De galaxias y fósiles

Feliz día de Newton!

2011-12-25T19:57:00.008-07:00

Un 25 de Diciembre pero de 1642 nació Isaac Newton, a quién de seguro relacionan con una manzana cayendo de un árbol. Y algunos físicos y aficionados a las ciencias aveces llamamos a este día "el día de Newton". Así que considero que es conveniente aclarar por que se le considera tan bien a este muchacho Newton.

Si bien es cierto que Newton fue un personaje muy complejo al cual no se puede entender sin estudiar a cierta profundidad las ideas prevalecientes en su época ya que es difícil reconciliar algunos aspectos que el buen Isaac tenía y que hoy nos parecen muy extraños. Pero no quiero exponer un tratado sobre la psicología de Newton, sino hablar sobre su trabajo o mejor dicho, sobre las repercusiones de su trabajo.

En algunas entradas pasadas vimos como la obra de personajes como Galileo y Kepler dieron origen a una serie de ideas que conforman lo que hoy llamamos la mente moderna, la forma de pensar que nos distingue del habitante de la Europa medieval (lamentablemente aun muchas personas piensan de forma muy medieval). Conceptos tales como que los objetos celestes son parte de la naturaleza y tan físicos como nosotros fueron el resultado de la revolución Copernicana pero este periodo no terminó realmente hasta tiempos de Newton, ya que fue cuando se logro una explicación completa del movimiento planetario. Veamos esto mas detalladamente.

Cuando en el siglo XVII Galileo, Copernico y Kepler vivieron, la visión que se tenía del mundo era completamente mística, una visión completamente basada en la religión y por lo tanto foránea a la realidad.

anuncio sus observaciones de la Luna, donde hablaba de nuestro satélite como un lugar, un terreno con montes, valles, etc rompió tajantemente con la visión prevaleciente en su tiempo donde "todo lo que esta en el cielo es divino y por lo tanto perfecto, así que la Luna al ser redonda ha de ser una esfera perfecta". Pero Galileo la vio con su telescopio, y a pesar de no ser el primero en hacerlo, fue quien se dio cuenta de las implicaciones; la Luna no solo no es divina, si no que es tan natural como la Tierra y puede ser sujeta al mismo tipo de estudio que nuestro mundo. Luego Kepler formulo (después de batallar muchos años) sus leyes del movimiento planetario, que son una forma matemática de describir como se mueven los planetas.

Ahora, vean esto en perspectiva, en una época de mentes primitivas en la que todo se explicaba por "influencia divina" y la acción de toda clase de amigos imaginarios, llegan estos dos personajes y ponen el funcionamiento del universo entonces conocido al alcance de toda persona dispuesta a estudiar, la ambición de esa idea, nacida en el mundo helénico mas de dos mil años antes finalmente se materializaba. Hoy se ve como un cambio que era inevitable o algo que era de esperarse, pero en su tiempo fue una revolución que solo unos pocos alcanzaron a vislumbrar y eso, de manera primitiva. Fue el inicio del Hombre Moderno, la forma mas reciente de nuestra especie, el Hombre que Entiende el Universo. Sin embargo falto algo. Las leyes de Kepler explicaron como funcionaba el universo, pero no el porqué (simplemente habló de "algún tipo de fuerza o influencia" que es emitido por el Sol y afecta a los planetas).

Fue entonces cuando llega Newton. Si bien Isaac trabajo muchos temas en los cuales llego a contribuir de forma relevante, como en Óptica, Física de fluidos, mecánica y calculo, por lo que mas se le recuerda es la mal formación de la ley de la Gravedad. Lo importante en este aspecto es que es la gravedad la pieza que le faltaba a Kepler, la fuerza de la Gravedad es lo que causa el movimiento de los planetas descrito por las leyes de Kepler.

La Ley de la gravedad de Newton dice que cualquier objeto material (recuerden que existen partículas sin masa) emite una fuerza que es mayor mientras mas aumente su masa pero se siente menos mientras mas te alejes. Esta fuerza tiene la propiedad de ser siempre atractiva y afectar a la materia. De esta forma se tiene completa la explicación sobre como se comportaba el universo. Uniendo las leyes de Kepler con la de Newton sobre gravitación, tienes una descripción de la conducta dinámica de los cuerpos del sistema solar que aun hoy utilizamos.

Además de la ley de la gravitación, Newton introdujo otra impresionante contribución, las tres leyes de la mecánica clásica, las cuales dictan la forma de moverse de cualquier objeto en nuestra escala (de centímetros a kilómetros). Estas leyes han tenido tanto éxito que inclusive a principios del siglo XX se le recomendaba a los estudiantes que manifestaban su interés en la física, que mejor se dedicaran a otra cosa ya que con el trabajo de Newton "todo estaba hecho" y era cuestión de ir mejorando los resultados. A uno de los miles de jóvenes a quienes se les dijo esto fue a uno particularmente mal peinado y con no la mejor actitud en la escuela, fue un tal Albert Einstein. Y de hecho no fue hasta la revolución cuántico-relativista del siglo XX que el trabajo de Newton lo que constituyó la avanzada del conocimiento humano sobre el funcionamiento del universo.

¿Que telescopio comprar? Version 2.0

2011-11-23T12:04:00.001-07:00

En vista de que la mayor fiesta del consumismo, digo, la Navidad esta por llegar y considerando el notable esfuerzo de algunos padres de familia por separar las narices de sus hijos de los video-juegos, he decidido publicar una segunda version de una de las entradas mas populares de Galaxias y Fósiles, la de "¿Que telescopio comprar? Tips para aficionados" ahora con mas datos y referencias sobre instrumentos.

Un telescopio puede ser un muy buen regalo (en especial para un niño) o la forma de uno de pasar de ser interesado en la astronomía a astrónomo amateur (y quizá profesional, mas adelante). Pero existe mucha confusión con respecto a cual telescopio es el mas adecuado para cada quién, por lo que he decidido dedicar esta entrada a ayudar un poco en esta decisión.

Procuraré no entrar mucho en los detalles del funcionamiento del telescopio, eso es tema para otra entrada, simplemente diré lo esencial y las virtudes y desventajas principales de cada modelo.

Diferencias entre los tres tipos mas usuales de telescopios amateurs. Refractor (a) maneja la luz con lentes, reflector (b) maneja la luz con espejos y catadioptrico (c) usa una combinación de lentes y espejos.

En primer lugar, un telescopio tiene dos componentes principales, el tubo óptico y la montura.

El tubo óptico es el telescopio en sí, es decir la parte que contiene los lentes y/o espejos que manejen la luz. Si tenemos en cuenta que el propósito de un telescopio es recolectar la mayor cantidad de luz posible y luego procesarla para formar una imagen, entenderemos que la característica básica de un telescopio es el ancho de su componente principal, ya sea un lente o espejo, ya que esto dirá que tanta luz entre en el telescopio. A este ancho del componente principal se le conoce como "apertura". Entonces un telescopio con una apertura de 10 centímetros implica que tiene ese diámetro

No existe un tipo que sea definitivamente superior a los demás, pero se puede escoger la mas adecuada para el uso que se planea. Por ejemplo:

Para observar cuerpos del sistema solar los telescopios refractores (funcionan a base de lentes) producen mejores imágenes.
Para observar cuerpos de cielo profundo los reflectores (a base de espejos) son mas eficientes ya que pueden recolectar mas luz.

Un consejo que siempre doy a quienes piensan comprar un telescopio es que se pongan a pensar en el uso real que le darán a su aparato. Por ejemplo, si no se dispone de la facilidad de salir de la ciudad no tiene sentido invertir en un telescopio muy grande ya que se estará empleando su poder de recolección de luz para recolectar una gran cantidad de contaminación lumínica y por tanto se tendrá una mala imagen. De igual manera, si uno no tiene un observatorio en casa, no es conveniente que compre un telescopio mas grande de lo que se pueda mover fácilmente. Entiendo que uno le de la "fiebre por la apertura" (afan de tener un telescopio cada vez mayor, se cura con una medicina llamada Realismo-lina), pero no creo que quieran terminar con un telescopio que no puedan disfrutar.

En cuanto a la montura, existen de varios tipos he igual que con los telescopios, es difícil decir cuál es la absolutamente mejor. La característica principal de una montura es la estabilidad y su propósito es el de permitir un movimiento del telescopio de manera que permita una observación cómoda y útil.

Hablemos de los principales tipos de monturas:

Dobsoniana, se encuentra entre los tipos de monturas para telescopios de aficionados. Esta montura es la mas sencilla de manejar, carece de engranajes y no requiere energía eléctrica, esta montura permite mover el telescopio agarrando del tubo directamente con las manos y posicionarlo como uno guste. EL problema es que no tiene la capacidad de guiar el telescopio y aunque se le puede instalar un equipo electrico y/o computarizado, el resultado es inferior al de otras monturas.
Mecánica, puede venir en variedades ecuatorial y alt-azimutal. Es mas difícil de usar que la Dobsoniana, pero es muy superior en guiado de telescopio, equipada con un mecanismo de reloj o inclusive a mano, el guiado es posible y relativamente sencillo. Sin embargo, si no es muy masiva suele sufrir mucho de vibraciones después de cada movimiento.
Electro-mecánica, variante de la mecánica, esta equipada con motores eléctricos y un sistema de control computarizado que puede estar asociado a un banco de datos. Es la mas compleja de usar para el usuario neófito en el sentido de que requiere algo de conocimiento mas avanzado sobre orientación de telescopios pero se suele volver muy sencillo con un poco de práctica. Es muy superior a las anteriores en su habilidad de rastreo y orientación pero es sin duda la mas cara.

Así pues, considerando todo lo anterior, mi lista de sugerencias por caso es la siguiente:

Usuario novato observando desde la ciudad que desea observar, pero no tomar fotografías; se recomienda un telescopio Newtoniano, con montura dobsoniana y una apertura de 5 a 8 pulgadas. Este telescopio necesitara una superficie nivelada para ser usado y constante supervisión para no perder el objeto de vista. Es el tipo de telescopio mas fácil de usar, se toma con las manos, se apunta al cielo y listo. Los modelos de los tamaños que recomende antes son tambien relativamente fáciles de transportar en automovil a plazas u otros lugares gracias a su sencillo ensamblaje.

Telescopio dobsoniano de apertura considerable. Lo sencillo (y barato) de la montura hace que sea posible comprar telescopio de gran apertura, pero de manejo pobre.

Usuario novato que observe desde la ciudad y quiera llegar a hacer fotografía y/o adentrarse en el conocimiento del cielo; se recomienda un telescopio Newtoniano con montura mecánica y apertura de 4.5 a 6 pulgadas. El uso de este telescopio es mas complejo que el dobsoniano por la montura mecánica ecuatorial (como la de la foto) la cual requiere de un proceso de alineación al polo celeste pero permite al usuario novato obetener experiencia en el uso de telescopios y eventualmente dar el brinco a telescopio computarizados y mas complejos. Para alguien de 13 a 16 años que en realidad muestre interes y aptitudes para la astronomía este sería la mejor opción si lo que buscan es estimular el estudio de forma entretenida.

Nota: este tipo de telescopio es tambien muy usado por astronomos profesionales que desea tener un instrumento sencillo y ligero que les permita recordar los buenos tiempos de su juventud ( no les estoy diciendo viejos, solo que estos telescopios duran mucho).

Telescopio newtoniano de 4.5 pulgadas con montura ecuatorial mecánica, un clásico para principiantes.

Niño (6 a 12 años); se recomienda un refractor de 3 a 5 pulgadas de apertura y la montura mas sencilla posible. Abajo se muestra un telescopio refractor pequeño ( de diametro, apesar de su longitud) pero con una montura ecuatorial, si consigue una montura alt-azimutal (es una especie de bisagra que permite un movimietno arriba-abajo e izquierda-derecha) seria mejor. Con este telescopio pueden ver bien la Luna, Jupiter y sus satélites, saturno y sus anillos y Marte como un pequeño disco rojo. Se recomienda que un adulto ayude al niño las primreas veces que use el telescopio (¡pero dejenlo ver a él también! luego el papá o mamá se queda con el telescopio mientras el pobre chamaco no le queda mas que ponerse a contar los tornillos del tripié).

Nota: Si se trata de un usuario de 15 años o mas o esta seguro de su amor por la astronomía, evite este tipo de telescopios ya que su uso le durará muy poco, vaya directo a los Newtonianos de 4.5" a 6 " que le daran varios años de entretenimiento.

Telescopio refractor de 3 pulgadas y tripié de aluminio, es ideal para niños, aunque el que se muestra tiene montura ecuatorial mecánica.

Usuarios que ya posea el conocimiento teórico de un astrónomo amateur, este familiarizado con las bases de la esfera celeste y desee adentrarse en conocimiento profundo y eventualmente hacer observaciones de calidad científica; se recomienda un catadioptrico (un Schmidt-Cassegrain estaría bien) con montura electro-mecánica y una apertura de 6 a 12 pulgadas (tomando en consideración la movilidad).

Este es el tipo de telescopio mas complejo, delicado y dificil de usar pero es el que le permite mayor flexibilidad. Aqui se muestra uno con montura alt-azimutal, pero uno de estos con montura ecuatorial electro-mecanica suele ser el telescopio con el que los susuarios avandazados y astronomos profesionales se suelen quedar. Es el "telescopio terminal".

Nota: Algunos modelos de estos telescopios con aperturas de 4" a 6" son ejemplos ideales de telescopios de viaje, pequeños y potentes. Y algunos son de muy bajo costo por lo que uno estaria tentado a comprarlos como telescopio introductorio, esto podría ser una buena idea, pero han de recordar que se requiere de algo de conocimeitno basico para utilizarlos.

Telescopio Schmidt-Cassegrain con montura de tenedor electro-mecánica y apertura de 8 pulgadas, tiene capacidad para astrofotografía y espectroscopía. La montura está computarizada.

Ahora, existe uan alternativa a los telescopios para el aficionado a la astronomía, los binoculares. Mientras que no llegan a tener la potencia de recolección de luz y estabilidad de un telescopio, los binoculares son insuperables en versatilidad y maniobrabilidad. Otra gran ventaja es que ven un campo muy amplio del cielo (baja amplificación) y que son muy transportables. Unos buenos binoculares son siempre un buen regalo para cualquier persona que guste de ver el cielo ya sea aficionado o profesional.

Ejemplo de binoculares, unos 12x70, la coloración rojiza de los lentes se debe a las cubiertas de la óptica que mejoran el desempeño.

Los binoculares se distinguen pro un par de numeros con una "x" en medio, por ejemplo 12x50 o 25x100, el priemr numero es la amplificación la cual uno ha de intentar que sea lo mas bajo posible (amplificar mucho implica tener una imagen temblorosa. Y el segundo numero es el diametro en milimetros de los lentes principales, el cual uno ha de intenta que sea lo mas grande posible para recolectar la mayor cantidad de luz posible (sin llegar a los muy grandes que son muy pesados y dificiles de sostener durante toda la noche.

Si van a una tienda de optica verán binoculares de 70, 80, 100 o mas milimetros de ancho, consideren que estos requieren de un tripie adecuado para poder utilizarlos. En lo personal, considero que los de 50 mm son un muy buen tamaño, por ejemplo, los 12x50 o 14x50.

Sería impráctico escribir todos los detalles sobre la selección de telescopios, en caso de desear una consulta mas detallada o hacer cualquier pregunta por favor manden un comentario con su situación y con gusto responderé.

El equipo que he recopilado, considerando que la astronomía es mi trabajo, consiste en un telescopio Schmidt-Cassegrain con montura de tenedor electro-mecánica y apertura de 11 pulgadas que mantengo en mi oficina para cuando poder de observación en cialo profundo y lugares alejados (el telescopio y accesorios caben en mi Yaris), unos binoculares 25x100 con tripie para las noches en el observatorio buscando cometas, o paseandome por la Via Lactea brincando de nebulosa en nebulosa (es un buen pasatiempos cuando el telescopio del observatorio esta tomando exposiciones de varios minutos), y unos 12x50 que mantengo en la guantera (nunca sabes cuando se ofrecera buscar cometas o nebulozas, tambien sirven para espiar las liebres que andan cerca del observatorio).

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Invierno Rojo

2011-11-19T16:22:00.001-07:00

Habrán escuchado decir o habrán leído por ahí (probablemente aquí en Galaxias y Fósiles) que las estaciones son debidas a la inclinación del eje de la Tierra. Es decir, que el hecho de que el eje de rotación de nuestro planeta tiene un cierto ángulo con el plano orbital que NO es 90° es el responsable de que tengamos estaciones.

Comparación entre la inclinación de los ejes y órbitas de ambos planetas.

Esto sucede porque al presentar el eje de rotación una inclinación ( en el caso de la Tierra de 23.5° ) hará que en una parte de su órbita (es decir, en algún periodo del año) uno de los hemisferios (norte o sur, según sea el caso) reciba la radiación del Sol de forma más directa que el otro y en consecuencia la superficie y atmosfera se calienten generando un verano, mientras que el otro hemisferio recibe la luz de forma oblicua y por lo tanto se enfría produciendo un invierno.

Esta es la razón por la que se presentan las estaciones en la Tierra y es común encontrar esta explicación en los libros. Lo que casi no se aclara es que el hecho de que la órbita de la Tierra sea elíptica tiene un efecto insignificante, y de hecho mucha gente aun piensa que las estaciones son debidas a la elipticidad de la órbita. Bien, es cierto que el hecho de que la Tierra sigue esa trayectoria elíptica la hace estar en unas ocasiones más lejos del sol y más cerca en las otras, esta diferencia de distancias es ínfima. Pero ¿Qué pasaría en un planeta donde si haga diferencia? Resulta que uno de nuestros vecinos, el pequeño y oxidado Marte cumple estas condiciones.

La órbita marciana es dos veces más excéntrica ( en este contexto “excéntrica” implica que es más alargada y por lo tanto menos redonda, no tiene que ver con su forma de vestir o declaraciones públicas) que la nuestra. Mientras que la Tierra se conforma con e=0.06 (“e” es la medida de excentricidad), Marte esta en 0.14 mientras tiene una inclinación similar a la terrestre, de unos 25°. Si reunimos esto con el hecho de que cuando la luz cae más oblicua en el hemisferio sur marciano es justo cuando el planeta está en su punto más alejado del Sol (afelio) y además Marte es 50% mas lejano del Sol que la Tierra, tenemos que en el invierno del hemisferio sur marciano la temperatura ha de caer de forma impresionante.

Distancia del Sola a Marte en los solsticios y equinoxios del hemisferio norte, por lo tanto el invierno del hemisferio sur ( el que esta en el punto aquí anunciado como "summer solstice") es cuadno Marte está a 1.65 UA del Sol.

De hecho, Marte también tiene casquetes polares, y la diferencia de temperaturas en los dos hemisferios (norte y sur) les da una característica muy interesante, el casquete polar norte es de hielo de agua (como en la Tierra) pero el del sur es tan helado que esta compuesto de hielo de ¡bióxido de carbono!

Comparación entre las dos órbitas.

El bióxido de carbono requiere temperaturas mucho más bajas para congelarse, tanto que en el polo norte marciano no se mantiene congelado, únicamente en el sur. Las noches de invierno en las regiones polares del hemisferio sur marciano han de ser terriblemente frías, combinando los efectos de la inclinación del eje, la distancia al Sol y la elipticidad de la órbita.

Los polos marcianos son ejemplo de las muchas curiosidades que se puede encontrar en el sistema solar, en una futura entrada hablaremos acerca de los polos en otros lugares del sistema solar.

Imagen del casquete polar sur en Marte, se empalman dos imágenes, una de invierno y otra de verano. Se ve al variación en el tamaño.

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Norte

2011-11-06T22:35:00.000-07:00

Es muy común oír que el Sol es la estrella mas importante para la humanidad ya que casi todo el ecosistema de la Tierra (incluyéndonos) depende de su radiación, y resulta que la segunda estrellas mas importante es... Alfa Ursae Minoris, mejor conocida como "Polaris" o "estrella del norte".

Mientras que la radiación de Polaris no alimenta en lo mas mínimo al ecosistema, su luz nos ha sido de relevancia en la historia. Pero para entender por que es esto, hablemos un poco sobre la esfera celeste.

Sistema de coordenadas celestes mostradas rodeando al Tierra.

La esfera celeste se puede dividir por coordenadas, tal como el terreno en la tierra. Por lo general usamos una versión de las misma coordenadas que salen en nuestros mapas terrestres, es decir, dividimos el cielo en una mitad (hemisferios ) norte y sur y cada uno esta surcado por lineas que corren este-oeste y otras norte-sur generando variantes de nuestras coordenadas de latitud y longitud (llamada "ascensión recta"). Así que cada objeto en el cielo (de hecho cada punto imaginable) se designan con un par de números que designan a las dos coordenadas. Las coordenadas norte-sur se designan por "grados", mientras que la linea que divide el cielo en norte y sur se llama ecuador celeste el punto justo sobre nuestros polos son también los polos celestes y al igual que en la Tierra, los polos celestes están a90° del ecuador. Mientras que la distancia este.oeste se podría dividir en grados (360 para dar la vuelta entera) se opta mejor por hacerlo en horas (24 de ellas, claro se les distingue de las horas normales diciendo que son horas de ascensión recta o h.A.R.).

Polaris, justo sobre el polo norte terrestre.

Pero estas coordenadas no solo sirven a los astrónomos a buscar sus blancos entre los millares de objetos celestes sino que también nos pueden ayudar a orientarnos en la Tierra. El caso mas fácil y usado en encontrar que tan al norte o sur estamos. Si consideramos lo que se dijo en el párrafo anterior, de que el ecuador celestes esta justo sobre el ecuador terrestres y el polo norte (o sur) celeste justo sobre el polo norte (o sur) terrestres entonces se deduce que alguien parado en el polo norte tendrá el polo norte celestes justo sobre su cabeza. Y resulta que en ese punto se encuentra una estrella fácil de ver, la estrella llamada Polaris, Estrella del Norte, Alfa Ursae Minoris, Cynosura, Alruccabah, Phoenice, Navigatoria, Star of Arcady, Yilduz, Mismar, Поля́рная звезда́, 1 Ursae Minoris, HR 424, BD +88°8, HD 8890, SAO 308, FK5 907, GC 2243, ADS 1477, CCDM 02319+8915, HIP 11767 o cualquiera de sus otros nombres (como 勾陳一), aquí le llamare simplemente Polaris. La posición de esta forma esa estrella indica que se puede usar como un punto de referencia en todo el hemisferio norte ya que si esta a una altura de 90° sobre el horizonte (justo sobre nuestras cabezas) es por que estamos a 90° de latitud norte, es decir en el polo norte (cuidado con los osos), mientras que si esta a 0° de altura en el cielo (sobre el horizonte) es por que estamos a 0° de latitud norte es decir sobre el ecuador. Además, si la estrella la tenemos frente a nosotros, estamos viendo al norte, si esta a nuestra derecha, estamos viendo al oeste.

Una de las formas mas fáciles de encontrar Polaris, usando la constelación de la Osa Mayor, (Polaris esta esta en la Osa Menor).

Considerando esto veamos posible aplicación, la que mas se le ha dado en la historia, la de guiar barcos. Digamos que quieren viajar desde Europa a la costa de América, en primer lugar se han de posicionar de forma tal que tengan a Polaris a la derecha (para ir al Oeste) y han de viajar de frente, asegurándose de ir tan al norte o sur según deseen para hacer a Polaris subir o bajar hasta que su altura sea igual a la de la latitud del lugar a donde quieran llegar. Para regresar no han mas que poner el barco de forma tal que Polaris quede a la izquierda.

Sextante, instrumento para medir la altura de objetos celestes sobre el horizonte, muy usado en navegación.

Así, ya que en Europa no se conoció el invento Chino de la brújula hasta tiempo después, Polaris fue la forma de navegar y lograr los grandes viajes de exploración y todas las repercusiones que tuvieron en la historia.

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Pasa la voz

2011-09-14T19:44:00.000-07:00

Hoy es común tener acceso a medios de información de propagación casi instantánea y sin limites geográficos que no se puedan saltear. Por ejemplo, las ideas manifestadas en este blog se pueden transmitir a casi cualquier área urbana del mundo teniendo únicamente la barrera del lenguaje. Sin embargo durante gran parte de nuestra historia, llevar una idea entre poblaciones lejanas fue un gran reto.

Verán que la lista de ideas importantes en la historia es larga, y muy variada, pero consideremos algunas de las ideas mas relevantes, tales como la agricultura, la escritura o el trabajo en metales. Ninguna de estas ideas apareció en al era moderna, así que la forma de esparcirse de tales conceptos es todo un tema de estudio y polémica.

Tomemos la agricultura, por ejemplo. Comúnmente se considera que inicio en algún lugar del sur-este asiático (lo que ahora es Iraq y sus inmediaciones) hace al rededor de 10,000 ( de 12,000 a 9,000) años pero esta rápidamente se extendió por muchas regiones ( orígenes independientes se postulan ocurriendo en la actual China, México y la costa nor-oeste de Sud-America). Así que la pregunta seria, ¿como se esparció esta idea?

Si bien la ventaja de tener plantas comestibles domesticadas es obvia, también hemos de considerar algo que solemos olvidar muy seguido, que personas de diferentes culturas y en diferentes situaciones pensaran de forma muy diferente. Por ejemplo, mientras que para nosotros es muy clara la ventaja de tener sembradios de trigo o lo que se nos antoje, para alguien de una sociedad pre-agricola no tendría, obviamente, la menor idea de los que es un sembradio ( o para ese efecto, todo el trabajo que implica), por lo que seria muy dudoso que repentinamente decida poner semillas en el suelo con la intención explicita de sembrar algo o inclusive le parezca un disparate (para un cazador-recolector una actividad que lo obligue a no moverse en todo el año seria una tontería).

Origen y distribución de la idea de la agricultura. Mapa de Joey Roe.

Asi que la idea originalmente debio tener algun origen incierto, lo mas probable es que en cada uno de los lugares donde apareció la agricultura la idea tuviera origenes diferentes.

Y en cuanto a por que copiar esta idea, también tendriamos que considerar diferentes escenarios. Por ejemplo, si algún viajero se hospeda con un grupo de agricultores por un año o mas podría entender en pleno lo que es la agricultura y así replicarla (que la idea sea popular en su sociedad ya es otro cuento), pero para alguien mas podría ser solo una idea curiosa o una tradición de un pueblo extraño. Y hemos de recordar que una vez un pueblo tiene un solución para sobrevivir rara vez esta dispuesto a modificarla.

Consideremos también ideas como el trabajo en metales, que si bien implican a disposición de materias primas también implican aprender toda una nueva forma de trabajar los materias, implica organizar trabajo en grupos mayores que los necesarios para lograr lo mismo con piedra o madera. En este caso, la ventaja es poder fabricar utensilios mas fuertes y con formas mas complejas de lograr pero esto se podría aplicar a fabricar herramientas o utensilios de ornato, como joyas. Por ejemplo, podríamos pensar que los Mayas no fueron muy avanzados culturalmente por no trabajar el hierro, pero esto se puede explicar por la ausencia de depósitos de hierro de fácil acceso.

De igual forma la escritura se pudo desarrollar partiendo de muchas ideas originales diferentes y la razón para adoptarla pudo haber variado mucho. Recuerden, uno no necesita algo hasta que lo conoce, asi los Mayas no se quedaron sin hacer sus cosas por no tener hierro.

Lo fundamental es recordar que la historia no es para nada lineal y que la forma en la que vemos las cosas desde nuestro punto de vista esta distorsionada por nuestra forma de vida, donde ya hemos asimilado muchas ideas de las cuales estudiamos la forma en la que parecieron, así que la adopción de la agricultura, la escritura y el trabajo en metales nos parece obvias. Así que cuando lean un libro de historia recuerden que mientras la contamos de forma lineal y como un desarrollo continuo, nuestra historia en realidad ha sido mucho mas compleja delo que no podríamos imaginar.

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A volar II

2011-08-20T18:03:00.012-07:00

Vimos en la entrada pasada el funcionamiento del ala como superficie de sustentación en un avión por efecto Bernoulli. Gracias a eso entendemos algunas cosas claves en la aviación, como por ejemplo el por que un avión requiere una cierta velocidad para volar. Pero cualquiera que haya visto el ala de un avión habrá notado que es mucho mas compleja que una simple superficie curva por arriba y plana por abajo, así que veamos algunos de los detalles incluidos en el ala.

Estructura de un avión, mostrando sus superficies de control.

Alerones.- Bíen, creo que estas son las superficies mas características en el ala de un avión. Son pequeñas secciones del borde trasero del ala que se pueden doblar hacia a rriba o abajo. Suelen estar situados en el extremo del ala. Algo importante es que los alerones actuan a la inversa de cada lado, digamos si los del ala izquierda suben, los del ala derecha bajan y viceversa.
Su función es la de ladear el avión haciendolo rotar sobre su eje longitudinal (frente-atras) por eso tiene que trabajar ala inversa. Cuando el piloto da vuelta al timon (el mismo movimiento que en un automovil), hacia la derecha digamos, el aleron del ala derecha sube, desviando el aire que pasa sobre él hacia arriba y bajando el ala derecha, mientras que el de la izquierda hace lo contrario. Luego veremos por que un piloto iva a querer ladear su avión.

Flaps.- Son como una especie de alerones que van en al parte mas interna del ala en el borde trasero. A diferencia de los alerones solo se pueden bajar y trabajan juntos los izquierdos y derechos. La función de los flaps es desviar hacia abajo, de forma que la fuerza de levante del ala se incrementa y en consecuencia el avión se mantenga en el aire a velocidades menores. Muchos aviones modernos pueden no solo bajar los flaps
Algunos aviones, sobre todos los mas pesados tienen de forma adicional, otro tipo de flap, los flaps frontales que constituyen el borde delantero del avión (también llamado borde de ataque) y se proyectan hacia adelante y abajo, estos actuan extendiando la superficie superrior del ala generando así mas fuerza de levante.

Avión con los "slats" extendidos, son como flaps pero van al frente.

Aero-frenos (Spoilers).- Son pequeñas porciones del ala, por lo general en la parte superior que se pueden levantar a discreción del piloto para ofrecer resistencia al aire y así frenar el avión.

Y mientras que no estan propiamente en las alas, otras partes del avión se han de considerar para entender su funcionamiento, las cuales son:

Elevadores o timones de profundidad.- Son las pequeñas "alitas" en la parte trasera del avion. Mientras que en los aviones antiguos y en algunos modelos pequeños el elevador es toda esa parte, en la mayoría es solo una pequeña sección (algunos modelos permiten el movimiento de toda la parte y tienen partes moviles adicionales). Los elevadores suben y bajan genrando una corriente de aire de sube o baja la nariz del avión, lo que permite controlar mejor el descenso y ascenso del mismo.

Timón de dirección.- Es lo que se concoe propiamente como la "cola" (estabilizador vertical) del avión y puede ladearse hacia un lado y al otro para hacer al avion dar vuelta.

Ahora, para entender la forma de controlar el avión, hemso de saber que el piloto puede controlar todo desde su asiento. Mientras que el timon se puede mover como el volante de un auto, rotando de derecha a izquierda, lo cual controla los alerones, el empujar o jalar el timón activaría la palanca de control (la estructura de sostiene al timon). Y la palanca de control activa los timones de profundidad. Es decir, empujar el timon hace subir la nariz del avión, jalarlo hace bajar la nariz. Mientras que el timon de dirección se activa con los pedales (cuando el avión esta en el suelo, los pedales funcionan como frenos y el timon cambia la dirección), así que pisar el pedal derecho, voltea el avión a la izquierda y viceversa.
Los flaps se activan ya sea con una palanca o un switch con varios niveles para elejir el angulo en el que bajan.

Adicionalmente los motores se controlan con palancas (una para cada motor) que funcionan como el acelerador de un automovil y estan colocadas justo entre el piloto y copiloto. La razón para esto es que así el piloto puede modificar la pontencia suministrada por cada motor de forma individual (esta es una forma adicional de controlar la dirección en caso de fallo del timon de dirección).

Así que veamos cuales serían a grandes razgos los pasos a seguir en un vuelo comercial. Sin contar con la extensa comunicación con los controladores de vuelo, sería aproxiamdamente asi:

Ala de avión con los flaps extendidos, muy probablemente al ir despegando.

Primero se colocaría el avion en posición de despege con los flaps retraidos y todas las superficies de control en su posición normal, en el momento de recibir la autorización de la torre de contol se aceleran los motores (muchas evces es al 80% de su potencia) para acelerar el avión y generar fuerza de sustentación en las alas, según el modelo habrá una velocidad en la que el capitan baje los flaps (estaban retraidos para no ofrecer resistencia al aire) para aumentar la sustentación y en el momento en que se iguales el peso del avión con la fuerza de sustentación el piloto jala un poco la palanca de control para elevar la nariz del avión. En este caso lo que pasa es que la fuerza de sustentación es mayor que el peso y es cuando el avión despega.
en cuanto se logra el despege es importante dejar el avión continue acelerando y por eso se retrae rapidamente el tren de aterrizaje (las rueditas) para que no ofrezcan mayor resistencia al aire.

La primer acción en vuelo es esperar a que se tenga la velocidad adecuada para guardar los flaps, así acelerará mas rápido. Sin embargo continuara inclinado hasta llegar a un nivel de vuelo (uno de los "caminos") asignado que es cuando el piloto paulatinamente ira empujando el timon para nivelar el avión (en la cabina tienen un aparatito llamado "horizonte artifical" que indica cuando el avión esta inclinado aunque sea muy poco) y en caso de que deseen subir o bajar lo harían general mente aumentando o disminuyendo un poco la velocidad.

En esas primera etapas de vuelo es cuando se apuntaría el avión al destino deseado (considerando la posible desviación por el viento). Para lograrlo, se deben mover, no solo el timon de dirección, sino también los de profundidad y los alerones. Esto es por que si solo se mueve el timon de dirección, los pasajeros sentiran una fuerza lateral muy incomoda por lo que el avión se ladea un poco usando los alerones de froma que la fuerza se sienta como un muy ligero incremento en al gravedad (cuando el piloto es bueno, nadie se da cuenta de las vueltas hasta que ve por la ventana) similar al efecto del peralte en las curvas de la carretera. Pero ladear el avion implica perder un poco de altura, por lo que se suben los timones de profundidad para subri un poco la nariz del avión y mantener la altura.

Ala del avión poco despues de tomar tierra, tanto los flaps como los "spoilers" o aero-frenos estan extendidos.

Luego al aterrizar es casi el proceso inverso que despegar, de nuevo usando los flaps para poder volar a menor velocidad y asi hacer el aterrizaje mas seguro ya que se necesita menos pista para frenar el avión. La unica diferencia es que al tocar pista y tener todo el tren de aterrizaje en el suelo se han de activar los aerofrenos para reducir la velocidad.

Bueno, la teoria (muy) básica del vuelo es sencilla, y claro que esto no es mas que una versión demasiado simplificada, en realidad se tienen que considerar corrientes, presión del aire, conmunicaciones, rutas pre-establecidas, leyes internacionales, etc, etc. Pero todo eso no lo veremos aquí :)

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A volar

2011-08-15T13:33:00.006-07:00

Recuerdo que cuando era niño, una de mis tres grandes pasiones eran los aviones, o mejor dicho, las máquinas voladoras en general. Pero siempre que veía algun programa en televisión sobre aviones, o leía algo al respecto, era inevitable que se dedicara la mitad del tiempo al "anhelo histórico del hombre por volar", pero lo que yo quería era que me explicaran de una buena vez por todas cómo es que vuelan los aviones y sobre todo ¿que tienen de especiales las alas? Tenía muy claro que las alas eran fundamentales para que algo mas pesado que el aire vuele ya que tanto aves como aviónes las necesitaban, pero no sabía que era tan relevante al respecto.

Fluido apsando por una tubería donde el diametro varía. en las partes anchas el flujo es lento e implica alta presión en las paredes (mostrado por la altura que alcanza el fluido en el primer tubito vertical) mientras que en la parte angosta el flujo es mas rápido y no alcanza la misma altura (aun considerando la diferencia de diametros).

Así que hablare del vuelo, pero evitare todo el discurso del anhelo hsitorico del hombre y etc etc, en lugar de eso, ire directo al grano de lo que siempre quise saber de niño; las alas.

Para entender el funcionamiento de un ala, hemos de entender algo llamado principio de Bernoulli. Este principio físico, uno de los más usados dice que la presión ejercida por un fluido en moviemiento sobre las paredes laterales de algun recipiente que lo contenga sera menor cuanto mayor sea la velocidad del fluido y viceversa. Es decir, que si imaginamos un tubo por el cual pasa agua ( o aire, aceite, metano, horchata, gasolina o su fluido de preferencia) podríamos poner un sensor en la pared para medir la presion que ejerce dicho fluido sobre la pared y si aumentamos la velocidad del fluido esa presión bajará y lo contrario pasa al disminuir la velocidad. Un experimento que se puede hacer para ver este efecto es colocar una hoja de papel acostada sobre cuatro o cinco soportespequeño en una mesa, los soportes han de ser algo que amntenga a la hoja separada de la mesa sin interrumpir el flujo de aire bajo la hoja, use por ejemplo, borradores o pilas de monedas. Ya que tengan la hoja asi coloquen algo que impida que la hoja se mueva de un solo lado, por ejemplo un libro, ahora coloquensen en el lado opuesto del libro y soplen suave y uniformemente sobre la hoja de forma que el aire corre sobre la superficie sin empujar hacia arriba o abajo y vean como la hoja muestra una tendencia a subir, esto es por que el aire bajo la hoja ejerce mas presión que el que se mueve sobre la misma.

Modelo del ala de un avión, muestra como al curvatura de la parte superior obliga alire a recorrer mas distancia en el mismo tiempo que el aire en la parte inferior.

Bíen, resulta que la forma de las alas de los aviones logran este efecto. ¿Han ntoado la curvatura que tienen? Esta diseñada para que el ala sea curva pro arriba y plana por abajo, de esa forma el aire que corre sobre ella se debe acelerara para recorrer la mayor distancia que implica de la curvatura superior y así ejerce menos presión que el aire que se encuentra bajo el ala, por lo que se tiene una fuerza de empuje hacia arriba. Así que lo que mantiene el avioen en vuelo no es mas que el aire que pasas bajo el ala empujando hacia arriba y el que pasas por arriba jalando el ala.

Efecto de la diferencia de velocidades y presiones, con el efecto neto de tener una fuerza que va hacia arriba, opiendose al peso del ala y el avión.

Así entendemos la rzon de cada parte de avion, los motores empujan aire hacia atras forzando al avion a ir hacia adelante y mantener el flujo de aire, las alas generan una fuerza constante hacia arriba, los elevadores (las pequeñas "alitas" en la parte trasera del avion) bajan y suben la nariz del mismo (son como aletas) mientars que el timon (la "cola") lo desvia hacia la izquierda o derecha.

Foto de un avión, noten la curvatura en la parte superior del ala.

Claro el ala es mucho mas compleja, y recuerdo de niño pasar tanto tiempo como podía (en viajes y aeropuertos) viendo los alerones, flaps, frenos, antenas y cuanta cosa saliera de las alas. Pero eso ya lo dejaremos para la sigueinte entrada.

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Como una pluma

2011-08-09T11:53:00.017-07:00

Entre las múltiples estructuras que han evolucionado en los seres vivos, pocas son tan especiales como las plumas de las aves. Esto se debe a dos cosas, la primera que son muy características de dicho grupo, su poseción es incluso parte de la defición de ave. Y la segunda es que son una estructura sumamente especializada.

Coelorusaurio, de los primeros dinosaurios emplumados.

La primer característica no causa mucho problema evolutivamente, ya que fue desición nuestra y por practicidad separa a todos los seres con plumas en un grupo aparte, noten que el requisito para ser ave es tener plumas y no volar. Pero el segundo, el hecho de que las plumas sean una estructura tan especializada, si plantea problemas para explicarlas evolutivamente.

En el caso de otras estructuras especializadas, como nuestras manos, hemos visto como evolucionaron partiendo de estructuras mas simples que tenias especies previas, las cuales con mutaciones sencillas se han ido adaptando y cumplen nuevas funciones. Pero este no es el caso de las plumas, ya que aparentan simplemente haber aparecido de forma abrupta. Para entender como es que han evolucionado veamos primero los tipo sde plumas que existen:

Filoplumas: son alargadas y constituidas por un unico cilindro, muy similares a pelos.
Plumón: son más pequeñas que las anteriores, tienen las barbas libres y su función es evitar las pérdidas de calor.
Tectrices: recubren todo el cuerpo y constituyen la superficie de protección del ave frente al clima (lluvia, etc).
Timoneras o rectrices: son las plumas que forman la cola, tiene estructura de filamentos formando un plano y son simétricas.
Remeras o rémiges: son las plumas del ala. Son similares a las timoneras pero su estructura es asimétrica (las plumas remeras están cubiertas en su base por unas plumas más cortas, dispuestas en series y denominadas coberteras).

Como vemos existen una variedad de tipos de plumas, cada cumple una función, pero lo mas relevante es que tienen diferentes grados de complejidad. Ahora veamos un poco acerca de las primeras especies con plumas. (A pesar de que no es mi intención escribir un trabalenguas para hacerles la vida difícil, mencionare todas las especies que recuerde, si no pueden seguir todo los nombres raros no se preocupen solo sigan la idea) Estas especies eran dinosaurios de la rama Coelorusauria la cuál primero de divide en el linaje de Albertosuarios, Tiranosaurios (sí, por mas ridículo que paresca, los tiranoasaurios tenían plumas) y la sub-rama Compsognatilda de las cuales la especie Sinosauropterix es un buen representante, estos animales estaban cubiertos de unos folículos muy similares a pelos, es decir unos cilindros formados de piel.

Ahora, formar estas estructuras cilíndricas no es muy complicado, básicamente solo se deja crecer la piel en lugares específicos mas de la cuenta, de esta manera no se tiene otra opción mas que crecer hacia afuera del cuerpo, y ya que el crecimiento es en un punto dado, se va formando un cilindro. Así que para que el Sinosauropterix forme sus raras estructuras basta con una simple mutación que modifique el crecimiento de las células de la piel.

Sinosauropteryx

Pero aparte del Sinosauropterix, sus especies hermanas, Compsognatusarios, Huaxiagnathusaurios y Juravenators tenían el mismo tipo de estructuras, muy similares a las Filoplumas. Luego evolucionaron en otra linea dos especies, los Ornitomimosaurios y los Maniraptorasaurios, de estos últimos, fueron descendientes los Ornitolestesaurios y la familia de los Alvarezsauridos. Entre este ultimo grupo están los Patagonykus, Mononykus y los Shuvuuia, los cuales tenias unas estructuras parecidas a las del Sinosauropterix, pero un poco mas complejas. No solo eran cilindros sino que aparte tenían ramificaciones mas delgadas que se extendían a todo lo largo del cilindro principal y se proyectaban a los lados. Lograr estas ramificaciones tampoco represento un problema muy grande, ya que bastó con otras mutación, una que acentuara el crecimiento de las células, no solo en un punto sino en un anillo que rodea a dicho punto, de esta forma se generará no solo un cilindro, sino un cilindro con zonas de alta y baja densidad, es decir, el cilindro tendra partes a todo lo largo que son mas densas y que consecuentemente se separarán del cilindro principal al alcanzar cierta longitud (similar a la fragmentación que sufren las puntas del cabello humano si se le deja ser muy largo). Entonces al fragmentarse se extenderán hacia afuera alejándose del cilindro principal y formarán la típica configuración conocida de las plumas, el cilindro a lo largo de la estructura y dos planos que se propagan a cada lado formados por filamentos mas delgados. Estos filamentos, a su vez, se fragmentan al alcanzar un tamaño determinado (menor que en el caso principal ya que son mas delgados) y así generan las pequeñas fibras que mantienen a la pluma unida.

Jinfengonpterix.

Sin embargo, estas plumas, aunque son buenas para controlar el flujo del aire por su forma plana y alargada no sirven para volar, ya que para generar sustentación como lo hacen las aves modernas se requiere de una pluma especial que es asimétrica, con uno de los planos laterales mas delgado y curvo que el otro, esto genera sustentación al variar la velocidad del aire sobre la superficie superior e inferior y así generar una fuerza que compense la gravedad (de hecho las alas de los aviones son una copia metálica de este tipo de plumas).

Shuvuuia, la coloración de las plumas de estas especies de deduce de los rastros químicos en los fósiles.

Después de la aparición de estos últimos dinosaurios, evolucionaron sus descendientes de la familia Oviraptosauria (los Caudipterix, Conchoraptors y Citipatis) y por otra rama, los Troodontidae y la familia Dromeosauridae (cuyos miembros son los Velociraptors y los Sinornitosaurios) junto a la cual aparecen los Archeopterix y Confusiosornis. Todas estas especies son de gran relevancia ya que tenían plumas grandes y prominentes. Ahora, apenas estamos comenzando a entender el papel de las plumas en estos dinosaurios y mientras que no tenian la capacidad de las aves modernas de volar de forma auto-propulsada, si tenian estas habilidades:

-Cambio de plumaje en función de la edad, los jóvenes y adultos tenían diferentes plumajes.
-Cambio en la coloración del plumaje según la parte del cuerpo, de forma muy similar a las aves modernas.
-Control del flujo del aire con las plumas.

Para muchos paleontologos las especies que se pueden considerar como las primeras aves son el Arqueopterix y el Sinornitosaurio. Ninguna de estas dos especies podían despegar del suelo tal como las aves actuales (las que vuelan al menos) pero si eran capaces de planear considerables distancias. Ademas tenian diferencias interesantes con las aves modernas, el Archeopteriz tenia cola de reptil, pero con plumas como las que tienen las aves modernas y el Sinornitosaurio tenia cuatro alas en lugar de dos (las patas traseras eran también "alas").

Esta es la verdadera apariencia de los Velociraptors, su tamaño era comparable con el de una gallina grande.

Así que podemos ver un par de cosas interesantes; en primer lugar, las primeras plumas fueron del tipo mas simple que tienen las aves actuales, es decir, la complejidad de las plumas que hoy se da conforme el ave madura fue evolucionando y apareciendo en especies subsecuentes, en segundo lugar, no existe una clara distinción entre aves y dinosaurios, ya que existieron especies que se consideran tanto dinosaurios como aves.

Confuciosornis. Si, esto es un dinosaurio.

Así que la evolución de las plumas acompaño a la de las aves y a su transformación apartir de los dinosaurios dando pasos hacia las nuevas variantes de las plaumas que eventualmente pasaron de ser simple aislante termico a controlar el flujo de aire (se piensa que eso les podría ayudar a dar repentinos aumetnos de velocidad al perseguir presas y empujar aire hacia atras) y eventualmente poder planear y luego volar.

Sinornitosaurio, noten las plumas en las patas traseras.

Y ya que en cierto sentido las actuales aves son dinosaurios, podemos alardear de comer caldo de dinosaurio, nuggets de dinosaurio, dinosaurio frito o asado e inclusive hamburgesas de dinosaurio.

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Para ver si se educan.

2011-08-08T19:33:00.000-07:00

Aqui les mando una pequeña noticia sobre la apertura del Curso Básico de Astronomía de la Universidad de Sonora. Este curso se puede tomar via internet, así que cualquiera de nuetsros lectores de GyF lo puede tomar.

"A partir de el día 5 de Agosto quedan abiertas las inscripciones para el ya tradicional Curso Básico de Astronomía impartido por el Área de Astronomía del Departamento de Investigación en Física. Este curso está dirigido tanto al público en general (de todas las edades), como a estudiantes. Impartido por miembros del Área de Astronomía, esta sería la edición número 34 desde que fue iniciado por el celebre astrónomo Antonio Sánchez-Ibarra.

Iniciando el Sábado 3 de Septiembre, el propósito del curso es dar un recorrido general por las áreas del conocimiento que se abarcan dentro de la astronomía moderna, y esta dividido en dos aspectos; la teoría y las prácticas de observación. En los aspectos teóricos del curso se cubrirán desde las historia de la astronomía a ciencias planetarias, galaxias, exobiología y conocimiento del cielo. Temas que se cubrirán en 11 clases. Mientras que las prácticas de observación se verán desde las bases del funcionamiento del telescopio hasta la toma de imágenes astronómicas. El horario y lugar de estas observaciones será acordado al iniciar el curso en acuerdo con las posibilidades del grupo.

Al estar orientado al publico en general y habiendo sido cursado por personas de todos los sectores de la sociedad el curso no tiene requisitos mas que la primaria terminada, tener mas de 12 años (sin límite de edad) y en especial el deseo de aprender sobre astronomía. El curso se imparte los sábados de 9 a 11 am en el la sala audiovisual Eduardo Hinojosa (edificio 3H) del Departamento de Investigación en Física de la UNISON y puede ser cursado de forma virtual vía internet desde cualquier lugar del mundo.

Para los estudiantes de la UNISON el curso cuenta con valor en créditos CULTUREST. El costo del curso es de $700 para estudiantes (de cualquier escuela o carrera) y $1000 para público en general, este pago se realizará en la oficinas del Área de Astronomía (edificio 3H) y a de ser cubierto para finalizar la inscripción (para los interesados en el curso de forma virtual el pago será por depósito bancario). Esto cubre el uso de equipo astronómico y material que les sera distribuido.

Al finalizar el curso se entregará una constancia por parte del Departamento de Investigación en Física a los alumnos inscritos que cumplan con el requisito de haber asistido a un mínimo de 9 clases teóricas y haber cumplido con 90% de las tareas encargadas. Para los alumnos de la UNISON interesados en acreditar los créditos CULTUREST esta constancia es mandatoria.

Para apartar un lugar, preguntar cualquier duda o preinscribirse de forma virtual basta mandar un correo electrónico a la dirección: ploera@astro.uson.mx con sus datos."

Siamopithecus

2011-07-17T19:49:00.009-07:00

Ya lo hemos visto varias veces y lo he mencionado en repetidas ocasiones, todo lo importante en nuestra evolución sucedió en África. Aspectos como la aparición de ciertas mutaciones y/o adaptaciones que marcaron nuestra ruta evolutiva, tales como el caminar erguidos, el manejo de herramientas, control del fuego, etc, sucedieron a África y nos fueron separando de las demás especies de simios.

Bien, me refiero a que en África sucedió todo lo importante desde el origen de la familia Homo, de la cual somos parte, ya que obviamente algunos aspectos de nuestra evolución ocurrieron en ambientas que de ninguna forma podrían ser África (¡algunos eventos sucedieron antes de que existiera África! digo, nuestros ancestros vivían en el mar). Pero el origen de la familia Homo, o mejor dicho el origen del grupo Antropoide ha estado en discusión recientemente.

Relación de las familias, nosotros somos de los Hominidos (familia Homo).

Hace unos 55 millones de años, apareció el grupo Antropoide, separándose de la rama que eventualmente (hace unos 37 millones de años) daría origen a los grupos Lemur y Loris. Pero el lugar de origen del grupo que siempre se considero fue África es ahora cuestionado. La razón de considerar a África como el lugar de origen es por múltiples fósiles de hace 32 a 35 millones de años encontrados en el oeste de Egipto (distrito de Fayum) de criaturas Antropoides. Por estos fósiles y el hecho de que África (junto con otras partes del mundo) en aquel entonces tenia un clima muy adecuado para contener grandes exenciones de bosque, que era el hábitat de todas estas criaturas, por lo que el hecho de que evolucionaran allí concuerda muy bien. Pero consideremos que entre el origen de los Antropoides (determinado mediante marcadores genéticos) y los restos fósiles encontramos unos 20 millones de años en los cuales mucho pudo pasar.

La razón del reciente alboroto es por que un fósil llamado Siamopithecus eocaenus encontrado en Tailandia en 1996 fue recientemente fechado con una antigüedad de 35 millones de años, lo cual lo hace tan antiguo como algunos de los fósiles egipcios. Esto ha hecho que algunos paleontólogos consideren que el grupo Antropoides evoluciono fuera de África, en Asia.

El mundo durante la evolución de los antropoides, hace 50 millones de años (arriba) y 14 millones (abajo)

Bueno, no entiendo muy bien su linea de razonamiento, pero según pienso, la existencia de estos fósiles contemporáneos lo que revela es que durante ese periodo se podían encontrar especies del grupo Antropoides en ambos continentes y considero que la evidencia fósil es insuficiente para determinar en este caso el origen, por lo que uno se ha de respaldar en la genética la cual favorece al origen Africano, el problema es que en aquel entonces, África y Asia se encontraban separadas por una extinción de agua que conectaba el Mediterráneo primitivo con el Océano Indico por lo que es un poco probable que la especie haya logrado cruzar de un continente a otro. Esperemos que la datación de los fósiles ya encontrados y el descubrimiento de otros nos resuelva el dilema.

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Dame un respiro

2011-06-14T15:50:00.011-07:00

Probablemente el momento mas importante para la evolución de la vida en la Tierra fue cuando se dio la transición de una biología anaeróbica a una consumidora de oxigeno. Esto sucedió durante el periodo llama cámbrico, pero evidentemente la transición fue mas compleja de lo que uno se imagina, un aspecto que queda "pendiente" es entender como se dio el paso de adquirir la dependencia del oxigeno por parte de los seres vivos.

El detalle con esta transición es que se sabe que el llenar el océano de oxigeno fue causa de una extinción masiva, esto es lo que se esperaría ya que en esa época la mayoría de los seres vivos no estaban preparados para la una elevada presencia de ta corrosivo elemento. Así que si para aquellos organismos el oxigeno era nocivo ¿como se dio tal adaptación?

Poco elegantes montones de bacterias, ancestros de este poco elegante montón de bacterias pueden explicar detalles acerca de la forma en la organismos se lograron adaptar a la presencia de oxigeno en los océanos primitivos.

Esta claro que consumir oxigeno tiene sus privilegios, pues si se le combina con el azúcar en lo que comemos, esta se oxidará liberando energía que puede ser utilizada por la célula. Pero si uno tiene un metabolismo que funciona SIN oxigeno, la presencia constante de dicho elemento sera en el mejor de los casos molesta. entonces, si asumimos que en todo el océano la cantidad de oxigeno disuelto fue aumentando de manera uniforme y constante tendriamos que los seres vivos se enfrentarían a un cambio descrito como "de estar sin oxigeno a no tener otra opción mas que utilizar el oxigeno" es decir no se tendría de un paso intermedio donde se "estimule" a los organizamos a adoptar el venenoso gas como forma de vida. Sería un cambio brusco en términos evolutivos en un tiempo comparativamente corto.

Pero recientemente se descubrió que algunas especies de microorganismos podrían haber jugado un papel importante en "estimular" a los seres microscópicos a utilizar el oxigeno poco a poco sin cambios muy radicales. Estos microorganismos eran grupos de bacterias que emiten oxigeno y que generan colonias sobre las cuales los niveles de oxigeno suelen ser mas altos.

Ahora, pensemos en un océano primitivo, lleno de agua con poco oxigeno y seres que están felices en esas condiciones. Algunas bacterias fotosintetizadoras forman una colonia sobre la cual los niveles de oxigeno son mayores que el agua circundante. Si Pedro (de ahora en adelante le pondré nombres a los organismos, seres, criaturas o cualquier cosa que lo amerite) es un organismo que tiene cierta tolerancia al corrosivo oxigeno podría encontrar que tener un poco de este elemento en sus células es bueno para quebrar moléculas de azúcar y liberar mucha energía y podría regresar a su entorno sin oxigeno en cuanto sea necesario. Esto permitiría que los organismos se adapten paulatinamente aunque desde un punto de vista geológico aparente pasar muy rápido.

Así que gracias a que unas bacterias que vivían juntas y liberaban oxigeno, algunos seres lograron hacer la transición relativamente rápida a una biología basada en la oxidación lo que, entre otras cosas, dio lugar al Cámbrico, esto dio inicio al orden natural de la biosfera como la conocemos hoy, pero sobre todo nos muestra como es posible explicar detalles de episodios aparentemente incoherentes en la evolución con solo considerar factores medio ambientales tan comunes que se suelen pasar por alto, tal como la presencia de especies microscópicas, como las bacterias.

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HELP! (y no me refiero a la canción de The Beatles)

2011-05-21T19:13:00.015-07:00

En la ciencia pasa algo con la instrumentación, el desarrollo de nuevos instrumentos suele ser obedeciendo a la necesidad de observar algún fenómeno en particular de manera especifica. Siempre es observar cosas mas tenues, grabar datos mas rápido, ver en otra longitud de onda, etc. Pero suele suceder que en cuanto se logra utilizar algún nuevo instrumento para recolectar datos se descubre algo nuevo, no esperado, que cambia la ciencia.

Telescopio Espacial Kepler, puede tomar mediciones de brillo (y por lo tanto de su variación) con una precisión mucho mayor que cualquier otro instrumento.

Casos de esto son la clave de algunos de los descubrimientos y desarrollos mas importantes en la ciencia. Por ejemplos tenemos al telescopio y el tubo de vació (o de rayos catódicos). En el caso del primero, Galileo se dio cuenta de que el cielo era tan natural como las piedras y en el caso del segundo, su uso llevo al descubrimiento del electrón. Lo inesperado es siempre parte del desarrollo científico y es lo que lleva a nuevos descubrimientos y al subsecuente progreso en el conocimiento humano. Bien, ol inesperado también puede meter a los científicos en aprietos, aunque sea un tipo de problema muy bienvenido. Tal es el caso de la misión Kepler.

Ya en una entrada anterior hablamos sobre la misión Kepler (ver Hagan sus apuestas), la misión que pondría un telescopio en el espacio especialmente diseñado para buscar planetas al rededor de otras estrellas y que seria el primero con la posibilidad de descubrir un planeta tan pequeño como la Tierra. Bueno, Kepler a estado en el espacio ya algún tiempo y ya tiene 15 exoplanetas confirmados y 1,200 candidatos lo que hace de esta misión un rotundo éxito y aun tiene tiempo adelante para continuar operando. Pero por la forma de trabajar de Kepler, tomar mediciones increíblemente precisas del brillo de miles de estrellas, a originado el "problema" de que ahora tienen una enorme cantidad de datos, mas de los que los astrónomos contratados para el proyecto Kepler (que bajo contrato, solo se puede dedicar a buscar exoplanetas) pueden procesar , así que están ansiosos de que alguien trabaje con esos datos buscando.....lo que sea. Ya se han encontrado algunos ejemplos de sistemas estelares que van de lo "poco usual" a los "realmente raro" (los astrónomos de la misión Kepler los llaman los OQD por Objetos "¡¿¿¿Qué Demonios???!" ).

Zona del cielo estudiada por Kepler, calculada para maximizar la posibilidad de encontrar planetas. Y donde encontró una enorme cantidad de sistemas estelares curiosos y OQDs.

Así que si alguien tiene algo de tiempo libre puede visitar el sitio en Internet de la misión Kepler y tener acceso a los datos y ser uno mas de los aficionados a la astronomía que descubren sistemas peculiares entre los OQDs y de esta forma ayudar al progreso de la ciencia. No es que les este dando ánimos, pero como ya se dijo, el descubrimiento de lo imprevisto es de las mejores formas que tiene la ciencia de avanzar, y con la resolución en a toma de datos que puede obtener Kepler no es de sorprender que aparezcan toda clase de cosas nuevas.

Así que, por favor, ayuden a la pobre gente de Kepler que sufrieron una inundación de datos.

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Tocando piso

2011-05-09T20:01:00.018-07:00

Uno de los aparatos que mas me han llamado la atención son los Ekranoplanos, si los hidroaviones son cruzas entre barcos y aviones, los ekranoplanos son una forma rara de hidroavion. Lo llamativo de estos extraños aparatos, pues estoy seguro que pocos lectores habrán escuchado de ellos es su extraña forma de desplazarse.

Ejemplo de un Ekranoplano, como se imaginarán, esto le llamaría la atención a cualquier niño (como me pasó la primera vez que vi uno en un libro).

Tal como los hidroaviones, se desplazan por el aire, pero no "vuelan" tal como los hidroaviones o los aviones normales. Sino que utilizan algo llamado efecto piso (o efecto suelo) que les permite volar muy cerca de una superficie de forma muy controlada y energeticamente económica. Para empezar hablemos un poco sobre la forma en la que el aire fluye alrededor del ala de un avión.

Ave marina utilizando el efecto piso para acuatizar de forma suave, noten la disposición de las alas, con las puntas hacia abajo igual que en un ekranoplano.

Si han sido observadores, se habrán fijado que las alas de los aviones tienen una marcada curvatura en la cara superior mientras que la inferior se plana, lo que implica que la parte de arriba es mas larga que la de abajo, es decir si rodamos una pelota por arriba del ala recorrerá mas camino que si lo hacemos por abajo. Sin embargo el aire que pasa por el ala va a una cierta velocidad, lo que implica que el aire que pase sobre el ala tendrá que ir mas rápido que el que pase bajo el ala. Y según el efecto Bernoulli, esto implica que la presión del aire arriba del ala será menor. Esto genera una fuerza que empuja el ala hacia arriba. Cuando la velocidad del aire es suficientemente alta, la fuerza generada por la diferencia de presiones es suficiente como para contrarrestar el peso del avión entero y lo hará despegar.

Gráfica mostrando el flujo del aire al rededor de un ala de avión, las zonas rojas son las de alta presión y las que mas "empujan" al ala.

Pero el flujo del aire por las alas no es tan bonito como nos gustaría, se suelen crear turbulencias, en particular en las puntas, estas turbulencias son una forma de disipar energía lo que hace que el avión sea mas lento y consuma mas combustible, por lo que los ingenieros aeronáuticos se devanan los cesos buscando formas de evitarlas (las aletitas en la punta de las alas de los jets modernos son una forma de reducirlas). El efecto de ese flujo irregular es comprimir el aire debajo del avión, cuando sucede cerca de una superficie es el llamado efecto piso, lo que da al avión una ayuda momentánea para elevarse, esto causa esa sensación de "rebote" cuando un avión se acerca al suelo al aterrizar y hace al aterrizaje mas suave (si el piloto no tiene la mano muy pesada y no está de malas).

Uso del efecto piso al aterrizar un avión para hacerlo tener un acercamiento mas suave al suelo.

Ahora, ¿que pasaría si diseñamos un ala que desvíe esa turbulencia hacia abajo del avión y ademas diseñamos el ala de forma de genere un importante flujo hacia abajo? El resultado sería que en la parte inferior del vehículo se generaría una zona de alta presión y el efecto piso será muy notable. Recuerden a típica escena de una gaviota apunto de aterrizar (o acuatizar) extiende sus alas y las deja quietas con las plumas de las puntas ligeramente curvadas hacia abajo y se desplaza una considerable distancia a una misma altura unos centímetros sobre el mar antes de acuatizar. Bueno, un vehículo con ese diseño de ala, que haga lo mismo que la gaviota al acuatizar es un ekranoplano.

Otro modelo de un Ekranoplano, imaginen estar pescando en el Volga y ver pasar a este monstruo volando unos metros sobre las olas a cientos de kilómetros por hora.

Desarrollados en la antigua Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas (URSS) como un medio de transporte que combinaba la capacidad de carga y economía de un barco con la velocidad de un avión, los ekranoplanos tomaron diversas formas. Mientras que la mayoría tenían uso militar como lanza-misiles o transportes de tanques y tropas, poniendo de nervios a expertos de la OTAN, ya que podían transportar cargas considerables a altas velocidades y no solo sobre el mar, sino sobre terreno seco mientras sea relativamente plano (piensen en Florida, Luisiana, Missisipi y Texas), algunos entraron en servicio como medio de transporte de pasajeros por los ríos de la URSS. El uso de los ekranoplanos inicio si final cuando un accidente causo la destrucción de un prototipo de investigación, en este accidente el piloto, acostumbrado a volar aviones sintió al aparato inestable y en lugar de descender (como se debe hacer en un ekranoplano) subió (como se debe hacer en un avión) lo que desestabilizó aun mas el aparato causando un choque y la destrucción del aparato.

Ekranoplano para servicios de transporte.

Aún con el triste destino del ultimo Ekranoplano soviético, el concepto no ha desaparecido, y ahora que la guerra fría terminó se están planeando nuevos diseños de ekranoplanos y vehículos similares que usen el efecto piso para separase unos centimetros del suelo (o el mar). Este es un buen ejemplo del uso de efectos no deseados, como la turbulencia generada por las alas para lograr algo útil, sustentación y un consecuente medio de transporte con prestaciones difíciles de igualar (el vehículo equivalente desarrollado en occidente fue el aerodeslizador, que a pesar de poder cargar mucho no desarrolla la misma velocidad). También es un buen ejemplo de como la observación de la naturaleza nos puede llevar a mejorar diseños ya establecidos.

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La particula de la semana

2011-04-17T01:10:00.013-07:00

Bien, cualquiera que sea un poco aficionado de la ciencia ficción conocerá el universo de Star Trek y las múltiples (la Original, La Próxima Generación, Voyager, Deep Space 9 y Enterprise) series y 11 películas (hasta la fecha) que lo componen, y todo buen treakie, recordará el periodo en el cuál en Star Trek La Próxima Generación, todo problema o situación era resulto cuando se daban cuenta de la existencia o inesperada influencia de alguna partícula extraña la cuál cambiaba en cada episodio, así durante esa temporada, la serie se trato de adivinar cual sería la "partícula de la semana". Todo esto viene a que hace poco salió un noticia informando del potencial descubrimiento de una nueva partícula, y a diferencia de Star Trek, no resuelve un problema que causaría la muerte inminente (o peor aún, la pérdida de una nave espacial), pero si podría tener consecuencias.

El ya viejito acelerador Tevatron, donde se encontraron los indicios sobre la nueva partícula(y levantó los ánimos de físicos en otros aceleradores viejitos).

Para empezar, recordemos que en física existe algo llamado el Modelo Standard, esto es una construcción teórica que incluye entre otras cosas a la familia de partículas que son actualmente conocidas. Y entre estas se encuentran dos tipos fundamentales, aquellas partículas que conforman la materia y las que son responsables de la transmisión (nota del autor: las itálicas indican, en esta ocasión, el uso de palabras que ilustran en alguna forma la idea que deseo transmitir pero que se han de usar con cautela por no referir el significado correcto) de las fuerzas de la naturaleza.

Entre las que conforman la materia están por ejemplo, los electrones y quarks. Las propiedades de estas partículas dan origen a las propiedades de la materia a nivel macroscópico. Por supuesto existe mayor variedad entre la materia macroscópica que las partículas elementales conocidas, pero esta variedad se explica con combinaciones de partículas. Mientras que a cada fuerza conocida (existen 4 fuerzas fundamentales, la gravedad, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil) se le relaciona una partícula que la transporta.

Aquí lo importante a recordar es que para explicar el universo necesitamos tanto explicar la composición de la materia como las fuerzas que dictan la interacción y conducta de los cuerpos. Por esta razón, los físicos de partículas se la pasan en busca de las partículas que se sospecha han de existir y cuyas propiedades se estiman, pero que aún no se han descubierto. El razonamiento para perseguir esas evasivas partículas hasta las tripas de cada átomo es que si el modelo que se tiene funciona bien y todas las demás piezas ya se encontraron y cada una de ellas de alguna forma está relacionada con la partícula que buscamos entonces esperamos que la partícula se este escondiendo en algún lugar (por eso se usan los aceleradores de partículas, para quebrar partículas grandes y ver si alguna de las pequeñas que salgan es la que buscamos. Si bien esta aproximación es poco sutil, es muy eficiente, es como hacer salir a alguien de una ciudad bombardeando cada casa y edificio ¿no saldrían ustedes así?).

El detector D0, el cuál será usado para buscar la confirmación del descubrimiento.

Así que ahora pueden poner en contexto la noticia sobre la partícula nueva, las implicaciones y consecuencias aun estarían por discutirse. Esperemos que pronto se confirme definitivamente la existencia de esta partícula.

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Tips para aficionados. Mejorando las imagenes del Sol.

2011-04-13T23:33:00.018-07:00

En cuanto uno comienza a tomar fotografías de objetos astronómicos, le nace el deseo de mejorarlas, de hacerlas mejores y mejores, de tener un campo un poco mayor, o mejor resolución. Por lo general el mejorar una imagen implica cambiar de equipo, ya sea la cámara, telescopio o montura. Pero veamos algunas cosas que se pueden hacer sin alterar el equipo con el que contamos y que dan como resultado mejores imágenes. Y además trataremos con uno de los objetos menos fotografiados por los aficionados a la astronomía: el Sol.

Espero no sea necesario recordarlos del peligro de observar el Sol si no saben lo que hacen. El uso de filtros, equipo y técnicas adecuadas en mandatorio. Para mayor información sobre como hacerlo manden un comentario al final de la entrada solicitando información.

Las siguientes fotografías las tomé desde el Observatorio Solar Carl Sagan (del cual soy administrador), pero cuidé de usar software que no sea difícil adquirir por un aficionado. Así que comencemos con el tema.

1.- Tomar la imagen.- La toma de la imagen es un proceso con el que se ha de tener mucho cuidado ya que es raro tener una segunda oportunidad con el Sol por lo dinámico que es (las manchas y prominencias que se ven a una hora habrán cambiado una hora después). En particular se ha de tener en consideración que las condiciones atmosféricas perturbaran la imagen, por lo que se ha de esperar a que el objeto, en este caso el Sol, se encuentre lo mas alto posible en el cielo.

En este caso , lo que hice fue utilizar un telescopio con filtro H-alfa con sistema de guiado y una cámara SkyNix 2-2 y esperé a que el Sol se encontrara casi en su punto mas alto. El software de control de la cámara tomó 300 imágenes, una de las cuales se ve a continuación:

2.- Procesado.- Por "procesar" se puede indicar muchas cosas, desde limpiar la fotografía (reducir el ruido) hasta modificar el contraste o brillo. En este caso lo primero que hice fue pedir que todas las imágenes fueran promediadas. Esto fue para eliminar parte de la perturbación de la atmósfera, como una forma de óptica adaptativa. De esta forma se logra tener una imagen tiene mayor resolución y se ven detalles mas pequeños. En esta imagen ya se puede ajustar el contraste y la relación claro/oscuro y el "gama" para lograr ver mejor los detalles.

Una segunda parte del procesado ya queda a discreción de cada quien, en particular a mi me gusta, para objetos como el Sol, utilizar filtros de Wavelets para lograr discriminar los detalles. Esto de los Wavelets es un método que resalta todos los detalles mas pequeños que un cierto diámetro. Resaltando detalles de diversos tamaños se puede lograr la forma en que los detalles sobresalen en la imagen. La forma de implementar tanto el promediado como Wavelets dependeré del programa utilizado, yo les recomendaría MaxIm o Registax, en ambos se puede controlar muy bien la aplicación de Wavelets en múltiples niveles.

Así que con mucha (realmente mucha) paciencia de paciencia para tomar la fotografía y algo de experiencia en los programas adecuados los pueden llevar muy lejos. Lo mas relevante es mantenerse siempre aprendiendo y experimentando.

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TTAGGG

2011-04-09T19:49:00.019-07:00

Nota: El título esta bien escrito, no crean que mi hamster caminó sobre el teclado. El TTAGGG será explicado en el texto.

Hace poco termine de leer un libro titulado "La vida inmortal de Henrrieta Lacks" de una autora llamada Rebecca Skloot. El libro es muy entretenido y he de clasificarlo como "bueno" y el tema es de lo mas fascinante, nada menos que la historia de las primeras células humanas que se lograron reproducir en el laboratorio. El uso de estas células ha sido fundamental en el desarrollo de la medicamentos y tratamientos para una variedad de enfermedades. Pero mientras que el libro deja muy claro que estas células, llamadas HeLa, son muy importantes y que su principal característica es la habilidad que tienen para reproducirse, no se aclaran algunos aspectos básicos que dejan la trama del libro incompleta y al lector con muchas preguntas, al menos a mí me dejo con la sensación de que el libro terminó mucho antes de tiempo. Así que atenderemos a la pregunta de: ¿Por que las células HeLa logran sobrevivir y reproducirse cuando otras no?

Células HeLa dividiéndose.

En primer lugar, han de saber que las células HeLa fueron extraídas de un tumor (un tumor es un crecimiento descontrolado de células). Es decir que son células cancerosas. Y la lo que hace a estas células problemáticas es que no cumplen con el ciclo de vida normal de una célula, es decir, algunas deben de morir periódicamente para que el número de células se mantenga. Imaginen una parte del cuerpo cualquiera, el brazo por decir algo. Ya saben que las células se reproducen dividiéndose, es decir una célula se parte en dos para generar dos "células hijas", ahora, si algunas no murieran de cuando en cuando, tendríamos que nuestro brazo se duplicaría de tamaño ante cada división. Por esto algunas células han de morir para dejar espacio a las nuevas. ¿Pero que pasa en las células HeLa? Lo particular dichas células es que al dividirse contienen una versión activa de una substancia llamada telomerasa, la cuál regenera los telómeros. ¿Todo claro? Quedaría mejor si explicamos los que son los telómeros. Para ello recordemos primero lo que son los cromosomas.

El ADN que tenemos en cada una de nuestras células esta divididos en segmentos llamados cromosomas. Cada uno contiene una cierta cantidad de genes codificados en ADN que se necesitan, no solo para que la célula construya mas células, sino también para que se mantenga funcionando, oxidando azúcares, ensamblando proteínas y haciendo todo lo que una célula feliz y decente hace en un día normal, por lo tanto si suceden errores en el ADN sería un verdadero problema y esos errores ocurren de forma natural, son las mutaciones, las cuales tienen como causa la radiación del ambiente o la influencia de sustancias ajenas al cuerpo. Y mientras que existen mecanismos que reparan esos errores, estos también dependen del ADN.

Otro problema es que en cada ocasión que se da la división celular, se degrada un poco de los cromosomas, en especial de los extremos (al igual que un pedazo de cuerda se va separando primero de los extremos). Esto tiene una variedad de implicaciones, como por ejemplo, que se puede dar un numero finito de divisiones, y por lo tanto una célula de un feto, digamos, y la descendencia de esta solo se podrá reproducir durante cierto tiempo. Por lo tanto (y otras razones medicas), somos mortales. Este límite en la cantidad de veces que se puede copiar cada cromosoma implica que cada nueva copia tenga errores y mientras mas veces sea copiada, mas errores tendrá, hasta que deje de funcionar adecuada mente y la célula pierda parte de sus funciones (a esto le llamamos "envejecer"). Pero si es de los extremos de donde mas sufre degradación un cromosoma, es en este mismo punto donde se encuentra uno de los mecanismos que nos permiten vivir tanto tiempo (vamos, los humanos somos relativamente longevos).

Evolutivamente es un mecanismo muy sencillo, pero cumple muy bien su función. Cuando se le descubrió no se sabía para que era, es parte de lo que los genetistas llamaron "ADN no-codificante" o si habían tenido un mal día "ADN basura" ya que no contiene información que le sirva a la célula y aparentemente no sirve de mucho (casi como un discurso de campaña electoral, pero sin ser tan inútil). Se trata de secuencias de nucleótidos (los bloques constructores del ADN) que se repiten muchas veces. Los nucleótidos se designan con las letras; A,T,G y C. Esta secuencia que se repite es TTAGGG (ahora ya saben porqué el título de la entrada), por lo que en los extremos de cada cromosoma tenemos largas cadenas de:

...TTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGG...

Estas largas cadenas de TTAGGG son los famosos telómeros. Largas secuencias de ADN encontradas en los finales de los cromosomas que no dicen nada importante pero ocupan espacio (algo así como la sección de Espectáculos en el periódico) y que sirve para proteger al resto del cromosoma del deterioro causado por cada división (esto no lo hace un discurso de campaña electoral).

Imagen de los cromosomas (estructuras grises) con los telomeros resaltados en blanco.

Bien, cada célula nace con una cantidad fija de TTAGGGs, los cuales se van degradando. Esto telómeros le dan a la célula algo de tiempo antes de que inicie la perdida de funciones, extendiendo nuestra vida. Y la dichosa telomerasa, lo que hace es agregar TTAGGGs a los telómeros para darles su longitud adecuada. Ahora imaginen lo que pasa en las células HeLa, con la telomerasa activa durante la división celular. ¡Los telomeros, y por lo tanto, los cromosomas, nunca decaen! ¡Por lo que la célula sigue viva y se reproduce una y otra y otra y otra vez! Si se trata de una célula en un laboratorio esto es muy bueno ya que tendrán células dependiendo de cuanto alimento les pongan, pero si es una célula en el cuerpo, esto es un tumor.

Así que esto es lo que hace a las células HeLa tan relevantes, el tener la telomerasa activa. Y antes de que pregunten; No, no puede tomar telomerasa para rejuvenecer y cualquier cosa que les quieran vender, les garantizo que no es telomerasa y/o no los rejuvenecerá.

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Veo manchas III

2011-04-05T11:46:00.009-07:00

En la entrada pasada nos quedamos en que una prominencia se puede separar del Sol y salir disparada al espacio. También que esa nube de plasma que constituyó la parte de la prominencia que salio disparada mantiene un campo magnético que es remanente del campo que generó la prominencia en primer lugar.

Dinámica de una tormenta solar con la polaridad adecuada. Con el plasma entrando en la magnetosfera y las líneas de campo siendo perturbadas.

Ahora, ya que la prominencia sea eyectada, dando origen a una eyección de masa (comúnmente se les llama eyecciones de masa coronaria, pero esa masa no es de la corona así que no me queda muy claro de donde sale ese nombre, ¿tal ves por que sale en dirección a la corona?) esta continuará viajando por el espacio y alguna puede entrar en contacto con algún cuerpo planetario. Veamos lo que pasaría en caso de que dicho cuerpo sea la Tierra.

Como ya saben la Tierra tiene un campo magnético propio, y dicho sea de paso, es uno de los mas importantes en el sistema solar por su intensidad. Ahora, la eyección de masa es una nube plasma con un campo magnético que estamos chocando contra la Tierra, pero la parte de la Tierra que entrará en contacto será precisamente la magnetosfera (el campo magnético) terrestre. Y aquí pueden ocurrir una de dos cosas dependiendo del la polaridad del campo de la eyección:

Los satélites serían los que mas sufran en una tormenta solar, y los único en un peligro real. En particular los observatorios solares espaciales podrían ser sacrificados con el fin de registrar este evento.

1.- Polaridad Norte (al igual que la Tierra). En este caso sería como querer pegar dos imanes por polos similares, la repulsión los aleja. De esta forma una nube de plasma con la misma polaridad que la de nuestro planeta simplemente rebotara de regreso al espacio sin molestarnos. Y solo un par de sondas espaciales detectarán el flujo de iones.

2.- Polaridad Sur (al inverso que la Tierra). En este caso sería pegar dos imanes por polos opuestos, la atracción los mantendría acercándose hasta entrar en contacto. En este caso la magnetosfera atraerá a la nube de plasma y los dos campos magnéticos se combinaran en uno solo.

Es en este segundo escenario donde se puede producir un fenómeno llamado tormenta magnética (aveces tormenta solar) que se da cuando plasma del sol entra en nuestra magnetosfera, en estas ocasiones el impacto puede empujar a las líneas del campo magnético de la Tierra hacia abajo, cerca del planeta lo que induciría una carga en todo conductor largo, como las líneas de alta tensión, oleoductos, etc. Y como efecto adicional tenemos que ese plasma mientras está en el espacio constituye una amenaza real para satélites y demás equipo electrónico en órbita. El plasma puede convertir los circuitos electrónicos en "chicharrón de silicio" lo que dejaría a mucha gente en las agencias espaciales y compañías de telecomunicaciones con un lindo problema en las manos.

En cuanto a los efectos en la Tierra, nuestra atmósfera provee una excelente protección, por lo que aparte de impresionantes auroras lo único que tendría problemas podrían ser las centrales de energía en las regiones polares las cuales tendrían problemas manejando el voltaje adicional inducido en las líneas de distribución (si alguien espera que una tormenta solar extermine la vida en la Tierra en el 2012, lo siento mucho).

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Veo manchas II

2011-03-26T16:48:00.012-07:00

Como vimos en la entrada anterior, el Sol es una enorme esfera de plasma y en su superficie los campos magnéticos están constantemente alterando el plasma y viceversa. Vimos como se generan las manchas solares al ser afectado el plasma en una parte de la superficie por campos magnéticos que salen y entran del Sol.

Imagen de la superficie Solar mostrando filamentos, las líneas oscuras sobre el Sol.

Pero consideremos lo siguiente: esos campos que salen y entran deben ser continuos (de lo contrario no serían el mismo campo), esto implica que recorren algún camino por afuera del Sol. Esto es un tanto obvio, pero pensemos un poco mas, el hecho de que existan esas líneas de campo que conectan un punto de la superficie del Sol implica que si uno sigue estas líneas se podrá alejar de la superficie y luego regresar. Pero, ¿que podría seguir una línea de campo magnético tanto al irse alejando de la superficie como al regresar? Nada menos que el plasma.

Filamento visto con una parte en el limbo (orilla) del Sol.

Si, el plasma del cuál esta compuesto el Sol se puede alejar de la superficie siguiendo una línea de campo magnético para luego regresar. ¿Como se imaginan que se vería esto?

Imagen de una prominencia solar.

Podríamos esperar ver el plasma siguiendo las lineas de campo, y ese plasma estaría caliente y por lo tanto brillando. Pero no brillaría mas que la superficie del Sol la cual estaría mas caliente (el plasma ya habrá tenido un poco de tiempo para enfriarse). Por lo tanto si vemos ese aro de plasma con la superficie del Sol como fondo, el plasma se debería de ver mas oscuro (o menos brillante), mientras que si lo vemos con el cielo como fondo, el plasma será verá brillando sobre un cielo oscuro. En el primer caso, cuando el aro esta siendo visto sobre el disco solar se le llama filamento y en el segundo, cuando lo vemos contra el cielo (digamos cuando esta sobre el limbo del Sol) se le llama prominencia. Veamos que un filamento y una prominencia son el mismo fenómenos solo visto en lugares diferentes.

Prominencia con líneas de campo dibujadas en cima para mostrar las relación entre ambos.

Este es otro fenómenos que se da en la superficie del Sol gracias a los campos magnéticos, pero aun hay otro fenómeno mas, las eyecciones de masa. Estas están asociadas a los filamentos, y ocurren cuando las líneas de campo que el plasma sigue para dar origen a los filamentos se extienden tanto que se van torciendo y eventualmente se juntan dos partes de la misma línea. Ustedes pueden hacer un experimento con un cable (los cables de un mouse o una conexión eléctrica sirven muy bien). Tomen el cable de dos puntos con sus manos(separados digamos unos 10 o 50 cm y tomando el cable con la punta de los dedos), y mientras una de sus manos se queda quieta, la otra va torciendo el cable. Notaran que el cable se ira contrayendo acercando sus manos, dejen que el cable se contraiga a voluntad y vean como primero se forma una curva similar a un aro y si lo tuercen mas dos puntos de ese aro se tocaran. Lo mismo pasa con las líneas de campo magnético, estas se pueden torcer y eventualmente tocarse, a esto se le llama recombinación magnética y da lugar a que la parte del aro que este entre los dos puntos que entraron en contacto se separe y forme un campo magnético independiente, dejando al resto de la aro en el lugar de la línea de campo original. Aquí es muy importante lo que se menciono acerca de los campos magnéticos y el plasma ya que mientras que en el filamento es el campo quien domina y dicta la conducta del plasma, al darse la recombinación es el plasma quien domina. Después de que se da la recombinación y un campo se separa en dos, la parte que estaba entre los dos punto de contacto se separa y se aleja del Sol llevando parte del plasma con ella. Esto es una eyección de masa, un filamento que sufrió una recombinación y sale disparado alejándose del Sol.

Eyección de masa, se la Tierra sobre impuesta a escala. Este tipo de eyección pueden arrojar masa en cualquier dirección, incluso, directo hacia la Tierra.

En la próxima entrada veremos lo que pasa cuando una eyección sale en dirección a un planeta, como la Tierra donde el nuestro campo....

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Veo manchas

2011-02-22T23:18:00.016-07:00

Una de las características mas llamativas y famosas del Sol son las manchas solares. Pero suele encontrarse poca información acerca de lo que son estas estructuras, así que hablaremos un poco de ellas. Aclaro que el temas de las manchas solares y en sí casi cualquier cosa sobre el Sol esta basado en un entendimiento incompleto y son temas de constante estudio.

Fotografía de la superficie solar, tomada por el Observatorio Solar Carl Sagan. Las partes mas oscuras son las manchas solares, mientras que lo blanco con las zonas llamadas "playas".

En primer lugar, aclaremos algo que siempre hemos de tener en consideración, el Sol (y toda estrella en el Universo) esta compuesto de plasma. Y este material es muy susceptible a la influencia de los campos magnéticos. El plasma es un material (suele ser un fluido) que esta compuesto de partículas cargadas eléctricamente en lugar de partículas neutras (con tantas cargas negativas como positivas) como los son los átomos y moléculas de un fluido típico en la Tierra, así un plasma tiene partículas que tienen carga positiva o negativa. A las partículas cargadas se les llama "iones" y por lo tanto tenemos que un plasma esta compuesto de iones en forma típicamente fluida (el plasma de la sangre contiene, de hecho, iones). Y las partículas cargadas son susceptibles a la influencia de campos magnéticos y eléctricos.

Aquí hagamos notar algo, mientras que una partícula cargada es influenciable por un campo, también puede crear en sí un campo el cuál podría, si es el caso, añadirse a otro campo pre-existente para alterarlo. Por lo que tenemos una cadena de acontecimientos como sigue:
El campo en el estado A induce al plasma a cambiar del estado B al B', el cual cambia al campo a un estado A' lo que altera de nuevo al plasma para llevarlo al estado B'' y así sucesivamente. por lo que el Sol con tantos campos y tanto plasma de diferentes tipos será un verdadero ejemplar de complejidad.

Esquema mostrando el flujo de lineas de campo magnético en la parte inferior de la superficie solar. Algunas de las líneas salen de la superficie y causan las manchas en la superficie.

En el caso de las manchas, consideremos una región de la superficie solar que en un momento se encuentra en un estado muy normal. Como toda región bien portada en la superficie del Sol esta recibiendo calor del interior (es decir, de las capas inmediatamente abajo) y emitiendo radiación hacia el exterior. Esta es la situación "normal" en el Sol, la situación en la cual se encuentra la mayor parte de la superficie, la parte que vemos brillando normalmente.

Sin embargo existen regiones donde el equilibrio se ve perturbado por un exceso de densidad en el campo magnético, lo cual tendrá dos efectos:

1.- Alterar el plasma, dominando así su movimiento.
2.- Reducir la presión magnética.

El primer punto lo retomaremos en la siguiente entrada mientras que el segundo será la base de donde partiremos para entender las manchas solares. En primer lugar aclaremos lo que es la presión magnética. Se trata de presión ejercida por un campo magnético, por ejemplo si se tiene un cable que no esta sujeto pero por el cual se hace pasar una corriente y por lo tanto se genera un campo magnético, si acercamos un iman, estos ejercerán una fuerza entre sí y se podrá medir una presión sobre la superficie del cable o del imán.

En el Sol el campo magnético que se encuentre con las líneas saliendo o entrando a la (o de la) superficie se tendrá que el plasma caliente que naturalmente va subiendo para liberar su energía en la superficie, haciéndola así brillar para en este proceso enfriarse y volver a bajar. Pero ante la presencia del campo el plasma verá su resultado dominado por este, lo que ocasionaría una serie de efectos, entre ellos que la energía transportada por ese plasma se disipe de diferentes formas.

Fotografía de unas manchas solares típicas mostrando la Tierra a escala para ver el tamaño.

Por ejemplo, existe un fenómeno llamado Corrientes de Foucault que son pequeñas turbulencias causadas en una situación como la que tenemos (el campo magnético en el plasma) y que causan un movimiento lateral que hace que se "gaste" energía y por lo tanto se enfríe el plasma. De esta forma el material bajo la influencia del campo magnético se enfría y consecuentemente emite menos energía viéndose oscuro en comparación con el brillante material mas caliente que le rodea.

Ahora, el efecto causado por el campo magnético en el sol es mas que solo las manchas, a continuación veamos lo que pasa en el mismo campo pero lejos de la superficie...

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La primera cita

2011-02-14T16:08:00.001-07:00

Como ya sabrán, De Galaxias y Fósiles trata de estudiar el universo y todo lo que contiene, siempre de la forma mas analítica posible. Por lo que un nombre tan cursi para una entrada puede parecer extraño, pero tiene una buena justificación. Aprovechando el 14 de Febrero hablaremos sobre la primera cita en el Padre Cromosómico y la Madre Mitocondrial, por su puesto, desde un punto de vista genético.

Mitocondrias en tejido pulmonar, vistas bajo un microscópio electrónico.

Empecemos averiguando quienes son los dos personajes de la historia. Para ellos hemos de considerar un poco la herencia genética que tenemos. Como ya saben, tenemos genes tanto de nuestro padre como de nuestra madre, los cuales se combinan para crear una secuencia única que es la que nos define genéticamente.

La mayor parte de los genes que tienen nuestras células se encuentran en el núcleo, donde la célula tiene su biblioteca con datos sobre todo lo que podría llegar a querer hacer a lo largo de su vida. Pero existen unas estructuras muy peculiares en nuestras células, llamadas mitocondrias. Las mitocondrias son las partes de la célula donde el azúcar que consumimos (de lo que comemos) se oxida (con el oxigeno que respiramos) para generar energía (y seguir comiendo y respirando). Estas estructuras fueron en otros tiempos muy remotos células independientes que se fusionaron con células mayores y vivieron en simbiosis, estas dos antiguas especies de criaturas microscópicas se adaptaron tan bien a vivir juntas que continuaron haciéndolo, hasta llegar a formar parte de un nuevo tipo de célula, el tipo de célula que luego dio origen a la células de los animales. Y como todo célula, los ancestros de las mitocondrias tenían ADN y aún lo tienen, por lo que las mitocondrias en la células actuales contienen también algunos genes. Pero estos genes, los que forman el ADN mitocondrial no son producto de una mezcla del material genético de nuestros padres, sino que se transmite exclusivamente de la madre a los hijos.

Aparte de su interés en lo referente a cuestiones evolutivas de la célula, el ADN mitocondrial tiene una aplicación muy relevante; ya que al ser transmitido de una madre a sus hijos, es posible rastrear la línea genética materna. Esto se logra si tienen digamos, el ADN de una mujer y luego de varias otras personas, si algunas de las personas tiene una ADN mitocondrial como el de la mujer entonces se podrá concluir que son de la misma familia. Si la persona en cuestión es hombre, podremos concluir que la mujer tal ves sea su madre o abuela (asumiendo que vivan en épocas cercanas) ya que la mujer le pudo pasar su ADN mitocondrial pero no él a ella. En cambio si la persona es mujer, podría ser tanto ancestro como descendiente.

Consideremos ahora otra cosa, que sabemos que el ADN va cambiando por medio de mutaciones naturales a un ritmo casi constante. Esto quiere decir que puedo hacer un par de cosas interesantes:

1.- Imaginen que de alguna forma de hago del ADN mitocondrial de alguna mujer que vivió hace tiempo y lo comparó con el mío. Contando al cantidad de mutaciones, es decir, de diferencias podría saber que tan distante es (midiendo en generaciones) esa mujer de mi. Por ejemplo podría saber si es mi tatarabuela o mas distante aún.
2.- Digamos que algún amigo y yo comparamos nuestro ADN mitocondrial, la cantidad de diferencias (mutaciones) nos podrá decir que tan separados estamos en términos de familiaridad. es decir, que tantas generaciones han pasado desde que tuvimos un último ancestro femenino en común, probablemnete comparatamos tatarabuela.

Diagrama mostrando al distribución de ADN mitocondrial desde la Madre (mujer azul en la línea superior), noten que lo hereda a sus hijos tanto hombres como mujeres y eventualmente quedan solo sus descendientes mitocondriales.

Pero, ¿que obtenemos si esta segunda comparación la hacemos entre miembros de TODOS los grupos étnicos del mundo? Obtendríamos el ancestro femenino mas reciente de TODOS los grupos genéticos, es decir, de todos los humanos que viven actualmente. A este Ultimo Ancestro Femenino Común se le llamó Madre mitocondrial. Algo importante a remarcar es que esta mujer, quien quiera que fuese no fue la "única" mujer que vivió en su tiempo y mucho menos "la primera", sino que simplemente ya no existen descendientes de las demás mujeres que vivieron en su tiempo.

Ahora, digamos que averiguamos hace cuantas generaciones vivió la Madre mitocondrial, y luego comparamos como debió ser su ADN (según con que grupo comparte mas similitudes ) con los grupos genéticos actuales y podríamos darnos una idea de por donde vivió. Resulta que este estudio ya se realizó, el resultado es que la Madre mitocondrial vivió en África (¿donde mas?) hace unos 200,000 a 170,000 años.

Algo mas que vale la pena recordar es que el hecho de que la Madre mitocondrial sea el ancestro fenemino universal de toda persona viviente implica que forzosamente tuvo descendencia, pero no que su pareja fue también nuestro ancestro masculino universal. Clarifiquemos esto.

Lo que tenemos de descendencia de la Madre mitocondrial es el ADN en las mitocondrias, el cual todos heredamos de nuestras madres, por lo tanto esta persona es ancestro de todos nosotros. Es decir, si consideramos que en el tiempo de la Madre, vivieron otras muchas mujeres pero estas otras mujeres no dejaron huella en nuestro ADN mitocondrial.

Distribución de grupos genéticos a partir de un Padre cromosomico, al igual que con la Madre, no es único hombre viviente en su tiempo ni el primero, pero es el que dió origen a la línea que termino siendo al dominante.

Una buena pregunta, es entonces, ¿y el Padre cromosomico? Un análisis similar nos podría indicar datos similares, y el resultado es que nuestros cromosomas (sin importar el grupo étnico al que pertenecemos) tienen un ancestro universal en común, el cual es un hombre que vivió en Africa también (que no les sorprenda, ya deberían estar acostumbrados, en África sucedió todo lo relevante en nuestra evolución) hace unos 90,000 a 60,000 años. Parecerá curioso que la Madre mitocondrial y el Padre cromosomico no sean contemporáneos, pero en realidad no es cosa del otro mundo, recuerden que el ADN de las mitocondrias y el de los cromosomas se heredan de diferente forma.

Estos resultados nos muestran no solo la gran afinidad genética dentro de nuestra especie sino también la forma en la que lineas enteras se pueden extinguir para dejar una sola como dominante y eventualmente única.

adn dna mitocondria mitochondria cromosoma madre padre febrero cita primera

¿Quo Vadis? III

2011-01-30T20:08:00.010-07:00

Bién, ya vimos que los vectores pueden ser usados para describir la posición de un objeto en el espacio y que tanto los vectores como el espacio mismo tienes una serie de propiedades, en particular el hecho de poder ser de varias dimensiones.

Pero para continuar con la utilidad de los vectores. Como se vio, la dirección y sentido indican el rumbo a seguir, mientras que el tamaño del vector indica la distancia a recorrer. Pero podríamos cambiar esto y en lugar de indicar la posición de un objeto podríamos hablar acerca de su movimiento. Digamos, por ejemplo, que tenemos un cuerpo moviéndose en el espacio. La dirección a donde apunte el vector podría ser la dirección del movimiento, mientras que el tamaño de vector, en lugar de ser la distancia a un origen, puede simbolizar la velocidad a la que se esta moviendo. En este caso el vector representa la velocidad del objeto con la información completa de dirección magnitud.

Con este segundo vector, la velocidad, tenemos mas datos sobre el objeto, ya no solo sabemos donde está sino que también sabemos hacia donde va y que tan rápido. Al igual que el vector de posición, el vector de velocidad tendrá tantos componentes como dimensiones tenga el espacio. La principal diferencia entre estos dos es que el vector de velocidad no partirá desde el origen en el espacio (el punto 0,0,0 del que se traza el vector de posición) sino desde el cuerpo que posee la velocidad que describe el vector. Con este segundo vector ya se tienen 6 datos que describen la posición y conducta del cuerpo, 3 describen la posición (los componentes del vector de posición) y otros 3 la velocidad (los componentes del vector de velocidad). Pero ¿con esto es suficiente? Pensemos en un ejemplo.

Imaginemos una piedra que se arroja al aire. Con el vector de posición podemos saber donde esta en un momento dado y con el de velocidad sabremos a donde se dirige y a que ritmo cambia su posición (velocidad) y en que dirección ocurre ese cambio. Pero si lo pensamos bien, el hecho de que una piedra altere su velocidad implica que una fuerza actúa sobre ella. Pero con los dos vectores que hemos visto podemos ver esa alteración solo si tenemos ambos vectores durante todo el trayecto del cuerpo lo cual nos haría terminar con una gran cantidad de datos para describir el movimiento, 6 por cada instante.

Ejemplo de movimiento parabólico, similar al de una pelota de beisball. Se muestran los vectores involucrados, g es el vector de aceleración que en todo momento va hacia abajo

Existe una forma mas práctica de tener la información completa, introducir un tercer vector, un vector que indique como cambia la velocidad (la cual a su vez indica como cambia la posición). Este tercer vector será el vector de la aceleración. como todas las propiedades de los anteriores este vector también partirá de donde se encuentre el cuerpo y no del origen.

Con el vector de aceleración ya son tres los vectores y 9 datos los necesarios (3 por cada vector que contiene un dato por cada dimensión) para describir el movimiento de un cuerpo. Así que como vemos basta con los tres vectores para describir la totalidad de la posición y movimiento del cuerpo.

Así que los vectores son una forma ideal de describir una variedad de propiedades de un cuerpo y por lo tanto son de las entidades matemáticas más útiles. De aquí que tanto se les mencione en física. Sobre todo por que los vectores se pueden sumar, restar, multiplicar, dividir, etc, etc.

Nota: Se preguntaran si no sería mejor agregar también un vector que indique la fuerza que actúan sobre el cuerpo en lugar del vector de aceleración. Pues, en realidad es lo mismo ya que la segunda ley de Newton nos indica que la fuerza no es mas que la aceleración multiplicada por la masa. Así, ambos vectores son dos formas de mostrar lo mismo.

Esta es la primer entrada de GyF publicada desde el extranjero. Iniciada en México, continuada en Chile y editada en Argentina. Saludos desde San Juan, Argentina.

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¿Quo Vadis? II

2011-01-18T23:03:00.005-07:00

Ya vimos como designar la posición de un objeto en el espacio de forma matemática, con la entidad llamada vector. Pero mencionemos ahora algo muy importante sobre otro tema que vimos en la entrada pasada, el concepto de espacio matemático.

Como vimos, el espacio es una construcción matemática que representa el total de posiciones que puede ocupar un objeto dado. En nuestra vida cotidiana estamos acostumbrados a tratar con espacios tridimencionales. Pero esta propiedad, la tridimencionalidad, es algo que nos puede ayudar a entender algunos conceptos que se suelen tratar en física y matemáticas que no se suelen explicar mucho al público.

Empecemos con un ejemplo de un espacio mas sencillo, un espacio bidimencional, es decir un plano, como la cara de una hoja de papel. Si pueden tomen una hoja de papel y un lápiz, reproduzcan la imagen que se encuentra debajo de este párrafo. Noten que la esquina inferior izquierda es el origen mencionado en la entrada anterior,el punto desde el cual se proyecta el vector que designa la posición de un objeto o la localización de un punto en el espacio.

Espacio bidimensional, esta no es una representación si no el espacio en sí.

En los extremos inferior e izquierdo, líneas mas gruesas marcan dos de los contornos del cuadrado que representa el espacio que tratamos. Estas líneas (el análogo a las aristas del cubo de la entrada anterior) son, igual que en el ejemplo anterior, los ejes del espacio. Estos ejes son indicadores de la naturaleza del espacio que tratamos. Por ejemplo, la cantidad de ejes necesarios indica la cantidad de dimensiones del espacio. Esto nos ayuda por que nos permite entender el muy usado, abusado y poco entendido concepto de "dimensión".

En lo particular, me molesta mucho como se abusa de la palabra "dimensión" en particular (pero no exclusivamente) por los charlatanes que se pasan el rato "comunicándose con otras dimensiones" y haciendo toda clase de boberas con esas dimensiones a cambio de publicidad y algo de dinero. Así que veamos por que todo eso es un disparate. Dijimos que la cantidad de ejes representa la cantidad de dimensiones. Pero primero aclaremos algo de los ejes. Como vemos, los ejes se unen en un ángulo de 90°, claro que estricta y matemáticamente se pueden consebir espacios cuyos ejes se unan en ángulos diferentes a 90° pero no son construcciones muy útiles. Así que regresando al papel, estudiando el dibujo nos damos cuenta de que solo se pueden dibujar dos y solo dos líneas rectas que se unan a 90°, una tercer línea (que no sea paralela a alguna de las primeras dos) tendrá que tocarlas en un ángulo diferente a 90°. Pero si cambiamos las líneas por varillas, por ejemplo, podríamos poner dos en el suelo y unirlas en 90° e igual, no podríamos poner una tercera sin tener el mismo problema que en el papel, pero y si separamos esa tercer varilla del suelo? Se debe cumplir que toque el origen, donde se tocan las primeras dos varillas, pero si la tercera está "parada" sobre el suelo justo sobre ese punto (el origen) entonces habremos resulto el problema ya que se encontrará a 90° de cada una de las varillas anteriores.

Representación de un espacio tridimensional, es una representación bidimensional de un espacio tridimensional.

Aquí nos fijamos en algo interesante, para resolver el problema de colocar un tercer eje (varilla o línea) a 90° de las primeras dos nos vimos obligados a separarnos del espacio original, el plano en el suelo. Noten que en un plano, donde se pueden colocar dos ejes a 90° (a ejes separados por 90° se les llama "ejes ortogonales") se tienen también dos posibilidades de movimiento principales, siguiendo cada uno de los ejes. Cualquier otro movimiento se puede interpretar como una combinación de movimientos de los dos primeros. Y en el caso del espacio de las tres varillas, tenemos ahora la libertad de ir "arriba y abajo", es decir una nueva forma de moverse que no tiene relación con el plano en el suelo. Así que en el plano (con dos ejes ortogonales, "adelante y atrás" e "izquierda y derecha") se tienen dos formas fundamentales de movimiento, en el espacio (con tres ejes ortogonales) se tienen tres formas fundamentales de movimiento. Así que cada eje ortogonal representa una forma fundamental de movimiento, esto es una dimensión. Por lo que el plano es un espacio de dos dimensiones (bidimensional) y el cubo representa un espacio tridimensional. Noten como el movimiento en una dirección es completamente independiente de cualquier otra, es decir se puede uno mover en un eje sin moverse en el (o los) otro(s).

Regresando a la cantidad de ejes y dimensiones. ¿Que pasaría si al plano le quitamos una dimensión? Nos quedaría una sola línea y de hecho la línea es un espacio, un espacio unidimencional. Y los vectores en cada uno de estos espacios tendrán la misma cantidad de componentes como dimensiones, por lo que los vectores en un espacio tridimensional se escribirán como: (3,5,6) o (56,2,809). Mientras que los bidimensionales como (567,45) o (3,9). Y los unidimensionales serán simples números como: (4) o (8766).

Pero no tenemos por que limitarnos a tres dimensiones. Si bien es cierto que no podemos dibujar o construir un despacio de mas de tres dimensiones, matemáticamente se pueden manejar espacios de las dimensiones que uno guste, de cuatro (234,8765,2,10), cinco (87,1234,123,98,1), etc, etc. Estos espacios de mas de tres dimensiones se les llama hiper-espacios (en algunos contextos un hiperespacio es cualquier espacios de mas dimensiones que con el que estamos trabajando).

Como nota final les comentaré que mientras que mientras nosotros vivimos en un espacio tridimensional, algunas teorías, en particular la teoría de cuerdas tienen como implicaciones que existen mas dimensiones espaciales que las tres normales, hasta 11 dimensiones espaciales en total (larga historia).

Noten que les llame dimensiones espaciales, por que el tiempo se puede considerar una dimensión, una dimensión temporal en la cual nos podemos mover, curiosamente, en un solo sentido (por lo tanto no podemos viajar al pasado, el "atrás" en el tiempo) a diferente velocidad (según dicta la relatividad de Einstein).

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¿Quo Vadis? I

2011-01-16T21:05:00.015-07:00

En física una gran cantidad de cosas dependen de la posición de los objetos. La posición es importante por que uno de los aspectos que mas nos importan sobre los objetos es como se mueven, y moverse no es otra cosa que cambiar la posición. El movimiento es la base de gran parte de nuestra tecnología, ya sea el movimiento de las partículas de un gas o de electrones en un circuito, nuestro control sobre la naturaleza y todas sus aplicaciones se basan en entender la forma en la que se mueven las cosas, es decir como cambia su posición.

Ya que la posición y lo que le pase es tan importante, tener una forma de describir esa posición sería una gran herramienta. Mas aún, ya que las matemáticas son el lenguaje y la herramienta principal de la física, sería ideal que la posición se exprese de forma matemática. ¿Pero como lograrlo? Con palabras nos es fácil por que estamos acostumbrados a hablar de que tal cosa se encuentra, digamos, en la calle X número 3 entre las calles A y B. Con esto ya nos damos una idea de como llegar desde donde estamos. Así que intentemos aplicar la misma lógica a las matemáticas.

Disco de pequeños cuerpos en torno a una estrella, esta imagen no tiene relación alguna con el tema pero quería algo que llame la atención y es muy temprano para poner las importantes (ver abajo).

En primer lugar pensemos en donde estamos. Si habitamos una ciudad y damos una dirección en esa misma ciudad nos será fácil orientarnos, pero ¿y si nos dan una dirección sin decirnos de que ciudad es? Podría ser una ciudad que no conocemos, a la que nunca hemos ido, nos será bastante difícil (como en casi toda ciudad de México existe alguna calle llamada "Reforma" o "Revolución", decir "vivo en Reforma #75" sin decir la ciudad no facilita las cosas) . Por lo que lo primero es definir el lugar en general donde estamos. En términos matemáticos esto implica decir en que "espacio" nos encontramos.

Definamos primero lo que es un "espacio". Puede parecer sencillo, todos entendemos lo que es "espacio", sabemos cuando algo "no tiene espacio". Así que no nos sorprendería que definamos "espacio" como "el conjunto de todas las posiciones posibles que puede tomar un cuerpo". Si lo fuéramos a dibujar, el espacio se podría representar con un cubo, un cubo que representa la zona del movimiento del cuerpo que estamos estudiando. Y como todo cubo este tiene esquinas que tienen ángulos de 90º (esto parece obvio pero luego nos será útil recordarlo) . Bien, ya tenemos una forma de representar espacios.

Pero lo que queremos es decir donde en ese espacio se encuentra algún objeto. Digamos que un cierto cuerpo se encuentra en el espacio representado con el cubo ¿como designo a ese punto? Podría tomar a una de las esquinas como referencia (es como saber de que ciudad es una dirección) y podríamos hacer algo tan burdo como poner una flecha que sale de la esquina de referencia (que voy a llamar "0,0,0," que se lee: cero cero cero, sé que el nombre es raro pero luego me explicaré) y apunta al lugar donde está el objeto con la punta tocando ese lugar.

Tan burda técnica tiene un encanto oculto, y ese es que si nos imaginamos poner una lámpara en el lugar adecuado, la flecha proyectaría una sombra sobre cada arista (línea que une una esquina con otra) del cubo. El tamaño de esta sombra podrá darnos una idea sobre el tamaño de la flecha. Imaginen que ponemos la lámpara justo en la dirección opuesta a una arista dada (llamemosle "x"), entonces la sombra de la flecha que caiga sobre "x" será una muy buena indicación del tamaño de la flecha. Pero sin duda ya se dieron cuenta de que dos flechas de diferente tamaño podrían tener sombras iguales, por lo que si quiero distinguir bién una flecha de la otra necesito otra lámpara proyectando otra sombra sobre otra arista, a esta llamemosle "y" y ya que el cubo tiene en cada esquina tres aristas, pongamos una tercer lámpara para proyectar una sombra ahora sobre la otra arista cuyo nombre jamas adivinarán; es "z".

Cubo designando un espacio con una flecha saliendo de la esquina hasta un punto. La longitud de las "sombras" en este caso es de 2, 3 y 5.

Ok, resumiendo, tenemos un espacio representado por un cubo, dentro del cual existe un objeto cuya posición se designa con una flecha que parte de una esquina llamada 0,0,0 y que proyecta sombras sobre las aristas "x", "y" y "c". Ahora si, considerando la tres sombras no existen dos flechas distintas en ese espacio que tengan las tres sombras del mismo tamaño. Por lo tanto una buena forma de distinguir una flecha de la otra es con las medidas de sus tres sombras ¿que tal si para abreviar escribimos las longitudes de las sombras siempre en el mismo orden y separadas por comas (,) así nos evitamos escribir "la longitud de la sombra sobre la arista X es ..., la longitud de la sombra sobre ...." . Así que para una flecha que tenga sombras que miden en X, 4 cm en Y 5 cm y en Z 7 cm , a esta flecha se le podría llamar "4,5,7" y mientras que pueden existir muchas flechas en el espacio solo puede haber una 4,5,7.

Bien, todo esto esta muy bonito, pero ¿que tiene que ver con las posiciones de los cuerpos? Noten, que si en el espacio en cuestión solo puede haber UNA flecha que apunte a un lugar a tal distancia y dirección de la esquina 0,0,0, eso significa que esa posición se puede asociar o mas bien describir con la flecha 4,5,7. Por lo tanto podemos definir la posición con esa flecha, que es definible con un conjunto de números, por lo tanto de la aparentemente simple descripción de espacio como un cubo y la flechita apuntando a un lugar, ¡obtuvimos una forma matemática de expresar la posición!

Pongamos nombres matemáticos y elegantes a las cosas. A la flechita se le llama vector de posición, al cubo espacio vectorial (se entiende si le llaman simplemente espacio), a la esquina 0,0,0 se le llama origen y a las aristas que la tocan ejes.

Representación vectorial de la posición de un cuerpo en el espacio. Es la forma matemática de decir donde se encuentra algo.

Estos son los dichosos vectores que tanto lo hacen bolas a uno si no nos los explican bien. Y es una lástima que no le enseñen a uno el amor por estas entidades matemáticas pues su utilidad es impresionante. Aquí solo hemos hablado de posiciones, pero en la próxima entrada veremos que los vectores de forma impresionante-mente sencilla puede describir mas propiedades de los cuerpos.

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Calentando el Sol

2011-01-09T17:56:00.011-07:00

El estudio del Sol es una fuente muy importante por ser la estrella mas cerca y fácil de estudiar. Pero inclusive con su cercanía y considerando que el Sol tiene un diámetro de medio grado en nuestro cielo existe mucho que todavía no se conoce o entiende de él. Uno de estos misterios es la elevada temperatura de la corona solar.

Imágenes de la corona solar durante un eclipse, esta zona es tan tenue que el brillo de la superficie la hace difícil de observar.

La corona solar es la capa mas exterior del sol. La cuál, suele ser invisible ya que emite casi todo su brillo en rayos X y por lo tanto es solo visible cuando un eclipse total tapa la brillante superficie. El problema es que según la lógica, observaciones y el resto de lo que sabemos del Sol debería ser la mas fría. Desde mediados del siglo XX, cuando se entendió el funcionamiento de las estrellas, se sabe que el núcleo, donde se produce la energía, es la parte mas caliente, con unos 15 millones de grados, y que la temperatura va descendiendo hasta llegar a la fotosfera (donde escapa gran parte de la energía y que vemos como "superficie") que está a 5,800º. Por lo tanto la corona, que es mas exterior debería ser mas fría. ¡Sin embargo la temperatura medida de la corona es mucho mayor que la fotosfera!

Este problema a aludido a los astrónomos solares desde que se realizaron estas mediciones hace décadas sin lograr encontrar algún mecanismo que pueda ya sea generar la energía que caliente el gas ya estando en la corona, o que transporte esa energía desde el centro del sol. Se encontraron posibles candidatos en la estructura que se ve sobre la fotosfera. Se pensó que filamentos y jets de plasma (el material del cual esta compuesto el Sol, plasma de Hidrógeno y Helio) serían una potencial explicación. Filamentos se suelen romper y reunir, lo que podría aportar energía, y los jets transportar plasma caliente. Pero ninguna de las dos explicaciones es suficiente.

Imagen mostrando los microjets de corta duración descubierto con la sonda Hinode y que se sospecha sean los responsables de la elevada temperatura de la corona.

Pero hace unos días, gracias a la sonda Hinode que esta observando el Sol con una resolución sin precedentes se han detectado unos microjets que parecen ser el mecanismo por el cuál llega energía a la corona solar. Estos son fenómenos muy parecido a los jets clásicos pero duran tan poco tiempo que los instrumentos antiguos no los detectarían. Lo interesante es que pocos segundos después de que sale el microjet se detecta un calentamiento considerable justo en el punto en la corona bajo el cuál salio el microjet y este incremento en la temperatura si puede explicar la temperatura de la corona solar.

Sin embargo los investigadores que usaron Hinode (Bart De Pontieu et al, vean la revista Science del 7 de Enero) advierten que aun falta revisar los modelos de transporte de energía para ver como si las implicaciones de las nuevas observaciones son coherentes con lo que ya se conoce del funcionamiento del Sol. Sin duda en fechas próximas habrá nuevos anuncios a este respecto.

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Eclipse total de Luna Transmisión en vivo

2010-12-20T21:14:00.005-07:00

Tenemos el enlace con @stroTV Educación para la transmisión del eclipse total de Luna, desde Hermosillo, Sonora, México.

Galaxias y Fósiles films

y

@stroTV Educación productions

Presentan:

Eclipse total de Luna 20 de Diciembre 2010

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