Respuestas (LXI): El descubrimiento de Urano, congeladores en la Antártida y mareas en un vaso

Hoy toca ronda de respuestas, que tengo la sección un poco abandonada y quería ponerme un poco al día con las preguntas que me mandáis por e-mail.

La primera pregunta la vi en Facebook y apareció a raíz de la última entrada que publiqué. Sí, vale, sé que acabo de decir que respondería a las preguntas que me mandáis al correo electrónico, pero es que estaba perfectamente planteada para la sección de respuestas.

O sea (por si por algún motivo no podéis ver la imagen), ¿si Urano es visible a simple vista, por qué no se descubrió hasta el siglo XVIII?

Y esta es una pregunta muy curiosa porque, por su aspecto, los planetas no pueden diferenciarse a simple vista de las estrellas (excepto por el hecho de que, al contrario que las estrellas, los planetas no titilan). No puedes ver el disco de un planeta cargado de detalles simplemente mirando al cielo sin ayuda de un telescopio porque lo único que vemos al levantar la vista por la noche son un montón de puntos brillantes en el cielo.

Sin los nombres, en esta imagen no tendríamos manera de distinguir qué cosas brillantes son los planetas y cuál es la estrella (Spica). (Crédito: Peter Wong/EarthSky)


A simple vista, el rasgo característico que diferencia las estrellas de los planetas es la manera en la que se mueven por el firmamento a lo largo del año. Todas las estrellas cruzan el cielo al mismo ritmo cada día de este a oeste sin cambiar de posición entre sí porque están tan endiabladamente lejos de nosotros que, aunque estén en constante movimiento alrededor del centro de la Vía Láctea, es imposible observar un cambio en su posición relativa a simple vista durante el transcurso de una vida humana (o varias). En cambio, como los planetas se encuentran mucho más cerca de nosotros y dan vueltas alrededor del sol más o menos sobre el mismo plano, desde la Tierra los vemos moverse más o menos sobre la misma línea en el cielo. Es más: debido a que algunas veces nos “adelantan” o los “adelantamos” durante nuestra órbita, la velocidad y la dirección en la que parecen moverse los planetas a través del firmamento cambia durante el año.En el siguiente vídeo podéis ver el movimiento del planeta Marte respecto al cielo estrellado desde octubre de 2009 hasta marzo de 2010 (a partir del minuto 1:08, si queréis saltar directamente a la acción).

O sea, que si se eres paciente y te fijas en la posición que ocupa un planeta a una hora determinada de la noche durante meses, notarás que se mueve de manera distinta al resto del firmamento. El movimiento de estos puntos brillantes, que hoy en día sabemos que son otros mundos pertenecientes a nuestro mismo sistema solar, dejó bastante locos a muchos astrónomos en la antigüedad. Como dato curioso, la palabra “planeta” viene del griego “aster planetai” o, lo que es lo mismo, “estrellas errantes“, que es como les llamaban ellos.

En la antigüedad el planeta más lejano conocido era Saturno porque, con una magnitud aparente de entre 1,47 y -0,49 (explicaba qué es esto de la magnitud en la última entrada) y tardando unos 30 años en dar una vuelta alrededor del sol, es un cuerpo llamativo y relativamente sencillo de seguir porque, por un lado, es fácil de encontrar en el cielo y, por otro, su velocidad orbital es suficientemente alta como para que sus cambios de posición en el cielo sean aparentes.

Pero Urano es otra historia: se encuentra a 20 unidades astronómicas del sol (el doble de lejos que Saturno) y, por tanto, tarda 84 años en dar una vuelta a su alrededor. Su magnitud aparente oscila entre 5,32 y 5,95, lo que lo sitúa muy cerca del límite de visión del ser humano. Para poner números al asunto, Urano aparece en el cielo unos 200 veces menos brillante que Saturno. En otras palabras, harían falta 200 Uranos superpuestos uno frente a otro en el cielo para que igualaran el brillo de Saturno.

Ya podéis imaginar que, entre los miles de estrellas visibles en el firmamento, casi todas más brillantes que Urano, las probabilidades de que alguien se fijara en este punto brillante y le hiciera un seguimiento durante unos cuantos meses eran muy bajas. Urano se mueve tan despacio y es tan poco llamativo que la gente que lo observó llegó a confundirlo con una débil estrella sin importancia durante mucho tiempo. De hecho, Hiparco de Nicea incluyó Urano en uno de sus catálogos de estrellas como si fuera una estrella más… En el año 128 a.C.

Es por eso que su descubrimiento (entendiendo por esto el momento en el que se encontró su identidad real como planeta y no como estrella) tuvo que esperar hasta el siglo XVIII, cuando William Herschel se dio cuenta de que al observar Urano con 460 aumentos podía distinguir su disco y que con 932 aumentos el tamaño aparente de este disco aumentaba de manera proporcional a la magnificación del telescopio. Las estrellas están tan lejos que es imposible apreciar su forma, de manera que lo que estaba observando Herschel era otra cosa. No podía ser un cometa porque no lo acompañaba una cola de polvo, así que el nuevo objeto tenía que ser un planeta.

Y, ahora sí, pasemos a las preguntas que me habéis mandado por e-mail.

Cristian Montes quiere que hable sobre los misterios ocultos bajo el hielo antártico (lo tengo pendiente, Cristian), pero además pregunta si en la Antártida podrías meterte en un congelador para calentarte. Y, sí, claro: algunos días los investigadores de la base Amundsen-Scott estarían más resguardados del frío en la cámara frigorífica que en la intemperie antártica.

(Fuente)

Al parecer, las cámaras frigoríficas pueden mantener alimentos en buen estado durante un tiempo indefinido a temperaturas de -18ºC. Suponiendo que esa fuera la temperatura de las cámaras frigoríficas que hay en la base Amundsen-Scott, estarías más caliente en su interior que en el exterior de la base desde marzo hasta octubre (recordad que se trata del hemisferio sur y que ahí el invierno funciona al revés).

Pero lo que me parece más curioso y el motivo por el que he decidido incluir esta pregunta en la entrada es que, en realidad, es probable que estos congeladores no estén enfriando la comida para que no se descomponga, sino calentándola para evitar que se enfríe demasiado. Teniendo en cuenta que la producción de energía de la base Amundsen-Scott depende por completo de los barcos que les aprovisionan de vez en cuando con combustible y que los congeladores deben estar a unos -18ºC, es muy probable que, en vez de meter los congeladores dentro de la base (que estará a unos 20ºC) y bajar su temperatura respecto a la temperatura ambiente del interior, resulte más eficiente tomar el aire para enfriar las cámaras directamente desde fuera y luego calentarlas unos cuantos grados.

Pero esto es sólo elucubración porque, por desgracia, no he podido encontrar nada al respecto. Siguiente pregunta.

Francesc Colomer tiene una pregunta sobre las mareas: si la Luna es capaz de elevar hasta 15 metros el agua de los océanos, ¿por qué no puede elevar el agua de un triste vaso?

Vale, la respuesta a esta pregunta va un poco en la línea de la entrada del otro día en la que hablaba sobre qué pasaría si nos caemos en un agujero negro en el sentido de que las mareas aparecen debido a la diferencia entre la fuerza gravitatoria que sufre uno y otro lado del planeta.

Como explicaba en esta otra entrada sobre las mareas, éstas aparecen porque la cara de la Tierra que está mirando hacia la Luna experimenta una fuerza gravitatoria mayor que la que está más alejada. La diferencia de la intensidad de la fuerza gravitatoria entre las dos caras del planeta “tira” de él en esa dirección, estirándolo ligeramente. Por supuesto, el efecto no es perceptible en tierra firme porque la Tierra es rígida (aunque eso no significa que no se vea afectada, hablaré de ello en el futuro cercano) pero en los océanos, que no están anclados al suelo, el fenómeno se vuelve aparente: cuando la hidrosfera se estira, el nivel del agua baja en los lugares que se encuentran perpendiculares a la dirección en la que es estirada, de manera parecida a cuando estiras una goma elástica y, mientras se alarga, se vuelve más delgada. En una imagen:

(Fuente)

Y, claro, esto es posible gracias a que la diferencia entre la fuerza gravitatoria que experimentan un lado y otro del planeta es muy grande (porque la Tierra mide 12.756 kilómetros de diámetro). Y, aún así, la marea sólo sube 15 metros en los puntos donde es más extrema. En el mar mar Mediterráneo, por ejemplo, tan sólo sube y baja unos centímetros.

Altura de las mareas, en centímetros, por el mediterráneo. (Fuente)

Sabiendo que en una masa de agua del tamaño del Mediterráneo apenas hay mareas, podéis imaginar que la diferencia de potencial gravitatorio que existe entre cada extremo de un vaso es tan increíblemente pequeña que se puede considerar nula y que el agua que contiene no se verá suficientemente “estirada” como para que una marea resulte perceptible.

Por ponerle números al ejemplo, para un vaso de 220 ml de agua que tiene 10 centímetros de altura, la fuerza gravitatoria que la Luna ejerce sobre el fondo del vaso es de 0,00000001494689544027 Newtons (N), mientras que la que ejerce sobre la parte superior es de 0,00000001494689544818N. O sea, la diferencia de fuerza entre los dos extremos es de 0,00000000000000000791N o, lo que es lo mismo, el equivalente al peso ejercido por un sólo virión de adenovirus. Este efecto es tan insignificante dudo que ni siquiera pueda ser medido, no sólo debido a su magnitud, sino al hecho de que la tensión superficial del agua lo contrarrestaría sobradamente.

Y hasta aquí las respuestas de hoy. Os recuerdo que si tenéis alguna pregunta científica, por absurda que sea, podéis mandármela a jordipereyra@cienciadesofa.com.

 

 

Ah, no, esperad. Aún faltaba una pregunta. National Geographic decía: Hola, Jordi. Mi pregunta es la siguiente: ¿Podrías informar a la gente de nuestras estupendas ofertas?

Hombre, faltaría más.

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14 pensamientos en “Respuestas (LXI): El descubrimiento de Urano, congeladores en la Antártida y mareas en un vaso”

  1. Hola Jordi:
    Cuento era pequeño me enseñaron a reconocer los Planetas de las Estrellas, por el titileo aparente de las Estrellas. Y hasta ahora estaba convencido de eso: cuando miro las Estrellas, estas titilar y los Planetas no.

    1. A mí también me enseñaron eso, pero no creo que pueda ser cierto, ya que el titileo es debido a perturbaciones en la atmósfera, y éstas no distinguen entre planetas y estrellas.
      ¿Qué opinas, Jordi?

  2. Sí, tenéis razón. Lo he añadido, gracias 😉

    Las estrellas titilan porque están tan lejos que se pueden considerar una fuente de luz puntual. Las perturbaciones atmosféricas, por tanto, pueden desviar fácilmente la luz y evitar que llegue hasta nuestros ojos durante un momento, lo que las puede hacer desaparecer de nuestra vista durante un instante.

    Los planetas, en cambio, aparecen en el cielo como algo más que puntos porque se encuentran más cerca. Tienen cierto diámetro aparente (aunque a simple vista sea difícil de apreciar), por lo que la luz que reflejan hacia la Tierra provendrá de diferentes puntos sobre su superficie. Aunque la atmósfera terrestre pueda desviar la trayectoria de algunos rayos de luz, no lo podrá hacer con todos así que, por estadística, siempre habrá algún rayo de luz proveniente del planeta que sea capaz de llegar hasta nuestros ojos. Y por eso los planetas no titilan.

    Fuente: http://math.ucr.edu/home/baez/physics/General/twinkle.html

    1. Jordi Pereyra. Muchas gracias por tus profundas y bien investigadas respuestas. No obstante, y se que tú lo sabes, lo del titilear de las estrellas no solo se deben a que están muy lejos, la clave a diferencia de los planetas es que son fuentes productoras de energía y de luz, y que esta energía se irradia de forma fluctuante y esta fluctuación igual que si se tratara de ondas alternas, obligatiriamente produce lo que llamamos titilear. Los planetas no son fuentes de luz, solo la reflejan, por ello no titilan.
      Yo se que tú lo sabes. Un abrazo y de nuevo muchas gracias por tus preciosas enseñanzas.

  3. Hola, no sé si tendrán máquinas especiales, free-cooling o lo que sea, pero los congeladores convencionales llevan circuito de refrigeración que no es invertible, como el aire acondicionado (de antes) así que no pueden “calentar” la comida a -18ºC si hace más frío fuera. Simplemente no enfriarán.

    1. Yo entiendo que las neveras de la Antártida son como las nuestras, pues lo que hacen es enfriar su contenido con respecto al entorno en el que están, es decir, el interior de la base, que, se supone, está caldeado para posibilitar la supervivencia de seres humanos en su interior.

      Saludos.

  4. Os suelto un tocho, pero espero que se entienda.

    La explicación sobre las mareas no me parece correcta, o al menos no totalmente correcta. Comparar a la Tierra bajo la influencia de la Luna con una goma elástica puede llevar a equívocos. Existen tres escalas de tiempo importantes en la descripción de este problema: la velocidad a la que se transmite la fuerza sobre un punto del cuerpo, la velocidad a la que se transmite la perturbación en el medio, y la velocidad a la que se redistribuye la materia en respuesta a dicha interacción. En el caso de la goma elástica, las tres escalas de tiempo pueden considerarse muy pequeñas en condiciones cotidianas, por lo que todo ocurre casi simultáneamente (nuestra aplicación de fuerza a los extremos de la goma, la transmisión de la perturbación, y el reparto de materia), quedando al final la goma más estirada pero más delgada. Pero en el caso de la Tierra esto no es así, debido a su tamaño. La primera escala de tiempo sí puede ser considerada instantánea, pues la fuerza gravitatoria de la Luna se transmite a la velocidad de la luz. La segunda claramente no puede ser considerada instantánea, pues la perturbación generada por la Luna en un punto del océano se transmite hasta otro punto del oceano a la velocidad del sonido en el agua. Aunque no es instantánea, esta escala de tiempo es bastante rápida, pues es algo más pequeña que el movimiento de la Luna sobre el océano. Pero la escala de tiempo que ya hace insostenible la comparación de la Tierra con una goma elástica es la tercera, ¿cuánto tiempo necesitaría el océano para redistribuir su masa hasta encontrar un nuevo equilibrio hidrostático debido a la fuerza de la Luna? Un tiempo mucho más grande que el que tarda la Luna en pasar por encima del océano entero (es un tiempo que escala con el cuadrado de la longitud típica del medio que estamos considerando).

    Así pues, yo no diría que los océanos de la Tierra se estiran como una goma elástica, sino que se estiran debido a que diferentes partes del océano están bajo fuerzas de diferente magnitud. La parte más cercana a la Luna recibe más fuerza y por eso se eleva. En el resto del planeta, la fuerza gravitatoria de la Luna no es suficiente para elevar el nivel del mar de forma apreciable, pero en la parte más lejana a la Luna, por inercia el agua se eleva respecto de la parte sólida de la Tierra que siente una atracción gravitatoria más fuerte y se comporta más o menos como un sólido.

    Lo dicho, espero que se haya entendido.

  5. La fuerza de la marea (fuerza gravitatoria) es directamente proporcional a la masa de la luna y a la masa del líquido atraido. En nuestro caso lo que varía es esta última masa.
    Cuando la masa es la del oceano, la fuerza es bestial y el resultado son los 15 metros en la situación más favorable.
    Si consideramos el mar Mediterráneo se reduce a centímetros.
    para el líquido del vaso ya os lo podeis imaginar.
    Lo del cálculo de la diferencia de potencial entre los extremos del vaso no lo entiendo. A no ser que el vaso esté situado en zonas de la Tierra donde este quede perpendicular a la fuerza.

  6. En la foto aparece Mercurio de noche, y me extraña que Mercurio pueda verse por la noche, dado que la cara nocturna de la Tierra es la opuesta al Sol y la órbita del planeta es muy próxima a este.

  7. Nada que ver con el tema, pero como no hay otra opción, te dejo aqui una pregunta: ¿Que pasaria si se abriese un canal sin esclusas enº Panamá? ¿Habria un flujo eterno en un solo sentido?

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