Física Espacial physics.space-ph

El cúbit, el corazón de la computadora cuántica, es como una pompa de jabón: el más mínimo soplo la revienta. En la Tierra, la gravedad tira de las pompas hacia abajo, creando vibraciones, y la agitación térmica de los átomos añade temblor.

El viento solar no es un arroyo tranquilo, sino una sopa burbujeante de partículas cargadas. La sonda Parker, al sumergirse cerca del Sol, captó dos tipos de ondas que actúan como batidoras. Las ondas levógiras, como un batidor de varillas en manos de un chef, agitan la materia cuando la temperatura a lo largo y a lo ancho del movimiento difiere.

Betelgeuse es una estrella gigante a punto de explotar como supernova. Pero probablemente no está sola: una pequeña estrella compañera, Sivarkha, orbita muy cerca. Cada 2000 días atraviesa las capas exteriores de Betelgeuse como un barco cortando el agua, dejando ondas de gas caliente.

En el gas ardiente de partículas cargadas —el plasma— los campos eléctricos caóticos funcionan como un colador. La partícula lenta se rodea de una nube de cargas opuestas que atenúa el campo externo. La rápida se desprende de esa coraza y recibe un impulso.

El polvo lunar se parece a la arena gris, pero no tiene ni un sorbo de aire. El oxígeno está ahí, fuertemente unido en las rocas, como el azúcar en el caramelo. Para sacarlo, hay que romper los enlaces químicos, y los científicos buscan la forma más sencilla.

Los rayos X de las estrellas no se pueden capturar con un espejo normal: atraviesan el vidrio como la luz atraviesa una ventana. Para reflejarlos se necesita un espejo casi paralelo al haz: entonces los rayos X se deslizan por la superficie, como una piedra plana sobre el agua, y solo cambian ligeramente de dirección.

Una llamarada solar es como un disparo de un cañón gigante: expulsa una corriente de partículas cargadas al espacio. Cuando esa corriente llega a la Tierra, el campo magnético del planeta normalmente la desvía, pero en las regiones polares las partículas penetran en la atmósfera.

El 30 de marzo de 2022, dos naves espaciales — BepiColombo y STEREO-A — sintieron a la vez una onda de choque proveniente del Sol. La primera estaba a 0,6 de la distancia entre la Tierra y el Sol; la segunda, exactamente a una distancia de ese tipo.

Las naves espaciales Parker Solar Probe y Solar Orbiter vuelan cerca del Sol y miden el viento solar: la corriente de partículas cargadas que sopla constantemente desde nuestra estrella. En ese viento se encuentran quiebres bruscos del campo magnético, con forma de letra Z.

En una nube donde nacen estrellas masivas hay un núcleo denso y caliente. Como en una cocina abarrotada donde el calor de la placa hace que se evaporen los olores, aquí el calor de las estrellas jóvenes evapora moléculas de la superficie de los granos de polvo cósmico.

Dos antiguas naves, lanzadas en 1977, viajan a través del espacio interestelar, esa región donde termina la influencia del Sol. El Sol no solo brilla: expulsa continuamente un flujo de partículas cargadas que forma una burbuja gigante alrededor de nuestro sistema: la heliosfera.

En el Sol ocurren explosiones de vez en cuando que lanzan al espacio enormes nubes de partículas cargadas. Esa nube viaja hacia la Tierra y puede dejar fuera de servicio satélites, interrumpir las comunicaciones por radio e incluso dejar ciudades sin electricidad.

Cada segundo, partículas invisibles provenientes del espacio se estrellan contra la atmósfera terrestre: son los rayos cósmicos. Al chocar con las moléculas del aire, generan lluvias de partículas secundarias, entre las que abundan especialmente los muones.

El Sol a veces lanza al espacio nubes enteras de partículas cargadas. Por lo general, las más rápidas —las de mayor energía— llegan primero a la sonda, como velocistas en una carrera de larga distancia.

10 de octubre de 2024. El Sol lanzó hacia la Tierra una nube de plasma magnetizado, y cuatro naves espaciales situadas en un mismo punto entre el Sol y la Tierra registraron a la vez cómo bullía esa nube. La distancia entre las sondas extremas es de solo 80 radios terrestres, unos 500 000 kilómetros.

El Sol emite constantemente un flujo de partículas cargadas: el viento solar. Entre ellas hay muchos electrones, y algunos vuelan de regreso hacia el Sol. Pero las observaciones muestran que regresan menos electrones de los que deberían. Antes se pensaba que la culpa era del campo eléctrico del Sol, que frena las partículas.

El plasma no es solo un gas caliente, sino una mezcla de partículas cargadas que se mueven constantemente y crean campos magnéticos. Cuando el plasma hierve, estos campos se entrelazan como espaguetis en una olla hirviendo.

En un plasma donde algunos átomos permanecen neutros, las líneas de campo magnético pueden reorganizarse a diferentes velocidades. Es como dos bandas elásticas que primero están enganchadas y de repente se sueltan y se contraen, liberando energía.

En la década de 1940, mucho antes de que existieran los sensores modernos, en la Tierra ya había instrumentos que captaban partículas provenientes del espacio. Cuando ocurría una potente erupción en el Sol, esta expulsaba un flujo de partículas cargadas: partículas solares energéticas.

En 2017, una piedra cayó del cielo en la aldea india de Mukhundpura. Era un raro meteorito carbonáceo: un fragmento de material cósmico antiguo que guarda huellas del nacimiento del sistema solar. Los lugareños recogieron rápidamente los fragmentos y estos llegaron a un laboratorio.

El Sol no es una esfera tranquila. En su interior no dejan de viajar ondas, como en una campana después del golpe. Esas oscilaciones afloran a la superficie y delatan lo que ocurre en la cara oculta, invisible. Los astrónomos llevan tiempo sabiendo «escuchar» ese tañido y localizar grandes grupos de manchas.

Frente a la onda de choque que la Tierra crea en el viento solar, a veces aparecen gigantescas burbujas de gas enrarecido. Dentro de ellas, la densidad de partículas cae varias veces y los campos eléctricos comienzan a vibrar como una cuerda después de un pellizco.

Titán, la luna más grande de Saturno, está envuelto en una densa neblina anaranjada. Está compuesta por hidrocarburos y otras moléculas orgánicas que nacen cuando la luz solar descompone el metano y el nitrógeno en las capas altas de la atmósfera.

Durante ocho años seguidos, dos formas distintas de medir la temperatura de la corona solar han dado respuestas diferentes. Un instrumento, el radiotelescopio de Nançay, ve 600 mil grados. El otro enfoque, el cálculo basado en cómo se distribuye el gas con la altura, exige 1,5 millones. Ambos observan los mismos electrones, pero discrepan en un factor de 2,4.

Sobre los polos de Júpiter rugen auroras polares: allí los electrones son acelerados por campos eléctricos y se precipitan sobre las capas superiores de la atmósfera, haciendo brillar el gas. Pero no todos los electrones viajan hacia abajo.

Galileo, según la leyenda, arrojaba esferas desde la torre inclinada de Pisa para demostrar que los objetos pesados y ligeros caen a la misma velocidad. Esta ley sentó las bases de la teoría de la gravedad de Einstein. Hoy, los científicos han convertido en esa torre toda una estación espacial.

Se han encontrado anillos de polvo y hielo alrededor de lejanos cuerpos helados del tamaño de una ciudad que orbitan más allá de Neptuno. A su lado a menudo giran pequeñas lunas. Un análisis matemático mostró que la atracción de la luna hace oscilar el anillo como un columpio, obligándolo a inclinarse.

En las viejas placas fotográficas de los años 50, los astrónomos encontraron cientos de miles de destellos instantáneos. Las mediciones de brillo confirmaron que no eran defectos, sino eventos reales relacionados con la actividad solar.

La señal de radio viaja de Marte a la Tierra, pero en el camino debe atravesar un 'viento' invisible de partículas cargadas que sopla desde el Sol. Este viento, como las ondas en el agua, distorsiona ligeramente las ondas de radio.

El viento solar no es un flujo uniforme, sino más bien racheado. En su interior, los protones y los núcleos de helio no viajan a una única velocidad, sino con una dispersión, como gotas en el chorro de una manguera.

La Luna no solo cuelga en el cielo: deja tras de sí una larga cola de viento solar perturbado. El flujo de partículas cargadas del Sol rodea la esfera de piedra, y detrás de ella se forma una zona donde casi no hay partículas.

Tres satélites se dispersarán en el vacío heliocéntrico formando un triángulo de tres millones de kilómetros de lado.

Encélado es una luna diminuta de Saturno, cubierta por una gruesa corteza de hielo. Bajo ella se agita un océano salado y, en las profundidades, quizás funcione un núcleo caliente y poroso, como una esponja empapada en agua y calor. Pero, ¿cómo mirar a través de decenas de kilómetros de hielo? No hará falta perforar: se puede usar el «eco» electromagnético.

El nacimiento del universo no se parece a una explosión, sino a un atasco de tráfico. Al principio, en una diminuta fracción de segundo después del Big Bang, el espacio se expandía lentamente, como coches en un embotellamiento. Luego vino un acelerón brusco: la expansión acelerada que los cosmólogos llaman inflación.

Si metes dos termómetros idénticos en una olla con agua caliente, marcarán lo mismo, y nos tranquilizamos: la temperatura está bien medida. Pero en un gas enrarecido calentado a millones de grados, este truco deja de funcionar. Aquí las partículas casi no chocan entre sí, por lo que los electrones más rápidos se escapan, mientras que los lentos se acumulan en el centro.

La aurora boreal es como un teatro lejano: la función puede estar en marcha, pero si el espectador la ve o no depende del telón. El telón aquí son las nubes y la luz de la Luna. Antes, los pronósticos intentaban adivinar a la vez si había aurora y si las condiciones de observación eran buenas, mezclándolo todo en un mismo saco.

Una piedrecita del tamaño de una uva entra en la atmósfera casi en paralelo y cruza el cielo sin caer. Eso es exactamente lo que le ocurrió a un meteoroide de unos 45 gramos. Entró en la envoltura de aire del planeta con un ángulo tan rasante que recorrió 164 kilómetros a una altitud de 92 kilómetros, donde el aire ya es un millón de veces más tenue que en la superficie.

En el silencio del laboratorio, sobre una rejilla magnética, flota un pétalo de grafito. Esto no es solo una demostración de la magia del diamagnetismo, es una escucha del Universo. Como una araña que extiende su red para captar vibraciones del mundo invisible, esta lámina se ha convertido en una telaraña gravitacional.

El Sol es un caldero hirviente de hidrógeno y helio, donde el gas incandescente está atrapado en lazos magnéticos. Cuando los invisibles látigos magnéticos se reconectan, se libera una energía comparable a miles de millones de explosiones termonucleares. ¿Adónde va?

La paradoja del joven viento solar ha intrigado a los heliofísicos durante mucho tiempo. Las mediciones mostraron que cerca del astro los haces de protones no están borrosos, sino comprimidos, como si alguien les hubiera dado cuidadosamente la forma de una cabeza de martillo.