivo se esconde en algún lugar de esta región central. Hubble tomó Hubble 144 órbitas de la Tierra y 2.300 exposiciones para generar el mosaico de alta resolución de arriba.
4. Telescopio espacial Hubble
Esta es la pieza de tecnología responsable de todas las bellas imágenes espaciales. Se parece a una lata con papel de aluminio envuelto en un extremo. O un burrito realmente caro.
Hubble tardó 11 años en construirse y se lanzó en 1990. Apenas unas semanas después de su misión, se hizo evidente que las mediciones del espejo primario del telescopio estaban apagadas, en 2.2 micrómetros. Afortunadamente, Hubble fue diseñado para acomodar el servicio en órbita. En 1993, la tripulación del Endeavour instaló ópticas correctivas, lo que elevó el instrumento a los estándares de diseño originales. La foto de arriba fue tomada durante una misión final de servicio programada en 2009.
En cuanto a los avances realizados en la comprensión científica y laica del universo, el telescopio espacial Hubble es sin duda la tecnología de mapeo más importante jamás utilizada.
5. Going Ultra Deep
Entre los principales logros de Hubble se encuentra esta encuesta: un compuesto de 800 exposiciones tomadas durante 11 días, dirigidas a una porción de cielo "vacía" en la constelación de Fornax.
Cada uno de los puntos de luz visibles en el disparo del Campo Ultra Profundo Hubble es una galaxia muy, muy lejana. Su luz, como se ve en la imagen de la derecha, viajó durante 13 mil millones de años antes de impactar los sensores del Hubble y crear esta imagen. Eso significa que al mirar esto, estás observando el universo como era solo 400-800 millones de años después del Big Bang.
Hay 10, 000 galaxias en la imagen. Muestra un área del cielo de solo 1/10 del diámetro de la luna llena como se ve desde la Tierra. No necesitas hacer los cálculos para que eso te sorprenda.
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6. Medir la tasa de expansión del universo
Hubble no solo nos ha dado la imagen más profunda del universo jamás registrada, ayudando a los astrónomos a determinar con mayor precisión la edad del universo, sino que también ha desempeñado un papel clave en la forma en que medimos la tasa de expansión del universo.
Desde el trabajo de Edwin Hubble a fines de la década de 1920, hemos sabido que el universo se está expandiendo: la distancia entre cada objeto en el universo está aumentando. Sin embargo, la tasa de este aumento se discutió hasta hace poco. En los últimos años, los datos del telescopio Hubble de objetos astronómicos como supernovas (como la Nebulosa del Cangrejo, en la foto de arriba, los restos de una explosión estelar que ocurrió en 1054 dC) han llevado a mediciones dramáticamente más precisas de la constante de Hubble, la matemática representación de la tasa de expansión.
En otras palabras, los datos de Hubble crean mapas más detallados de nuestro universo y nos ayudan a comprender cómo esos mapas cambian constantemente.
7. Observatorios en la cima de Hawai
A 13.796 pies en la cumbre de Mauna Kea en la Isla Grande de Hawai se encuentra esta colección de observatorios de propiedad internacional. Es un lugar privilegiado para observar las estrellas, ya que la humedad en el área es generalmente baja, y el vapor de agua que hay allí se cuelga principalmente en las nubes debajo de la cumbre. Una visita a la instalación antes del amanecer se ha convertido en una actividad turística popular.
Hay 13 telescopios en total, incluido el par Keck, dos de los telescopios ópticos más grandes del mundo. Los investigadores utilizan los observatorios para trazar todo, desde los satélites recientemente descubiertos en órbita alrededor de Júpiter, hasta las características de nuestro sol, hasta las galaxias "desde la edad oscura". También han creado imágenes de cielo amplio con zoom.
8. Estudiando a un vecino galáctico
Al igual que con la Vía Láctea, nuestra comprensión de otras galaxias cercanas está siendo constantemente mejorada por las nuevas tecnologías. En la foto a la izquierda hay una pequeña región de la Gran Nube de Magallanes (LMC), la tercera galaxia más cercana a la nuestra a una distancia de alrededor de 160, 000 años luz.
Específicamente, la Nebulosa de la Tarántula se exhibe aquí. Esta es la región productora de estrellas más grande y activa de nuestro vecindario galáctico, lo que la hace increíblemente luminosa y de increíble interés para los astrónomos mientras estudian cómo se forman, evolucionan y finalmente mueren las estrellas. Algunas de las brillantes estrellas azules que se muestran son las más grandes hasta ahora registradas, con masas más de 100 veces mayores que las del sol.
El LMC era visible como una neblina vagamente brillante para los primeros astrónomos, de ahí la terminología de "nube". Sin embargo, no fue hasta el Hubble que pudimos resolver cúmulos estrechos como la Nebulosa de la Tarántula como estrellas individuales y ver exactamente lo que estaba sucediendo en esta galaxia rica en fenómenos.
9. La radiación cósmica y la evolución del universo
La mayor parte del mapeo del universo que tiene lugar no se realiza dentro del espectro de la luz visible, y no necesariamente da como resultado imágenes atractivas o accesibles.
El satélite Planck, lanzado en 2009 por la ESA, está midiendo el fondo cósmico de microondas (CMB), un tipo de radiación que impregna el universo y se cree que está vinculado a los eventos que ocurrieron durante el Big Bang y justo después de este. Tomando lecturas de CMB de todo el cielo, Planck tiene el objetivo de responder las grandes preguntas: "¿Cómo comenzó el Universo, cómo evolucionó al estado que observamos hoy y cómo evolucionará en el futuro?"
10. La búsqueda de planetas similares a la Tierra
La misión Kepler de la NASA, que utiliza el telescopio en órbita Kepler, tiene el propósito declarado de descubrir planetas cercanos a la Tierra, dando así una estimación más precisa de cuántos planetas pueden existir dentro de la Vía Láctea.
Para ser "similar a la Tierra", un planeta debe tener un tamaño similar al nuestro: los planetas grandes son obviamente más fáciles de detectar, pero están compuestos de gas (como Saturno y Júpiter) en lugar de materiales sólidos. Además, y lo más importante, el planeta debe orbitar dentro de la "zona habitable" de su estrella, con temperaturas superficiales que permitan la presencia de agua líquida.
A finales de 2011, se anunció la confirmación del primer planeta de este tipo, Kepler-22b, y la misión ya ha identificado más de 2.000 planetas candidatos. Los científicos ahora creen que probablemente hay alrededor de 100 planetas similares a la Tierra dentro de los 30 años luz de nosotros.
11. Una hoja de ruta del universo local
Un mapa de galaxias a una distancia de 380 millones de años luz. Imagen: Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica
Diez años de escaneo del cielo realizado por telescopios terrestres del 2MASS Redshift Survey (2MRS) dieron como resultado, en 2010, el mapa más completo de nuestro universo local hasta la fecha. La imagen 3D de arriba traza 43, 000 galaxias, con su distancia de nosotros representada por los colores en la tecla en la parte inferior derecha.
Es un poco complicado lograr que el 3D lo vea aquí. Desde Gizmodo: “Se registraron las coordenadas 3D de cada galaxia, por lo que los datos en bruto podrían usarse potencialmente para construir un modelo 3D realista del universo. Agregue tecnología holográfica y obtendrá algo directamente de Star Trek.
12. Vinculación de telescopios individuales en potentes conjuntos
Las 27 antenas de radio separadas de Very Large Array de Nuevo México, cada una rodeada por un plato de 82 pies de diámetro, trabajan en conjunto para crear efectivamente una antena de observatorio masivo con un diámetro de 22 millas. El VLA ha estado en pleno funcionamiento desde 1980, y una importante actualización de hardware completada el año pasado aumentó sus capacidades técnicas en un factor de 8, 000. Se cambió el nombre de la instalación para reflejar esta mejora significativa (el nuevo nombre es Karl G. Jansky Very Large Array).
A lo largo de los años, el VLA ha trazado mapas de quásares y púlsares super distantes, ha estudiado agujeros negros y sistemas estelares productores de planetas, y ha rastreado el movimiento del gas hidrógeno en el centro de nuestra galaxia. No está involucrado, independientemente de lo que viste a Jodie Foster haciendo en Contacto, en la búsqueda de vida extraterrestre.
13. Evidencia de la existencia de materia oscura
Las teorías actuales sostienen que más del 80% de la materia en el universo no es como las cosas con las que interactuamos u observamos todos los días. Esta materia ubicua es "oscura", y ninguna de las tecnologías en esta lista puede observarla directamente.
En cambio, los astrónomos deben medir los efectos de la materia oscura en las galaxias y otros fenómenos observables. Uno de esos efectos se llama lente gravitacional, que ocurre cuando la luz de objetos distantes se dobla alrededor de un objeto masivo (en este caso, una gran cantidad de materia oscura) por la gravedad de ese objeto, mirándonos en la Tierra como si fuera pasando a través de una pieza curva de vidrio.
Esto es lo que está sucediendo en la imagen de Galaxy Cluster Abell 1689 a la derecha. Nuestra visión de estas galaxias está siendo distorsionada por la materia oscura presente en el cúmulo (representada como el brillo púrpura).
Utilizando imágenes como esta del Hubble y otras fuentes, y comparando el grado de lente con la apariencia normal de las galaxias, los astrónomos están en el proceso de crear un mapa 3D de la materia oscura del universo.
14. Más cerca de casa: mapeo del fondo del océano
Si bien una impresionante variedad de tecnología apunta hacia arriba para ampliar nuestra comprensión del universo más allá, se está llevando a cabo una investigación igualmente intensa para llenar los vacíos en nuestro conocimiento de este planeta.
Solo han pasado unas pocas décadas que los científicos han podido producir mapas precisos del fondo marino y la variedad de características que se encuentran allí, comenzando con el uso del sonar desarrollado militarmente después de la Segunda Guerra Mundial. Hoy en día, el sonar tradicional se emplea junto con otras técnicas, como el mapeo magnético.
Esta es una de las capacidades del vehículo submarino autónomo Sentry (AUV). Sin embargo, mientras que los instrumentos de reconocimiento magnético anteriores fueron remolcados detrás de los barcos a nivel de la superficie, Sentry está diseñado para operar a 100 metros sobre el fondo del mar, a profundidades de hasta 5 km. Esta proximidad, combinada con su magnetómetro súper sensible, produce mapas del fondo marino con detalles sin precedentes.
Sentry se ha utilizado para mapear sitios potenciales para un observatorio submarino en la costa del estado de Washington. Sus sensores ambientales también se utilizaron durante los estudios del derrame de petróleo de Deepwater Horizon.
15. Bucear hasta el fondo del mundo
Deepsea Challenger. Foto: Mark Thiessen / National Geographic
El 26 de marzo, el director de cine James Cameron hizo historia al convertirse en la primera persona en bucear en solitario en Challenger Deep, el área más remota de la Fosa de las Marianas y el lugar más profundo de la Tierra (siete millas hacia abajo).
Cameron lo hizo dentro de su propio sumergible de aguas profundas, el Deepsea Challenger, que fue construido en secreto durante los últimos ocho años. Si bien, según los informes, no vio mucho durante la inmersión de siete horas, su equipo regresó sin él unos días más tarde y capturó la imagen a la derecha, que representa al Deepsea Challenger y fue tomada por el compañero no tripulado "aterrizador de aguas profundas". "Cuyo cebo es probablemente responsable de atraer a la criatura que se ve en la imagen.
Para un marco de referencia divertido sobre cuán profundo estamos hablando, mira este gráfico. Con 35, 756 pies, Challenger Deep es más profundo que Everest es alto, con una milla de sobra. Eso es mucho más allá de la profundidad a la cual, "si disparas un hoyo en un tanque de BUCEO presurizado, en lugar de que salga el aire, el agua entra". Más profundo que donde los calamares gigantes y los cachalotes luchan, y más del doble de profundidad que El lugar de descanso del Titanic, que Cameron visitó en 1995.
Otros proyectos están en marcha para diseñar y construir embarcaciones que puedan viajar al fondo del océano, especialmente el DeepFlight Challenger de Virgin Group. Tal vez la posibilidad de un paquete en un vuelo suborbital con Virgin Galactic y un viaje por Mariana con Virgin Oceanic no esté tan lejos.
16. De qué está hecho todo
Desde mapas con escalas infinitamente grandes, hasta aquellos infinitamente pequeños. El Gran Colisionador de Hadrones, que se puso en línea en 2008 como el acelerador de partículas más grande del mundo, busca demostrar la existencia de la partícula de bosón de Higgs hipotetizada pero aún no observada.
Todo esta conectado. La materia oscura, que constituye el 83% del universo, está compuesta por una partícula subatómica que apenas puede teorizarse. Un electrón en órbita alrededor de un átomo en su cuerpo podría estar simultáneamente en órbita alrededor del centro de la galaxia.
Al mirar esta lista y pensar en qué tan lejos ha llegado la tecnología, incluso en los últimos 10 años, es imposible predecir las revelaciones de los próximos 10.
