Embed Size (px)
Citation preview
1 batxillerat
Ciències per al Món ContemporaniJuan Fabregat LluecaJuli Peretó MagranerFernando Sapiña NavarroPedro Javier García García
Daniel Ramón VidalMónica Edwards SchachterFernando González CandelasFrancisco J. Morales Olivas
Autors
Coordinador editorialMariano García Gregorio
Els autors JUAN FABREGAT LLUECA
Doctor en Ciències Físiques. Professor d’Astronomia en l’Observatori Astronòmic de la Universitat de València. Membre de la Unió Astronòmica Internacional. Membre fundador de la Socie-tat Espanyola d’Astronomia. Ha estat investigador de la Universi-tat de Southampton (Regne Unit) i l’observatori de París (França). Ha publicat més de cent articles d’investigació en revistes espe-cialitzades que han estat citats més de mil vegades.
JULI PERETÓ MAGRANER És Professor titular del Departament de Bioquímica i Biologia
molecular i investigador de l’Institut Cavanilles de Biodiversitat i Biologia evolutiva de la Universitat de València. La seua investiga-ció se centra en l’estudi de l’origen de la vida, l’evolució del meta-bolisme i el concepte de genoma mínim. És autor o coautor de di-verses obres com Orígens de l’evolució biològica i Fonaments de Bioquímica. És assessor de la Càtedra de divulgació de la ciència de la Universitat de València, i membre numerari de la Secció de Ciències Biològiques de l’Institut d’Estudis Catalans i de diverses societats científi ques. Entre 2005 i 2008 ha estat secretari de la International Society for the Study of the Origin of Life (ISSOL-The International Astrobiology Society).
FERNANDO SAPIÑA NAVARRO És professor del Departament de Química Inorgànica i Inves-
tigador de l’Institut de Ciència dels Materials de la Universitat de València. La seua investigació està orientada al disseny de vies de síntesi de materials amb composició, microestrutura i propie-tats controlades, així com a la seua caracterització. És autor dels llibres Un futur sostenible? i El repte energètic, que van quedar fi nalistes en diferents edicions del Premi Europeu de Divulgació Científi ca General. És director de les col·leccions de llibres Sense Fronteres, Sin Fronteras i Ciència entre lletres.
PEDRO J. GARCÍA GARCÍA És Enginyer de Telecomunicació per la Universitat Politècnica
de València, i Doctor en Informàtica (amb esment europeu) per la Universitat de Castella-La Manxa. Actualment, és professor en el Departament de Sistemes Informàtics de la Universitat de Caste-lla-La Manxa, i membre de l’Institut d’Investigació en Informàtica d’Albacete. És autor de desenes de publicacions docents i científi c-tècniques, especialment en el camp de les xarxes d’interconnexió d’altes prestacions.
DANIEL RAMÓN VIDAL Daniel Ramón és doctor en Ciències Biològiques per la Univer-
sitat de València i Professor d’Investigació en l’Institut d’Agroquímica
i Tecnologia d’Aliments (IATA) del Consell Superior d’Investigacions Científi ques (CSIC). Els seus resultats tecnològics estan protegits per patents nacionals i internacionals. Ha publicat més d’un centenar d’articles en revistes internacionals de prestigi. Ha obtingut el Premi de la Societat Espanyola de Microbiologia, el Premi a la Trajectòria Científi ca de l’Institut Danone, el Premi Europeu de Divulgació Cien-tífi ca i el Premi Nacional d’Investigació Juan de la Cierva.
MÓNICA EDWARDS SCHACHTER Mónica Edwards combina la seua formació com a professora
de ciències i enginyera electrònica en tres activitats que li apas-sionen: investigar, educar i escriure. Doctora en Didàctica de les Ciències per la Universitat de València amb la tesi “L’atenció a la situació del món en l’educació científi ca” (2003), ha publicat nombrosos treballs sobre investigació en educació, sostenibilitat i usos de les TIC (especialment m-learning). Amb diverses distin-cions literàries, en l’any 2007 ha publicat el llibre “Xarxes per a la Pau”, guanyador del segon premi en el Concurs d’Assaig Manuel Castillo (patronat Nord-Sud de la Universitat de València).
FRANCISCO J. MORALES OLIVAS Francisco J. Morals Olivas, Doctor en Medicina i especialista
en Farmacologia Clínica. Professor Titular de Farmacologia de la Universitat de València. Ha estat Director del Centre de Farmaco-vigilància de la Comunitat Valenciana, Membre de la Comissió Na-cional de Farmacovigilància i Assessor de l’Agència Europea del Medicament. Responsable de l’assignatura “Medicaments i Socie-tat” en la llicenciatura de periodisme de la Universitat de València. La seua investigació actual se centra en la farmacoepidemiologia i la farmacologia pediàtrica.
FERNANDO GONZÁLEZ CANDELAS És Catedràtic del Departament de genètica de la Universitat
de València. Desenvolupa la seua tasca investigadora en l’Institut Cavanilles de Biodiversitat i Biologia evolutiva, sent les seues prin-cipals línies d’investigació l’epidemiologia molecular i evolució de poblacions de virus, evolució i sistemàtica molecular, la genèti-ca de la conservació d’espècies vegetals en perill d’extinció i la bioinformàtica aplicada a la genòmica evolutiva i comparada. És membre de la Comissió Nacional de Bioseguretat.
MARIANO GARCÍA GREGORIO Coordinador editorial de la present obra. Catedràtic de Biolo-
gia i Geologia de Batxillerat, és actualment assessor Tècnic-Pe-dagògic del CEFIRE de València. Coordinador de les publicacions de Ciències de la Natura i Biologia i Geologia de l’Editorial ECIR, té publicats més de 100 llibres de text.
Ciències per al Món Contemporani
1 batxillerat
Qualsevol forma de repro-ducció, distribució, comunica-ció pública o transformació d’aquesta obra només pot ser realitzada amb l’autorització dels seus titulars, llevat les ex-cepcions previstes per la llei. Adreceu-vos a CEDRO (Cen-tre Espanyol de Drets Repro-gràfi cs, www.cedro.org) si ne-cessiteu fotocopiar o escanejar algun fragment d’aquesta obra.
©ÉS PROPIETAT
Fotografi a: AGE Fotostock / Arxiu ECIRAgraïm a tots els autors la cessió de moltes fotografi es que apareixen en el llibre i especialment a Rosella Clemente per algunes fotografi es dels temes 13 i 14. També, a Mª Inmaculada Martínez, la foto de la Campus Party.
Il·lustració portada: mostra d’ADN de dos virus.Il·lustracions: Alfandech / Clueca
Disseny portada: Valverde IborraDisseny interior: Disseny gràfi c ECIREdició: Editorial ECIRImpressió: Indústries Gràfi ques ECIR (IGE)
Dipòsit legal: V-3377-2008ISBN: 978-84-9826-415-9
Vila de Madrid, 60 - 46988 - P. I. Font del Gerro - PATERNA (València)Tels: 96 132 36 25 - 96 132 36 55 - Mòbil: 677 431 115 - Fax: 96 132 36 05E-mail: [email protected] - http://www.ecir.com
Juan Fabregat LluecaJuli Peretó MagranerFernando Sapiña NavarroPedro Javier García GarcíaDaniel Ramón Vidal
Mónica Edwards SchachterFernando González CandelasFrancisco J. Morales OlivasMaríano García GregorioEditorial ECIR
Agraïm a Sebiot la cessió de part dels materials continguts en el CD de suport del present llibre.
sebiot
(Societat Espanyola de Biotecnologia)
PresentaciónLa Ciencia y la Técnica en la Sociedad
La incidencia de la Ciencia y de la Técnica en la vida de las personas es cada vez más importante. Cuando pones en marcha tu ordenador, consumes determinados alimentos o te vacunas contra una enfermedad, estás haciendo uso de un conjunto de descubrimientos y logros que otras personas que nos precedieron, intuyeron, descubrieron y aplicaron. La Ciencia puede apli-carse para vivir mejor, para vencer el hambre, la enfermedad, la ignorancia, en defi nitiva para hacernos más justos, solidarios y felices. Como todas las creaciones humanas, también puede ser utilizada en vertientes más oscuras.
Algo tan importante y que infl uye tanto en nuestra vidas merece ser conocido, sobre todo cuando estamos cada vez más inmersos en la sociedad del conocimiento. En una sociedad democrática en la que el conocimiento es la base de muchas ac-tuaciones, es necesario poner al alcance de todos los ciudadanos la cultura científi ca. Esta cultura científi ca se mueve en varias coordenadas algunas de las cuales debemos tener claras: La Ciencia y la Técnica.
• son creaciones colectivas, • están basadas en el raciocinio y el antidogmatismo• son un proceso vivo que genera productos continuamente• no pueden ser construidas de espaldas a la sociedad.
La asignatura
La asignatura Ciencias para el Mundo Contemporáneo pretende plantearos un conocimiento funcional de la ciencia, rigu-roso, pero alejado de formalismos que a veces no nos dejan ver el bosque. No se trata de trabajar algoritmos abstrusos ni de deducir sesudamente fórmulas para aplicarlas a continuación a problemas numéricos complejos. Antes bien, se trata de adquirir conocimientos científi cos que os permitan opinar y tomar decisiones fundamentadas sobre cuestiones en las que la Ciencia y la Técnica tienen una presencia importante y que con toda seguridad la vida os planteará en un futuro bastante próximo.
El libro
El libro que tenéis en vuestras manos ha sido concebido y realizado para desarrollar cumplidamente este propósito. Sus autores son científi cos de reconocido prestigio en la docencia y la investigación. Saben de lo que hablan porque hacen ciencia. Son también activos divulgadores de la ciencia en conferencias, publicaciones, seminarios y en diversos medios.
Los seis bloques de contenidos están desarrollados en 14 unidades o temas. Cada uno de ellos comprende.
I. El texto científi co, de naturaleza expositiva y argumentativa como corresponde al planteamiento de cuestiones científi cas, con ilustraciones ad hoc. Constituye el núcleo en torno al cual se organizan:
- Ampliaciones que, sin ser estrictamente necesarias para entender el discurso, son de gran interés.
- Términos clave, defi nidos para recordar conceptos que se trabajan en una posición central.
- Referencias www, seleccionadas para abrir el mundo de las TIC y permitir abordar aspectos novedosos sobre lo tratado.
- Actividades inmediatas para comprobar, in situ, la comprensión del texto.
II. Resumen de las ideas básicas expuestas en el tema.
III. Actividades de autoevaluación, graduadas en tres niveles de difi cultad.
IV. Lo que dicen los medios, noticias de prensa sobre la problemática desarrollada.
V. Documentos fi nales, que pueden ser Documentos para el debate o Estudio de casos.
Constituyen el elemento clave sobre el que proyectaréis lo aprendido sobre el tema, realizando debates, discusiones, con-traste de opiniones y acuerdos fundamentados sobre problemas de interés vital o sobre cuestiones básicas en las relaciones Ciencia, Técnica y Sociedad.
Confi amos en que este libro os enseñe a conocer la verdadera naturaleza de la ciencia, sus posibilidades y limitaciones y os capacite para tomar decisiones libre e inteligentes en una sociedad democrática en la que cada vez es más determinante el conocimiento.
PresentacióLa Ciència i la Tècnica en la Societat
La incidència de la Ciència i de la Tècnica en la vida de les persones és cada vegada més important. Quan engegues el teu ordinador, consumeixes determinats aliments o et vacunes contra una malaltia, estàs fent ús d’un conjunt de descobriments i assoliments que altres persones que ens van precedir, van intuir, van descobrir i van aplicar. La Ciència pot aplicar-se per a viure millor, per a vèncer la fam, la malaltia, la ignorància, en defi nitiva per a fer-nos més justos, solidaris i feliços. Com totes les crea-cions humanes, també pot ser utilitzada amb fi nalitats més fosques.
Quelcom tant important i que infl ueix tant en la nostra vides mereix ser conegut, sobretot quan estem cada vegada més im-mersos en la societat del coneixement. En una societat democràtica en la qual el coneixement és la base de moltes actuacions, és necessari posar a l’abast de tots els ciutadans la cultura científi ca. Aquesta cultura científi ca es mou en diverses coordenades algunes de les quals hem de tindre clares: La Ciència i la Tècnica.
• són creacions col·lectives,• estan basades en el raciocini i l’antidogmatisme,• són un procés viu que genera productes contínuament,• no poden ser construïdes d’esquena a la societat.
L’assignatura
L’assignatura Ciències per al Món Contemporani pretén plantejar-vos un coneixement funcional de la ciència, rigorós, però allunyat de formalismes que de vegades no ens deixen veure el bosc. No es tracta de treballar algorismes abstrusos ni de deduir sensatament fórmules per a aplicar-les a continuació a problemes numèrics complexos. Sinó que, es tracta d’adquirir coneixements científi cs que us permeten opinar i prendre decisions fonamentades sobre qüestions en les quals la Ciència i la Tècnica tenen una presència important i que amb tota seguretat la vida vos plantejarà en un futur bastant pròxim.
El llibre
El llibre que teniu a les vostres mans ha estat concebut i realitzat per a desenvolupar complidament aquest propòsit. Els seus autors són científi cs de reconegut prestigi en la docència i la investigació. Saben de què parlen perquè fan ciència. Són també actius divulgadors de la ciència en conferències, publicacions, seminaris i en diversos mitjans.
Els sis blocs de continguts estan desenvolupats en 14 unitats o temes. Cadascun d’ells comprèn.
I. El text científi c, de natura expositiva i argumentativa com correspon al plantejament de qüestions científi ques, amb il·lustracions ad hoc. Constitueix el nucli al voltant del qual s’organitzen:
- Ampliacions que, sense ser estrictament necessàries per a entendre el discurs, són de gran interés.
- Termes clau, defi nits per a recordar conceptes que es treballen en una posició central.
- Referències www, seleccionades per a obrir el món de les TIC i permetre abordar aspectes nous sobre el tractat.
- Activitats immediates per a comprovar, in situ, la comprensió del text.
II. Resum de les idees bàsiques exposades en el tema.
III. Activitats d’autoavaluació, graduades en tres nivells de difi cultat.
IV. El que diuen els mitjans, notícies de premsa sobre la problemàtica desenvolupada.
V. Documents fi nals, que poden ser Documents per al debat o Estudi de casos.
Constitueixen l’element clau sobre el qual projectareu allò aprés sobre el tema, realitzant debats, discussions, contrast d’opinions i acords fonamentats sobre problemes d’interés vital o sobre qüestions bàsiques en les relacions Ciència, Tècnica i Societat.
Confi em que aquest llibre vos ensenye a conèixer la veritable natura de la ciència, les seues possibilitats i limitacions i vos capacite per a prendre decisions lliures i intel·ligents en una societat democràtica en la qual cada vegada és més determinant el coneixement.
batxilleratEstructura del llibre de l’alumne
Doble pàgina amb una imatge gran motivado-ra i exemplifi cadora dels continguts del tema. Un text d’introducció on s’estableixen els con-tinguts bàsics i principals del tema. A més, un índex dels continguts.
Desenvolupament de la unitat
Desenvolupament dels continguts en for-ma expositiva i argumentativa acompanyada d’abundants il·lustracions, moltes d’elles pro-pietat dels autors.En barra lateral:• Ampliacions sobre aspectes d’interés ex-
posats en el desenvolupament dels contin-guts.
• Terme clau: defi nicions de conceptes fona-mentals.
• Pàgines www per a aprofundir mitjançant les TIC sobre les Ciències del Món Con-temporani.
• Activitats, d’aplicació immediata.
Resum
Esquema conceptual il·lustrat que estableix les relacions entre els diferents conceptes desenvolupats en el tema.
Estudi d’un cas / Document per al DebatConstitueixen un element clau en l’estructura del llibre. Estan pensats per a aplicar allò que s’aprèn mitjançant la realització de debats i discussions, i centrades en aspectes fona-mentals de la Ciència i les relacions d’aquesta amb la Tècnica i la Societat.
Activitats fi nals / El que diuen els mitjansActivitats fi nals Activitats fi nals de síntesi amb tres nivells de difi cultat marcades per tres colors diferents: roig, les més difícils; blau, difi cultat mitjana; verd, més fàcils.
El que diuen els mitjansUn exemple del debat social que apareix al mitjans de comunicació referit als continguts tractats en la unitat.
L’L’Univers Univers ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... 14141 La ciència de l’Univers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Un Univers relativista . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 La gran explosió . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 La llum de l’origen del Cosmos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 L’Univers accelerat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
JUAN FABREGAT
2 Les Les estrelles, els planetes i la vidaestrelles, els planetes i la vida ................................... ................................... 3434 JUAN FABREGAT
El naixement de les estrelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 La formació dels planetes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 La vida de l’estrella . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
La La vida en canvi permanentvida en canvi permanent .......................................................... .......................................................... 56563 FERNANDO GONZÁLEZ I JULI PERETÓ
Idees sobre la diversitat biològica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Darwin i l’origen de les espècies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 L’arbre de la vida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Evolució i extinció. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Els debats i les proves de l’evolució . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Evolució i societat. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
De De la Química a la Biologia la Química a la Biologia ...................................................................................................................... 80804 JULI PERETÓ I FERNANDO GONZÁLEZ
Cronologia general de la història de la vida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 De la química prebiòtica a l’avantpassat comú universal . . . . . . . . . . . . . 84 L’evolució dels microorganismes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 L’origen de la cèl·lula eucariota . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 L’evolució de la complexitat des del Cambrià . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 L’evolució humana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
El nostreEl nostre lloc en l’Univers lloc en l’Univers
5Viure Viure més, viure millormés, viure millor
Clonació Clonació ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... 1221226 DANIEL RAMÓN
DANIEL RAMÓN
La revolució genètica La revolució genètica .............................................................................. .............................................................................. 100100
FRANCISCO J. MORALES OLIVAS
LaLa salut i els factors dels quals depèn salut i els factors dels quals depèn ...................... ...................... 1381387
L’ús racional dels medicaments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Recomanacions per a l’ús dels medicaments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 L’automedicació . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 Trasplantaments i solidaritat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 Els condicionaments de la investigació mèdica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 La sanitat en els països en vies de desenvolupament . . . . . . . . . . . . . . . 170
L’ús racional dels medicaments L’ús racional dels medicaments ........................................... ........................................... 1581588 FRANCISCO J. MORALES OLIVAS
La reproducció sexual dels mamífers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 Noves tècniques de reproducció . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Les cèl·lules mare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
La salut i els factors que la condicionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 Valoració de l’estat de salut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Les malalties: les malalties transmissibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Les malalties no transmissibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Els estils de vida saludables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
Com funcionen les cèl·lules. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 De Mendel als transgènics: la revolució genètica . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Aplicacions de l’enginyeria genètica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Què tenen de nou els transgènics? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Riscos i benefi cis de l’enginyeria genètica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 El genoma humà i els altres genomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Cap aCap a una gestió sostenible del Planeta una gestió sostenible del Planeta
Noves Noves necessitats, nous materialsnecessitats, nous materials
Medi ambient, desenvolupament humà i canvis globals . . . . . . . . . . . . . . 178 La nostra petjada ecològica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 Els recursos del planeta diuen prou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Què fer amb la producció de residus? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 Contaminació i altres impactes ambientals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Els canvis en el clima global . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 Viure en la societat del risc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
MONICA EDWARDS
MONICA EDWARDS
Els orígens de la preocupació pel deteriorament mediambiental . . . . . . . . 202 Els lents avenços en el camí de la sostenibilitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 Sostenibilitat: dimensió i principis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 Construint una nova cultura de la sostenibilitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 La Carta de la Terra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
FERNANDO SAPIÑA
Els materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 Els materials al nostre voltant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 Classifi cant els materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 Materials estructurals i materials funcionals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 Relació composició-estructura-propietats-processat. . . . . . . . . . . . . . . . 225 El regne del silici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 Emmagatzematge magnètic d’informació . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 Fibra òptica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 Biomaterials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 Nanomaterials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
LaLa humanitat davant els canvis globals humanitat davant els canvis globals .................... .................... 1761769
ElEl camí cap a la sostenibilitat camí cap a la sostenibilitat ........................................................................................................ 20020010
11 Del Del destral a la fi bra òptica destral a la fi bra òptica ........................................................ ........................................................ 216216
Ecologia industrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 Recursos renovables i no renovables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 Materials obtinguts de recursos renovables: paper i cartó . . . . . . . . . . . . 242 Materials obtinguts de recursos no renovables: els metalls . . . . . . . . . . . 244 Limitacions en el subministrament de producció de materials . . . . . . . . . . 246 Manufactura de productes i consum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 El fi nal del cicle de la vida dels productes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 Laimportància del disseny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
FERNANDO SAPIÑA
EcEcologia industrialologia industrial ...................................................................... 23812
El veïnatge universal. De la societat de la informació a la societat del coneixement
PEDRO J. GARCÍA
OrOrdinadors i comunicaciódinadors i comunicació ............................................................... 25613 Representació de la informació . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 Què és un computador? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 Estructura d’un computador digital . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 Tecnologies de la comunicació . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
PEDRO J. GARCÍA
Què és Internet? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 Com s’accedeix a Internet? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 Com s’identifi quen els ordinadors connectats a Internet?. . . . . . . . . . . . . 279 Com “viatgen” les dades en Internet fi ns al seu destí? . . . . . . . . . . . . . . 280 Serveis d’Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 Seguretat i privacitat en Internet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 Dimensió social d’Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
InInternet. El món interconnectat .............................................. 27414
1
El nostre lloc en l’Univers
L’Univers«Dues coses omplin l’ànim d’admiració i respecte, sempre nous i creixents com amb més freqüència i aplicació s’ocupa d’elles la re-fl exió: el cel estrelat sobre mi i la llei moral en mi» (I. Kant, Crítica de la raó pràctica [Kritik der praktischen Vernunft])
El coneixement de la natura sempre ha ocupat el pensa-ment humà. En totes les èpo-ques la Humanitat ha trac-tat de conéixer i dominar el seu entorn més immediat, el seu medi ambient, perquè d’aquesta manera facilitava la seua supervivència i millorava la seua qualitat de vida.
Però també ha tractat d’enten-dre la natura en el seu conjunt, l’Univers, i de comprendre el seu lloc en ell. Des dels orígens de la civilització, totes les cul-tures han proposat represen-tacions de l’Univers i interpre-tacions del seu lloc en l’ordre del cosmos. De tipus religiós o mitològic en l’antiguitat i des d’un punt de vista científi c després. El recorregut històric per totes les imatges de l’Uni-vers que s’han anat succeint és apassionant.
La ciència actual té la seua pròpia interpretació de com és l’Univers. La nostra idea del cosmos s’ha anat construint al llarg dels últims cent anys, re-colzant-se en teories científi -ques noves i en descobriments astronòmics.
La visió actual ens presenta un Univers gegantí, ordenat i en contínua evolució, relativa-ment jove, amb un passat tur-bulent i un futur incert. El nos-tre planeta Terra, el nostre Sol, la nostra Galàxia, tot el que constitueix el nostre entorn més immediat no és més que una minúscula fracció en la im-mensitat d’aquest cosmos.
El recent avenç en les tècni-ques d’observació astronòmica
ha donat lloc a descobriments inesperats, que obliguen a re-plantejar el nostre model de l’Univers. En els pròxims anys, idees molt establides sobre la natura del cosmos s’hauran de revisar, i potser veurem també canvis importants en les teories físiques. Hem d’estar preparats per a assistir en breu a un dels moments estel·lars de la His-tòria de la Ciència.
1. LA CIÈNCIA DE L’UNIVERS 2. UN UNIVERS RELATIVISTA 3. LA GRAN EXPLOSIÓ 4. LA LLUM DE L’ORIGEN DEL COSMOS 5. L’UNIVERS ACCELERAT
RESUMACTIVITATSEL QUE DIUEN ELS MITJANS:Els astrònoms detecten el cataclisme còsmic més llunyà registrat fi ns ara
DOCUMENTS PER AL DEBATL’exploració de l’espai
L’univers
El nostre lloc en l’Univers16
Sol
Venus
Lluna
Mart
Júpiter
Saturn
Terra
Mercuri
Esf
era
d’es
trelle
s fixes ★ ★★
★★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★★
★★★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★★
★
Lluna
Mercuri
VenusSol
Mart
Júpiter
Saturn
Terra
Esf
era
d’es
trelle
s fixes ★ ★★
★★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★★
★★★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★
★★
★
1. La ciència de l’Univers1. La ciència de l’Univers
Model geocèntric de l’Univers
L’Astronomia és una ciència de la natura. L’àmbit del seu estudi és tot el que es troba més enllà de l’atmosfera de la Terra. Aquest estudi és complet, ja que s’ocupa tant de la natura dels objectes que poblen l’espai –els astres– com dels processos físics i químics que hi tenen lloc, dels moviments i les seues causes, i de molts altres aspectes.
La Cosmologia és la part de l’Astronomia l’objecte d’estudi de la qual és l’Univers. Anomenem Univers al conjunt de tot el que és ob-servable i mesurable, de tot allò del que ens arriba alguna informació, i que per tant podem estudiar de manera científi ca. La Cosmologia s’ocupa de proporcionar-nos una descripció de com és l’Univers en a l’actualitat, com fou en el passat i quin serà el seu futur.
El coneixement de l’Univers sempre ha preocupat el pensament humà. Totes les cultures han proposat una interpretació del cosmos, de tipus religiós o mitològic primer, i des d’un punt de vista científi c després. Encara que l’estudi de totes les visions de l’Univers que s’han anat succeint és apassionant, en aquest tema ens centrarem a descriure la imatge del cosmos que la ciència actual ens proposa.
En l’actualitat, com en èpoques passades, també tenim la nostra idea de com és l’Univers.
El model actual és conegut pels científi cs com a «model estàndard», i també a un nivell més popular com a model del «big bang», en anglés, o model de la «gran explosió» en valencià. Abans d’abordar la seua descripció cal tindre en compte una de les seues característiques fona-mentals, que cal entendre bé per a comprendre-ho de manera global i sense contradiccions. El model estàndard és un model relativista.
Model heliocèntric de l’Univers
1.2. El pas del model geocèntric al model heliocèn-tric (revolució copernicana) va suposar un dels majors avenços en el pensament científi c en totes les èpo-ques.
1.1. “Per als xinesos, el cel és hemisfèric i la Terra és quadrangular; per això desco-breixen en les tortugues una imatge o model de l’Univers” J.L. Borges.
a
b
L’Univers 17
La Teoria de la Relativitat
El model del «big bang» es va desenvolupar en el context de la Teoria de la Relativitat proposada per Albert Einstein entre el 1905 i el 1916. La Relativitat és una teoria física, una teoria que explica la natura i el seu comportament. Com totes les teories físiques modernes, la rela-tivitat es construeix a partir d’un conjunt de principis o lleis. Aquestos principis no es poden demostrar, s’accepten com a punt de partida per a construir la teoria. Els desenvolupaments de la teoria que obtenim a partir dels principis ens permeten fer prediccions sobre el comporta-ment de la natura. Per a comprovar que aquestes prediccions són cer-tes, fem experiments, en els quals esperem que els resultats siguen els que prediu la teoria. Si és així, concloem que el nostre punt de partida és correcte, que els principis de la teoria ens proporcionen una bona descripció de la natura. A les teories científi ques que es construeixen d’aquesta manera les anomenem ciències experimentals.
La primera ciència experimental moderna és la física de Newton. Es basa en tres principis, coneguts com les Lleis de Newton: el prin-cipi d’inèrcia, la relació entre força i moviment, i el principi d’acció i reacció. El desenvolupament d’aquestos principis ens permet predir el comportament de la natura. Per exemple, de les lleis de Newton podem deduir les lleis de conservació: conservació de l’energia, conser-vació del moment lineal, del moment angular. Podem, a continuació, plantejar experiments per a comprovar si aquestes lleis de conservació es compleixen. Si comprovem que totes les prediccions es compleixen, concloem que el punt de partida, en aquest cas les tres lleis de Newton, són certes, i per tant la física de Newton ens proporciona una bona descripció de la natura.
Newton va presentar la seua teoria física el 1687 amb la publicació del llibre Principis matemàtics de la fi losofi a natural. Durant més de dos segles els successius desenvolupaments i experiments van anar de-mostrant la validesa de la teoria. No obstant això, cap al fi nal del segle XIX, el desenvolupament de la física havia posat de manifest fenòmens difícilment explicables en el context de la teoria. Per exemple, la radia-ció electromagnètica dels cossos calents o l’òrbita del planeta Mercuri al voltant del Sol.
Aquestos problemes van posar de manifest que la física de Newton no era capaç d’explicar la natura en tots els casos i condicions. Això va desencadenar un procés, que va concloure al principi del segle XX, amb l’enunciat de dues noves teories físiques capaces de descriure correcta-ment la natura en les condicions extremes en què la física de Newton comença a fallar. La Física Quàntica descriu la natura en el límit de les energies molt altes, i la Teoria de la Relativitat en el de les velocitats molt altes. És aquesta última la que estudiarem per les seues implica-cions en el coneixement de l’Univers.
2.2. Albert Einstein, creador de la Teoria de la Re-lativitat. Fotografi a presa per O. J. Turner a Prince-ton, el 1947.
2. Un Univers relativista2. Un Univers relativista
Ampliació
Les Lleis de NewtonPrincipi d’inèrcia: Qualsevol cos manté el seu estat de repòs o de moviment rectilini i unifor-me si no actua sobre ell cap força ex-terior.Principi de la dinàmica: Una força que actua sobre un cos li comunica una acceleració proporcio-nal a la massa del cos.Principi d’acció i reacció:Quan un cos exerceix una força so-bre un altre, el segon exerceix al seu torn una força sobre el primer, de la mateixa intensitat i direcció, però de sentit oposat.
2.1. Conservació del moment angular.
El nostre lloc en l’Univers18
Termes clau
Gravetat: És la força que fa que dos cos-sos s’atraguen mútuament. La intensitat de la força depén de la massa dels cossos. La gravetat és una força de llarg abast, que ac-tua a grans distàncies. És l’única força cone-guda present a gran escala en l’Univers.
La Teoria de la Relativitat també es basa en tres principis fonamen-tals, però diferents de les Lleis de Newton. El primer es coneix com a principi de relativitat, i ens diu que les lleis de la física són les mateixes en tots els sistemes inercials. Sistemes inercials són els que estan en repòs o es mouen a velocitat uniforme, sense acceleració, uns respecte als altres. En tots ells es compleixen les mateixes lleis, i cap pot ser con-siderat com a referència absoluta.
El segon principi és la constància de la velocitat de la llum: la velo-citat de la llum és sempre la mateixa, independentment de l’estat de moviment del sistema des del qual fem el mesurament. Aquest enun-ciat és incompatible amb la física de Newton, i posa en relleu que la Relativitat ens proposa una física nova. Per exemple, considerem dos rajos de llum en la direcció del moviment de la Terra, un en el mateix sentit i un altre en sentit contrari. D’acord amb la física de Newton apliquem la composició de les velocitats. Al raig que ve en el sentit contrari al moviment de la Terra li mesurarem una velocitat que serà la seua pròpia més la velocitat de la Terra. Al raig que viatja en el ma-teix sentit li mesurarem una velocitat que serà la seua pròpia menys la de la Terra. No obstant això, segons la Teoria de la Relativitat això no serà així. Als dos rajos de llum els mesurarem exactament la mateixa velocitat, tant al que viatja en el sentit de la Terra com al que ho fa en sentit contrari.
Un experiment d’aquest tipus va ser realitzat per Michelson i Mor-ley el 1887. El seu resultat va ser el que prediu la Relativitat, la veloci-tat dels dos rajos és la mateixa. Per tant és la Relativitat la que millor descriu el comportament de la natura en aquest cas, en un lloc on la física de Newton falla.
El tercer principi es coneix com a principi d’equivalència. L’enunciem de la manera següent: l’efecte que un camp gravitatori exerceix sobre un sistema físic és equivalent a l’efecte que suposaria sotmetre aquest sistema a un moviment accelerat. Del principi d’equivalència es dedueix un resultat sorprenent: la presència d’un camp gravitatori és capaç de corbar els rajos de llum.
Per a il·lustrar-ho gràfi cament, en la fi gura veiem un habitacle tan-cat, per exemple l’interior d’un coet. D’una de les seues parets fem eixir un raig làser. Quan el coet està lliure en l’espai, en repòs, el raig impacta en la paret oposada, a la mateixa altura que el punt d’eixida. Però si el coet està pujant amb una gran acceleració, a velocitats com-parables a la de la llum, mentre el raig es desplaça pel seu interior el coet es mou, de manera que el raig impacta en la paret oposada en un punt més baix del que va eixir, seguint una trajectòria corbada. Si ara apliquem el principi d’equivalència, que ens diu que l’efecte d’un camp gravitatori és exactament igual al de l’acceleració del sistema, concloem que en presència de la gravetat la llum també es corbarà.
2.3. Principi d’equivalència: a) el coet sura lliure-ment en l’espai, i l’astronauta fa el mateix en el seu interior. b) El coet accelera. L’astronauta està pegat al terra. c) El coet està sobre un astre. La seua gravetat atrau l’astronauta al terra.
L’Univers 19
La matèria i l’espai
La força de gravetat la produeix la presència de massa. Són les grans masses, els astres com el Sol i la Terra, les que atrauen els cossos que es troben en les seues proximitats. La presència de massa fa també que la llum seguisca trajectòries corbades. Ara bé, la llum sempre recorre el camí més curt entre dos punts. En un espai pla, la distància més curta sempre és una recta. Si la llum segueix una trajectòria corba, vol dir que l’espai en què es mou no és pla, és corb. La presència de massa el que fa és corbar l’espai.
Les característiques de l’espai, la seua geometria, depenen per tant de la distribució de les masses que hi ha. La matèria i l’espai estan per tant units, relacionats. Però la teoria de la relativitat encara va a més: aquesta unió és tan estreta que fa que l’espai depenga de la matèria, és a dir, sense matèria no hi ha espai. Hi ha espai només quan hi ha ma-tèria. Aquest fet és crucial per a entendre el model del «big bang».
En el desenvolupament de la Teoria de la Relativitat Einstein va proposar equacions que relacionaven la forma de l’Univers, la seua geometria, amb la quantitat i distribució de matèria i energia. La solu-ció de les seues equacions va presentar un resultat que va sorprendre el mateix Einstein: l’Univers era dinàmic, és a dir, estava en evolució, no era estàtic. O bé estava en expansió o bé en contracció. Einstein, que pensava que l’Univers havia de ser sempre igual, no va acceptar com a vàlid el resultat de les seues equacions, i les va modifi car perquè donaren com a resultat un Univers estàtic. Però les observacions as-tronòmiques van demostrar que s’equivocava...
2.5. a) La presència de mas-sa corba l’espai. b) En un es-pai corbat, els rajos de llum també segueixen trajectòries corbes.
www Notícies del cosmos: www.uv.es/obsast/es/divul/noticias/in-dex.html Recopilació de notícies de diverses fonts, en castellà.
2.4. a) El coet sura en l’espai. El raig de llum es manté recte. b) Si el coet accelera, l’astronauta veu com es corba el raig de llum. c) La gravetat corba el raig de llum.
a
b
El nostre lloc en l’Univers20
3. La gran explosió3. La gran explosió
Universos illa
Al principi del segle XX una qüestió que havia ocupat els astrònoms durant més de cent anys encara estava sense resoldre. Se centrava en alguns objectes celestes, les nebuloses, la natura de les quals era objec-te de debat. En aquella època es pensava que l’Univers era el que ano-menem Galàxia, o Via Làctia, un conglomerat gegantí de més de cent mil milions d’estrelles, en forma de disc i amb un grandària de cent mil anys llum de diàmetre. Se l’anomenava també l’«univers-illa», en ser considerada com una illa d’estrelles en el mar buit que es creia que era l’Univers exterior. Les nebuloses, anomenades així pel seu aspecte difús, com de núvol, es consideraven components de la Galàxia. Alguns científi cs proposaven que podrien ser sistemes solars en formació, el seu aspecte de disc girant pareixia donar suport a aquesta interpreta-ció. Uns altres astrònoms, no obstant això, sostenien que les nebuloses eren en realitat galàxies gegants com la nostra, com la Via Làctia. Si aquest era el cas, havien d’estar molt allunyades, a aquesta distància les estrelles que les componen no es podien veure per separat, i d’ací l’aspecte nebulós.
Un fi ta important per a la resolució del dilema va ser la posada en marxa el 1917 del gran telescopi Hooker en la muntanya Wilson, a Ca-lifòrnia. Amb el seu espill de vidre de dos metres i mig de diàmetre era amb diferència el més potent de la història. Edwin Hubble i els seus col·laboradors van utilitzar el gran telescopi per a observar les nebulo-ses. Van poder reconéixer que efectivament estaven formades per es-trelles. En una d’elles, la gran nebulosa d’Andròmeda, Hubble va poder calcular la seua distància a partir de l’estudi de les estrelles variables que va identifi car al seu interior. La distància que va trobar era de 900.000 anys llum, molt superior a la grandària de la Galàxia. Hui sabem que les distància real és molt major, de 2,5 milions d’anys llum. Andròmeda estava per tant fora de la Via Làctia, era una galàxia tan gran o més que la nostra. I el mateix succeïa per a la gran majoria de les nebuloses cone-gudes, eren universos-illa, galàxies exteriors. Des de llavors ja no se les anomena nebuloses, sinó galàxies, com la gran galàxia d’Andròmeda.
Aquest descobriment va resultar un fi ta en la història de la Cosmolo-gia. L’Univers era moltíssim més gran del que es pensava. No es limitava a la nostra Galàxia, sinó que era molt més extens, i estava format per un gran nombre, milions de milions, de galàxies com la nostra. Aquestes galàxies constituïen els seus elements fonamentals, les rajoles amb les quals està construït el cosmos.
Termes clau
Galàxia: Les galàxies són els elements es-tructurals de l’Univers, les «rajoles amb què l’Univers es construeix» per dir-ho en llen-guatge metafòric. L’Univers a gran escala és un Univers de galàxies. En conté molts milions de milions. Cada galàxia al seu torn conté milers de milions d’estrelles, amb els seus planetes, a més de núvols de gas.
wwwwww.caha.es/index.php?lang=esObservatori de Calar Alto, a Almeria www.esa.int/esaCP/Spain.htmlNotícies de l’Agència Espacial Europea
3.1. Galàxia d’Andròmeda a uns 2,5 milions d’anys llum (J. L. Lamadrid i V. Peris).
www.eso.org/public/outreach/press-relNotícies de l’Observatori Europeu de l’hemisferi Sud (en anglés)www.nasa.gov/news/index.htmlNotícies de la NASA (en anglés)
L’Univers 21
L’Univers en expansió
Però Hubble encara va realitzar un altre descobriment fonamen-tal. Va observar que totes les galàxies s’estan allunyant de la nostra. A més, com més llunyana està una galàxia, més de pressa s’allunya de nosaltres. Què té de particular la Via Làctia perquè totes les altres galàxies li fugen, com més de pressa millor? Res. En realitat no són les altres galàxies les que s’allunyen de la nostra, sinó que totes s’allunyen les unes de les altres. El nostre Univers està en expansió, les distàncies entra les galàxies augmenten a mesura que passa el temps. En aquesta situació, des de qualsevol galàxia s’observa les altres allunyar-se, sense que la galàxia des de la qual s’observa tinga cap particularitat. Aquest efecte el podem il·lustrar amb l’exemple d’un globus –que representa l’Univers– sobre el qual apeguem uns trossets de paper –les galàxies–. En unfl ar el globus, els paperets s’allunyen uns d’altres, i des de qual-sevol d’ells pareix que són tots els altres els que retrocedeixen a major velocitat com més llunyans estiguen.
L’expansió no sols afecta la matèria, les galàxies, que s’allunyen les unes de les altres. També afecta la radiació. La llum participa de l’expansió de l’Univers. En viatjar per un Univers que es va fent més gran, la seua longitud d’ona augmenta al mateix ritme amb el qual s’expandeix l’espai. Per això la llum es fa cada vegada més roja. Quan observem una galàxia llunyana, la veiem tal com era en el passat, per-què la llum es desplaça a una velocitat fi nita, i ha tardat temps a arri-bar a l’observador. Aquesta llum va començar a viatjar en el passat, i en el seu viatge fi ns al present ha participat de l’expansió, ha augmentat la seua longitud d’ona, s’ha enrogit. Com més llunyana està la galàxia que observem, més enrogida arriba la seua llum. Aquest fenomen s’anomena desplaçament o corriment al roig, i és allò que li va perme-tre a Hubble adonar-se que les galàxies s’allunyen.
Així, les equacions d’Einstein havien donat amb el resultat correc-te, malgrat els inconvenients del seu autor. Les observacions van de-mostrar que l’Univers és dinàmic, és un Univers en expansió. Com a conseqüència, l’Univers és cada vegada més gran. Cosa que vol dir que en el passat era més xicotet. Si extrapolem a un passat cada vegada més llunyà, l’Univers era cada vegada més xicotet, fi ns que ja no ho podia ser més, estava concentrat en un sol punt, indefi nidament xi-cotet. D’aquest raonament sorgeix la idea que l’Univers va començar amb una explosió, que va donar lloc a l’Univers actual en expansió. El nom de model de la «Gran Explosió» («Big Bang» en anglés) el va encunyar l’astrònom Fred Hoyle, de manera despectiva, ja que ell mai no va creure en la veracitat d’aquest model. No obstant això és aquesta denominació la que el designa habitualment, tot i que els cosmòlegs també es refereixen a ell com a «model estàndard».
3.2. Model senzill per a explicar l’expansió de l’Univers. Qualsevol moneda, en unfl ar el globus s’allunya de totes les altres.
3.3. Model que explica que el «corriment al roig» que s’observa en la llum que ens arriba de les galàxies és d’origen cosmològic (i no es deu, com erròniament s’ha dit a vegades, a l’efecte Doppler).
a
b
c
a
b
c
El nostre lloc en l’Univers22
Matèria fosca
L’Univers, per tant, va tindre el seu origen en el passat, en la gran explosió. Per a saber quin serà el seu futur necessitem conéixer amb cert detall el seu contingut. Després de l’explosió, que és la causa de l’actual expansió, l’única força que actua en l’Univers a gran escala és la força de la gravetat. La gravetat fa que les galàxies s’atraguen les unes a les altres, i per tant s’oposa a l’expansió. En conseqüència, aquesta expansió hauria de ser cada vegada més lenta. Arribarà la gravetat a frenar l’expansió? Això depén de com siga de forta la gravetat, cosa que al seu torn està relacionada amb la quantitat de matèria que hi ha en l’Univers, amb la densitat de matèria.
Si la densitat és gran, la força de gravetat serà molt intensa, i po-dria arribar a frenar l’expansió. Si l’expansió es deté, com que la gra-vetat continua actuant, les galàxies s’atrauran les unes a les altres, i co-mençarà una contracció. L’Univers es farà cada vegada més xicotet fi ns que tota la matèria torne a concentrar-se en un punt, com en l’origen. Podria donar-se el cas que aquest punt al seu torn tornara a explotar, donant lloc a un nou «Big bang» i a un nou Univers en expansió, que al seu torn es tornaria a detindre i contraure, de manera cíclica. A aquest model l’anomenem «Univers oscil·lant».
Al contrari, si la densitat de l’Univers no és prou perquè la gravetat frene l’expansió, llavors l’Univers s’expandirà per sempre, serà cada vegada més gran, indefi nidament. Hi ha un cas límit, aquell en què la densitat de l’Univers és la justa perquè l’expansió es frene en un temps infi nit. A aquesta densitat se l’anomena densitat crítica, i faria que l’Univers estiga també sempre en expansió, però cada vegada més lenta i tendint asimptòticament a detindre’s.
D’aquesta manera, si la densitat de l’Univers actual és superior a la crítica, l’expansió es detindrà i seguirà una contracció. Si és igual o inferior a la crítica, l’expansió continuarà per sempre. Per a saber quin d’aquestos casos es correspon al futur real, cal mesurar la densitat de matèria en l’Univers. A aquest interés es dediquen els astrònoms des dels anys 50 del segle passat.
Hi ha diverses maneres de mesurar la densitat de l’Univers. La més immediata és mesurar la quantitat de matèria brillant, la matèria que veiem en forma de galàxies i del seu contingut en estrelles i núvols de gas. El resultat d’aquest mesurament dóna una quantitat molt xicoteta: la densitat de matèria brillant és només un 4% de la necessària per a detindre l’expansió. Per tant, l’expansió de l’Univers mai no es detin-drà.
Una altra forma de determinar la densitat és mesurant la massa dinàmica. Les galàxies pròximes giren les unes al voltant de les altres, a causa de la seua atracció gravitatòria mútua. Observant-ne el moviment podem mesurar la seua massa, de la mateixa manera que observant el moviment dels planetes mesurem la massa del Sol. El resultat que obte-
3.4. Supercúmul de Perseu.
L’Univers 23
nim és que la massa dinàmica representa el 30% de la densitat crítica. I ací sorgeix un dels grans misteris de la cosmologia moderna: la massa determinada de manera dinàmica és molt més gran que l’obtinguda observant la matèria brillant. Hi ha una gran quantitat de matèria que sabem que existeix perquè detectem els seus efectes gravitatoris, però que no obstant això no veiem. És el que es denomina la matèria fosca. Aquesta matèria fosca existeix en totes les galàxies, inclosa la nostra Via Làctia. Encara que s’han apuntat diverses possibilitats sobre la seua natura, hui en dia encara no sabem què és.
Matèria visible: 15% Matèria fosca: 85%
Matèria visible: 4%
Matèria fosca: 23% Energia fosca: 73%
3.5. Proporcions relatives de matèria visible, matèria fosca i energia fosca.
Activitats
1
2
Explica els diferents models d’Univers represen-tats en la fi gura.
Quin pareix respondre millor a les investigacions actuals?
Què s’entén per Univers polsant?3
En tot cas, i tot i considerant aquesta matèria fosca, només tro-bem en l’Univers el 30% de la densitat crítica. Per tant, totes aquestes mesures ens indiquen que l’expansió serà eterna, mai no es frenarà. Tornarem sobre aquesta qüestió al fi nal del tema.
El nostre lloc en l’Univers24
4. La llum de l’origen del cosmos4. La llum de l’origen del cosmos
El 1965 un descobriment casual va donar l’empenta defi nitiva al model del big-bang. Penzias i Wilson, de la companyia telefònica ame-ricana Bell, estaven fent proves amb una antena de telecomunicacio-ns per a tractar de detectar senyals de ràdio procedents del pla de la Galàxia. Es van adonar que hi havia un senyal que pareixia arribar de totes parts. Després de comprovacions molt minucioses van arribar a la conclusió que la radiació que observaven era d’origen còsmic, i no procedia del Sol ni de la nostra pròpia Galàxia. A aquesta radia-ció se l’anomena fons còsmic de microones. Procedeix de tot arreu de l’Univers, i arriba des de totes les direccions amb la mateixa intensitat. Correspon a una radiació de tipus tèrmic, la que emetria un cos si es trobara a una temperatura de 2,7 graus Kelvin, és a dir, 2,7 graus per damunt del zero absolut, 270,4 graus centígrads davall zero.
La radiació de fons ens indica que l’Univers té una temperatura. Encara que aquesta siga molt baixa, l’espai no està completament fred. Això es considera com una prova de l’expansió, ens parla d’un Univers que en el passat va estar molt més calent, i ens permet traçar la història de l’Univers.
La història de l’Univers
En un passat molt remot, immediatament després de la gran ex-plosió, l’Univers era molt calent. Estava format per partícules molt energètiques, molt massives, que no existeixen en l’Univers actual. En expandir-se, la concentració d’energia va anar disminuint, les partícu-les massives es van anar desintegrant donant lloc a partícules més es-tables, les que existeixen en l’Univers actual. La matèria de l’Univers formava un plasma que omplia tot l’espai. Un plasma és com un gas, però format per partícules carregades, protons i electrons. Els gasos als quals estem acostumats en la Terra estan compostos per àtoms o mo-lècules neutres, sense càrrega elèctrica. No obstant això, a temperatu-res molt altes, aquestos àtoms es mouen a tal velocitat que es trenquen en col·lidir, i queden lliures els seus constituents elementals, els nuclis atòmics, els protons i els electrons. El gas de partícules carregades, al contrari que el de partícules neutres, no és transparent. La llum inte-racciona, i aquesta en contínua col·lisió, amb les partícules carregades. Així, aquest plasma que omplia l’Univers primitiu era com una sopa formada per protons, electrons i fotons, en contínua col·lisió els uns amb els altres.
Dins del plasma es produeixen reaccions nuclears que donen lloc a la formació de nuclis atòmics compostos per diversos protons i neu-trons, com per exemple nuclis d’heli, liti, etc. No obstant això, les ener-gies són tan altes que els nuclis acabats de formar són destruïts im-mediatament en col·lidir amb altres partícules. Arriba un moment, en seguir refredant-se l’Univers, en què els nuclis acabats de formar ja no es destrueixen. La temperatura ha baixat prou perquè els nuclis pesats
4.1. Wilson i Penzias descobridors de la radiació de fons.
L’Univers 25
resistisquen les col·lisions sense fragmentar-se. Es crea en aquest mo-ment una gran quantitat d’àtoms d’heli, aproximadament el 25% dels protons que existien en l’Univers s’uneixen per a formar nuclis d’heli. A aquest fenomen se’l denomina la nucleosíntesi primordial, i consti-tueix una de les proves decisives per a l’acceptació de la teoria del big-bang. Sabem que l’Univers actual està format per un 25% d’heli, quasi un 75% d’hidrogen, i la resta per àtoms més pesats que han sigut sin-tetitzats per les estrelles. La presència d’aquest important percentatge d’heli implica l’existència de la nucleosíntesi primordial en un Univers que en el passat va ser molt calent.
La nucleosíntesi primordial té lloc tres minuts després del big-bang, i dura molt poc de temps. En seguir refredant-se l’Univers les reaccions nuclears es detenen. Quan la temperatura baixa, els protons no tenen prou energia per a interaccionar, la repulsió electrostàtica impedeix que s’acosten. En cessar la nucleosíntesi primordial l’Univers es queda amb la proporció d’hidrogen i heli que té en l’actualitat.
La següent fi ta en la història de l’Univers té lloc 380.000 anys des-prés. La temperatura ha descendit molt, és d’uns 3.000 graus. A aques-tes temperatures els electrons s’uneixen als nuclis, formant àtoms neu-tres. Abans això també succeïa, però els àtoms es trencaven immedia-tament per efectes de les col·lisions. A menys de 3.000 graus els xocs no destrueixen els àtoms, aquestos ja són estables. De sobte, l’Univers passa de ser un plasma de partícules carregades a convertir-se en un gas format per hidrogen i heli. L’Univers es fa transparent. Abans, la llum, els fotons, no viatjaven lliurement sinó que estava xocant contí-nuament amb les partícules carregades. En un gas atòmic, per contra, la llum viatja lliurement, per això els gasos són transparents.
A l’època en què això succeeix se l’anomena època del desacobla-ment, perquè la llum passa d’estar acoblada amb la matèria a viatjar lliurement. Des de llavors la llum ha estat viatjant per l’Univers, i és la mateixa llum que observem ara com a fons còsmic de microones. Des del principi, del seu viatge ha participat de l’expansió de l’Univers i s’ha enrogit. S’ha anat refredant i dels 3.000 graus de l’època del desaco-blament ha passat als 2,7 graus en l’actualitat.
La radiació de fons còsmic és el més llunyà que podem veure. Com que la llum té una velocitat fi nita, com més lluny mirem més cap al passat estem veient. El més llunyà que podem veure és l’Univers en l’era del desacoblament, quan la llum va començar a viatjar. Mai no podrem veure més enllà, perquè abans del desacoblament la llum no viatjava.
Després del desacoblament l’Univers està ple de gas. En seguir l’expansió aquest gas es va agrupant i formant estructures, regions de major densitat. És en aquestes estructures en què es formen la pri-meres galàxies, i en elles les estrelles i els planetes, fi ns arribar a la confi guració de l’Univers.
= e
= p
= n
= He
Partícules i llum
Big Bang
Llum
Galàxies
4.2. Història de l’Univers (e = electró, p = protó, n = neutró).
El nostre lloc en l’Univers26
Inhomogeneïtats en la radiació de fons
Com hem vist, el descobriment de la radiació de fons còsmica va suposar un important triomf per a la teoria de la gran explosió. No obstant això, amb el pas del temps, el que al principi va constituir un èxit va anar derivant a convertir-se en un problema cada vegada més incòmode. Les observacions de la radiació de fons realitzades després del 1965 mostraven que aquesta era completament homogènia, és a dir, que la seua intensitat i la seua temperatura eren la mateixes en tot el cel, sense variació d’un punt a un altre. La radiació de fons va ser emesa per l’Univers en l’època del desacoblament, i la seua homoge-neïtat indica que la distribució de matèria en l’Univers era també ho-mogènia. És a dir, en l’era del desacoblament l’Univers estava ocupat per una distribució de gas completament regular i homogènia. I ací està el problema, perquè molt poc després del desacoblament ja tenim les primeres galàxies formant-se. Com és possible passar en tan poc de temps d’una distribució uniforme de gas al nostre Univers actual, amb les seues estructures, les seues galàxies, les seues estrelles, els seus grans espais buits?
4.3. Mapes de la radiació de fons. Imatges obtin-gudes per les missions espacials COBE i WMAP (NASA).
WMAPCOBE
La magnitud del problema va portar els científi cs a realitzar obser-vacions cada vegada més precises del fons de microones, primer des de terra i després mitjançant observatoris espacials. El primer satèl·lit dis-senyat per a aquesta observació, anomenat COBE (de l’anglés Cosmic Background Explorer, explorador del fons còsmic) va demostrar que el fons no era completament homogeni, hi havia xicotetes diferències de temperatura i densitat entre uns punts i altres. Posteriorment, altre satèl·lit més potent, el WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, sonda Wilkinson per a l’anisotropia de les microones) va realitzar un mapa de la radiació de fons molt més detallat, que feia encara més paleses aquestes diferències.
El problema estava resolt. L’Univers en l’era del desacoblament no era completament homogeni, sinó que ja contenia estructures, la dis-tribució del gas no era uniforme sinó complexa i estructurada. Les es-tructures van anar evolucionant després del desacoblament, donant lloc a una distribució de la matèria en forma de fi laments, en els quals es formen les galàxies i les estrelles.
L’Univers 27
Energia fosca!
L’estudi de les inhomogeneïtats del fons còsmic, posades de mani-fest per COBE i WMAP, ens permet conèixer moltes més coses sobre la història i el contingut de l’Univers. Fent ús de models físics que des-criuen el comportament de la matèria i l’energia en l’era del desaco-blament, a partir del mapa de les inhomogeneïtats podem determinar molts paràmetres fonamentals del nostre Univers. Un d’ells és la seua densitat. Utilitzant els mapes proporcionats per WMAP, obtenim que la densitat de l’Univers és exactament la densitat crítica, la necessària per a detindre l’expansió en un temps infi nit.
Tanmateix, havíem vist que la matèria que podem veure en l’Univers, la matèria visible, només permet arribar al 4% d’aquesta densitat crí-tica. La matèria que detectem pels seus efectes gravitatoris, que ano-menem matèria fosca, resulta ser un 26% addicional de la densitat crítica. Si a partir de l’estudi del fons còsmic concloem que la densitat és exactamant la crítica, quin és l’altre component de l’Univers, que contribueix al 70% de la seua densitat, i que no és ni matèria brillant ni matèria fosca? A aquest nou component se l’anomena energia fosca, i en l’actualitat no en sabem res sobre la seua natura.
4.4. La matèria visible constitueix el 4% de la ma-tèria de l’univers. (Telescopi de 3,5 m de l’observatori de Calar Alto, Almeria, M. Moles, equip Alhambra, V. Peris).
El nostre lloc en l’Univers28
5. L’Univers accelerat5. L’Univers accelerat
A més de mesurar la densitat, hi ha una altra manera d’estudiar el futur de l’Univers. Consisteix a mesurar la variació de la velocitat d’expansió. Hui en dia, si observem la velocitat d’allunyament de les galàxies com va començar a fer Hubble amb el telescopi de la muntanya Wilson, podem mesurar la velocitat d’expansió en l’actualitat. D’altra banda, recordem que si mirem molt lluny en l’Univers estem mirant cap al passat, pel fet que la velocitat de la llum és fi nita. Si observem la velocitat de recessió de les galàxies més allunyades, podem arribar a mesurar la velocitat d’expansió en el passat. Comparant les velocitats d’expansió en el passat i en el present podem calcular a quina velocitat disminueix la velocitat d’expansió, i per tant si aquesta expansió es detindrà o continuarà fi ns a l’infi nit.
L’estudi de la velocitat de recessió en galàxies molt llunyanes s’ha pogut realitzar des de fa uns pocs anys, gràcies al desenvolupament recent dels instruments i les tècniques d’observació astronòmica. I el resultat ha sigut sorprenent. En el passat, l’expansió era més lenta que en l’actualitat. Dit d’una altra manera, l’expansió no és cada vegada més lenta, sinó més ràpida. L’Univers no està frenant, està accelerant.
Això planteja un nou i complex problema a la Cosmologia. Amb la física que coneixem, l’única força capaç d’actuar a gran escala en tot l’Univers és la força de gravetat, que fa que les galàxies s’atraguen les unes a les altres. Per tant, l’expansió hauria de frenar-se gradualment. Si l’Univers està accelerant, ha d’existir una força desconeguda, de tipus repulsiu, i que en les grans distàncies és més intensa que la pròpia força de gravetat. Hui en dia no sabem quina és aquesta força, ni què l’origina.
Epíleg
A manera de conclusió, veiem que en l’actualitat el nostre model de l’Univers s’enfronta a dos grans reptes. L’estudi de la radiació de fons ens indica que desconeixem completament el 70% del contingut de l’Univers. L’expansió accelerada indica que també desconeixem la força més important de totes les que actuen en l’Univers. La situació no pareix, per tant, molt satisfactòria. No obstant això, aquestos nous reptes estan estimulant físics i astrònoms a millorar el nostre model del cosmos, i les teories físiques en les quals aquest model se sustenta. En els pròxims anys viurem una de les eres més apassionants de la Cosmologia, i fi ns i tot podríem ser testimonis del naixement de nous models cosmològics o de la revisió de les teories físiques actuals.
5.1. L’estudi de supernoves en galàxies molt llunyanes, ha permés descobrir que l’expansió de l’Univers està accelerant. Imatges obtingudes pel telescopi Hubble (NASA).
Abans de supernova
Abans de supernova
Abans de supernova
L’Univers 29
RESUMLa teoria de la Relativitat
La llei de Hubble
La història de l’Univers
Reptes de la cosmologia actual
Desacoblament: Es formen
els àtoms. L’Univers es fa
transparent. La llum viatja.
Es crea la radiació de fons
Univers actual format
per galàxies que
contenen estrelles,
planetes i gas
L’Univers està
format per milions
de galàxies
Les galàxies s’allunyen
les unes de les altres,
a major velocitat com
major és la distància
L’Univers està
en expansió, es va crear
en una gran explosió
La massa corba
l’espai, i també
la trajectòria de
la llum
L’espai només existeix
si conté matèria
i energia
L’espai és dinàmic: està
en expansió o
en contracció
Hi ha una força repulsiva més
intensa que la gravetat.
No sabem res de la seua
natura
El 70% restant és l’energia
fosca. No sabem què és
Després d’una gran
explosió:
Univers molt calent.
Partícules desconegudes
Nucleosíntesi
primordial: el 25% de
l’hidrogen es converteix
en gel
Es formen les primeres
galàxies.
Naixen les primeres
estrelles.
La matèria brillant i la matèria
fosca només constitueixen
el 30% del contingut
de l’Univers
L’expansió de l’Univers
accelera. Les galàxies
s’allunyen cada vegada a
major velocitat
Matèria visible: 4%
Matèriafosca: 23%
Energiafosca: 73%
El nostre lloc en l’univers30
Explica què és l’Univers.
Podem observar alguna cosa que estiga fora de l’Uni-vers?
Explica les diferències entre les descripcions de l’espai i el temps proporcionades per la física de Newton i per la d’Einstein.
Explica el que és una galàxia. Cita algun exemple d’aquest tipus d’astres.
Com sabem que hi ha més galàxies, a més de la nostra?
Les observacions de Hubble van demostrar que totes les galàxies s’allunyen de la nostra. Vol dir això que la nostra galàxia està en el centre de l’Univers? Hi ha alguna expli-cació alternativa?
Enumera algun dels fenòmens coneguts al principi del se-gle XX que no van poder ser explicats satisfactòriament amb la física clàssica, i per tant van donar pas a l’aparició de la física relativista i la física quàntica.
Descriu com era l’Univers primitiu, poc després de la gran explosió. Comenta les seues diferències principals amb l’Univers actual.
Explica per què l’Univers té un 25% d’àtoms d’heli, i per què aquest fet es considera una prova de la validesa del model de la Gran Explosió.
Explica per què el fons còsmic de microones es considera una prova de la validesa del model de la Gran Explosió.
Explica per què l’homogeneïtat i la isotropia del fons còs-mic de microones representa un problema per a la re-construcció de la història de l’Univers.
Descriu com serà l’Univers en el futur.
Què va ocórrer abans de la Gran Explosió? Quina en va ser la causa?
Observa el cel nocturn en una nit sense núvols, allunyat de la llum artifi cial. Podries trobar alguna prova que totes les estrelles que veus s’agrupen en una regió d’espai fi -nita, la qual cosa denominem la galàxia? No es podrien estendre infi nitament per l’espai?
Com sabem que existeix la matèria fosca?
Com sabem que existeix l’energia fosca?
Explica les diferències entre matèria fosca i energia fos-ca.
Què vol dir que l’expansió de l’Univers està accelerada? Com hem descobert aquesta acceleració?
A causa de la velocitat fi nita de la llum, quan observem un objecte llunyà estem mirant cap al passat. D’altra ban-da, les tècniques d’observació modernes ens permeten detectar objectes cada vegada més allunyats. Què és el més llunyà que podem observar? Podrem algun dia arri-bar a observar el Big Bang?
La vida és el fenomen més apassionant de la història de l’Univers. Hi existirà per sempre, o arribarà un moment en què l’Univers no puga albergar vida?
1
2
3
ACTIVITATS
4
5
6
7
12
13
8
9
10
11
14
15
16
17
18
19
20
L’univers 31
CATACLISME CÒSMIC
El satèl·lit internacional Swift va detectarun cataclisme còsmic, en forma d’emissiód’alta energia (rajos gamma) en la matinada del4 de setembre. Poques hores després, l’explosió fouobservada en infrarojos des dels telescopis Galileu (a Canàries) i Antu, undels quatre grans telescopis europeus (VLT), a Xile. La suma d’aquestesi altres observacions va permetre calcular la distància a la qual s’haviaproduït el violent succés: 12.700 milions d’anys llum.
IllesCanàries(Galileu)
Xile(Antu)
EL QUE DIUEN ELS MITJANS
«És el cas ideal, el que portàvem esperant molt de temps» va comen-tar ahir Alberto Fernández Soto des de l’Observatori de la Universitat de València, on ha participat en el treball. Fernández Soto és l’únic espanyol del grup italià Mistici, un
dels que van aconseguir les primeres dades que van permetre concloure que l’esclat de rajos gamma detectat el 4 de setembre passat és el més llunyà observat fi ns al moment.
Com explica aquest astrònom, que va tornar a Espanya amb un con-tracte Ramón i Cajal, quan aques-tes explosions procedeixen de molt lluny no són a penes observables en el rang de la llum visible. Després de detectar-les el satèl·lit Swift, di-versos telescopis automàtics me-nuts dels Estats Units van intentar observar-les en llum visible, sense aconseguir-ho. Això va donar origen a la primera pista de la llunyania de la font. Llavors van entrar els astrònoms europeus, que van uti-litzar primer el telescopi Galileu,
situat en La Palma, i hores més tard Antu, un dels quatre te-
lescopis gegants europeus en Parana (Xile) per a
observar el fenomen en infraroig. Més tard, as-trònoms japonesos van usar el gran telescopi Subaru, a Hawaii, per a obtindre l’espectre complet. Amb totes aquestes observacions
es va poder confi rmar que la llum del cataclisme
ha tardat uns 12.700 milions d’anys a arribar a la Terra, la
qual cosa vol dir que aquest va ocórrer quan l’Univers, l’edat del qual s’estima en uns 13.600 milions d’anys, era molt jove. La marca de distància l’ostentava un
esclat de rajos gamma a 500 milions d’anys llum menys.El llançament de Swift, un obser-vatori per a caçar esclats de rajos gamma, fa un any, ha augmentat molt el nombre de deteccions, però resulta difícil seguir les observa-cions de tants des de terra. Els grups especialitzats tenen preferència en determinats telescopis per a poder reaccionar ràpidament davant dels esclats més interessants i això és el que ha passat en aquest cas.«La seua lluminositat és tal, que en uns pocs minuts ha alliberat 300 ve-gades més energia de la que allibera-rà el Sol en els seus 10.000 milions d’anys d’existència», ha comentat en un comunicat Guido Chincari-ni, director de l’equip italià. Què va poder donar lloc a aquesta gran emissió d’energia quan l’Univers era tan jove? Les teories abunden, entre elles la que tracta de la mort d’estrelles massives que donen lloc a forats negres, però Fernández Soto creu que encara no es pot optar per cap, ja que no quadren amb les supo-sades característiques d’un Univers en la seua infància.
Els astrònoms detecten el CATACLISME CÒSMIC més llunyà enregistrat fi ns ara
La llum de l’esclat ha tardat 12.700 milions d’anys a arribar a la Terra
EL PAÍSSocietat
MALEN RUIZ DE ELVIRAMadridwww.elpais.com ESPANYA, 13-SET-2005
Astrònoms de molts països es van posar ahir d’acord per a anunciar l’observació del cataclisme còsmic més llunyà conegut fi ns a la data. Detectat primer en la nit del 3 de setembre pel satèl·lit internacional Swift com una font de rajos gamma, al cap de poc de temps era buscat i observat per molts telescopis en altres longituds d’ona. La conclusió és que aquesta emissió efímera d’alta energia procedeix d’algun succés de violència inimaginable en els actuals confi ns de l’Univers, quan aquest només feia 900 milions d’anys que existia.
L’atmosfera de la Terra suposa una barrera important per a aquesta ra-diació, de manera que només una exigua part pot ser observada des del sòl. Més enllà de l’atmosfera, l’espai pròxim ofereix una fi nestra privile-giada per a l’estudi de l’Univers.
L’accés a l’espai exterior no té com a únic objectiu la investigació cien-tífi ca. En les últimes dècades l’ús de l’espai s’ha diversifi cat, i en l’actualitat proporciona benefi cis molt importants per al desenvolu-pament i el benestar de la societat.
La cursa espacial
El 1955, el científi c soviètic Leonid Sedov va anunciar en un congrés in-ternacional la intenció del seu país de posar en òrbita terrestre el pri-mer d’una sèrie de satèl·lits artifi cials destinats a la investigació científi ca. Ningú se’l va agafar molt seriosa-ment. No obstant això, el 4 d’octubre del 1957 el satèl·lit Sputnik 1, de 84 quilos de pes, va ser posat en òrbita. El va seguir un mes després l’Sputnik 2, de 500 quilos i que portava un gos com a tripulant. Sis mesos més tard es va llançar l’Sputnik 3, de 1.327 quilos.
La reacció dels Estats Units no es va fer esperar. El 31 de gener del 1958 van llançar el seu primer satèl·lit, l’Explorer I. Menys d’un any després
del llançament de l’Sputnik 1 es va crear l’Agència Espacial Americana NASA. El 1960 van posar en òrbita el primer satèl·lit de comunicacions, l’Echo I.
La cursa per la conquista de l’espai es-tava llançada. Els soviètics van pren-dre novament la davantera, quan el 12 d’abril del 1961 van posar el primer home en l’espai, l’astronauta Iuri Gagarin a bord de la nau Vostok 1. Aquesta fi ta va motivar al llavors president americà John F. Kennedy a llançar el repte d’enviar un home a la Lluna i fer-lo tornar fora de pe-rill abans del fi nal de la dècada. Les dues potències es van embrancar en una competició frenètica, que va concloure amb l’arribada a la Lluna de l’astronauta americà Neil Arms-trong el 20 de Juliol del 1969, a bord de la nau Apol·lo 11.
Des de llavors, els llançaments de ve-hicles espacials s’han multiplicat. Nous països s’han sumat a la cursa de l’espai. El 1975 es crea l’Agència Espacial Eu-ropea (ESA, de l’anglés European Spa-ce Agency), fundada per deu països, entre els quals es troba Espanya. En l’actualitat té 17 estats membres. La seua primera gran missió científi ca va ser el satèl·lit Cos-B, dissenyat per a explorar l’Univers observant en el rang dels rajos gamma.
Japó, la Xina, l’Índia i Brasil també tenen les seues pròpies agències es-pacials.
La utilització de l’espai exterior
En els seus orígens l’exploració de l’espai va ser motivada per interes-sos científi cs, polítics i militars. En l’actualitat, l’ús de l’espai s’ha diver-sifi cat, i presta un servei cada vegada més important al desenvolupament de la societat tecnològica. Les prin-cipals àrees d’explotació de l’espai exterior són les següents:
• Investigació científi ca. L’observació de l’Univers des de l’espai exterior ha permés que el nostre coneixe-ment del cosmos haja progressat de manera espectacular. Els observato-ris espacials poden escodrinyar el cel en els rangs espectrals de l’infraroig i ultravioleta, els rajos X i els rajos gamma. Aquestes radiacions no poden arribar a la superfície de la Terra perquè són absorbides per l’atmosfera. Les imatges obtingudes des de l’espai, com per exemple les que aporta el telescopi Hubble, són molt més nítides i precises que les obtingudes pels telescopis terrestres, pel fet que no pateixen l’efecte dis-torsionador de l’atmosfera. A més dels observatoris orbitals, des dels anys 60 del segle passat moltes son-des han abandonat l’òrbita de la Terra i han explorat el Sistema So-
Document per al debat
El nostre lloc en l’univers32
L’exploració de l’espaiL’exploració de l’espaiUna gran part del coneixement actual de l’Univers s’ha obtingut en els últims 30 anys a partir d’observacions realitzades des de l’espai. L’avenç de l’Astronomia es basa en l’estudi de la radiació electromagnètica que ens arriba des del cosmos.
Document per al debat
L’univers 33
lar. Aquestos vehicles espacials s’han aproximat al Sol, a tots els planetes i al cinturó d’asteroides, i han aportat una informació molt detallada sobre els mons més pròxims.
• Observació de la Terra. Els obser-vatoris espacials no sols miren cap al cel. Una gran quantitat d’ells es dediquen a l’observació de la Terra. Les seues fi nalitats van des de la car-tografi a de molt alta resolució fi ns a la localització de recursos com ara l’aigua, els minerals o els combusti-bles fòssils. Representen també un suport fonamental per a l’agricultura i les obres públiques.
Menció especial en aquest apartat la mereixen els satèl·lits meteorològics. El seu seguiment continu dels movi-ments de les masses ennuvolades en l’atmosfera és ja un element quoti-dià de la informació del temps en la televisió i la premsa escrita. Les seues dades constitueixen una ferramenta imprescindible per a la predicció me-teorològica, i en especial per a la de-tecció primerenca i el seguiment dels
fenòmens atmosfèrics catastròfi cs, com els huracans i ciclons.
• Telecomunicacions. Ja en els albors de la cursa espacial, algun dels pri-mers satèl·lits, com l’Echo I, tenien com a missió el suport a les comu-nicacions. En l’actualitat una gran quantitat de satèl·lits està al servei de la transmissió i difusió dels sen-yals de telefonia, Internet, ràdio i televisió.
• Posicionament i orientació. La po-sada en marxa del sistema de posicio-nament global (GPS, de l’anglés Glo-bal Positioning System) va suposar fa trenta anys una revolució en la nave-gació aèria i marítima. L’observació simultània d’entre tres i sis satèl·lits del sistema permet determinar amb una gran precisió la posició de l’observador situat en qualsevol punt de la superfície terrestre. Hui en dia l’ús del GPS s’està popularitzant, i s’està imposant com una ferramenta comuna per a l’orientació en vehicles privats i en activitats lúdiques com el senderisme o l’excursionisme.
El sistema GPS, desenvolupat per la NASA, és propietat de l’administració nord-americana. Per a evitar la de-pendència exterior en un servei estratègic que ha esdevingut com-pletament imprescindible, l’Agència Espacial Europea té en una fase avançada de desenvolupament el seu propi sistema de posicionament, el projecte Galileu.
L’exploració de l’espai també ha do-nat pas al desenvolupament de pro-ductes i materials que hui en dia són d’ús comú. Per citar-ne només uns exemples, podem parlar del tefl ó, material antiadherent que forma part de nombrosos utensilis de cui-na. El tefl ó es va desenvolupar com a lubricant sòlid per a peces mòbils de satèl·lits espacials, per a fer front al fet que en el buit els lubricants fl uids no són estables. Un altre producte d’ús comú, el Velcro, es va desenvo-lupar per a fi xar objectes a l’interior dels mòduls espacials, en condicions d’ingravitació.
D’altra banda, el fi nançament amb fons públics de l’exploració espacial permet a més, sobretot als països de la Unió Europea, mantindre a la seua indústria tecnològica, que sense les aportacions dels programes espacials difícilment podria subsistir.
Debat Si desaparegueren els satèl·lits,
en què canviaria la teua vida?
Té sentit dedicar grans quanti-tats de diners a l’exploració es-pacial havent-hi tantes necessi-tats en altres camps?
Quins benefi cis s’obtenen de la indústria espacial?
