Museo Interactivo de Ciencia, Tecnología y Sociedad

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Universidad Nacional de General Sarmiento (UNGS). Campus Universitario: Juan M. Gutiérrez 1150 (B1613GSX) Los Polvorines- Provincia de Buenos Aires. http:www.ungs.edu.ar Museo Interactivo de Ciencia, Tecnología y Sociedad Imaginario. Dirección: Roca y Muñoz San Miguel- Provincia de Buenos Aires. Coordinación General del Museo : Dra. Lilia Romanelli Coordinadora Técnica Operativa del Museo: Prof. Gladys Carina Antúnez Elaboración de la valija itinerante:

Prof. Salomone, Horacio Daniel.

Téc. Cáceres, Maximiliano Antonio. Fecha de edición del cuadernillo:

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Pagina 1. Información x

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Materiales:

➢ Dial astronómico ➢ Sextante (transportador con aguja) ➢ Trípode ➢ Cámara MEADE (360-02350) ➢ Cable USB para conexión con PC. ➢ Software y disco de instalación para la cámara MEADE) ➢ CD MEADE Autostar Envisage ➢ Telescopio refractor Hokenn Optik ➢ 1 Lente H20MM ➢ 1 Lente SR4MM ➢ 1 Lente Barlow ➢ 1 Porta ocular diagonal ➢ 4 Lentes con mango metálico(3 convergentes y 1 divergente) ➢ 1 Espejo curvo ➢ 4 Esferitas de madera, color plateado ➢ 1 Disco azul con hilo de nylon ➢ 1 Tubo metálico con base y tapa de goma ➢ 1 Motor en caja negra con regulador de velocidad ➢ 1 Banda plástica azul con 3 orificios ➢ 2 Prismas de vidrio ➢ 1 Puntero Laser ➢ 1 Linterna ➢ 1 Vela

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Cuadernillo de Actividades para el Docente- Valija de Astronomía

Construcción de un Dial Eclíptico ¿Qué veremos en el cielo hoy?

Tema: Elaboración de un dispositivo que permita ubicar las principales constelaciones, la posición de la luna y el sol, e incluso cuales serán visibles según la fecha y hora.

Objetivo de la experiencia: Adquirir una de las formas más básicas de ubicación estelar y con ello tomar conciencia de la utilización de estos dispositivos sencillos, desde la antigüedad hasta la actualidad, como guía y orientación. • Nivel: ESB o Polimodal. • Dificultad: Bajo. • Seguridad: Bajo. Sin riesgos o precauciones a tomar.

Tiempo estimado: 40 minutos.

Cantidad de integrantes por grupo: Se propone realizar un dial por grupo, que no incluyan más 6 integrantes.

Materiales a utilizar de la valija: Dial eclíptico.

Otros materiales: Compás, reglas, fibras, 4 planchas de cartulina, tijera y ganchos mariposa.

Contenidos relacionados: Los contenidos a los que puede vincularse esta actividad son: puntos cardinales, estaciones del año y movimientos de la Tierra, distancias astronómicas, cosmovisiones desde la antigüedad hasta hoy, movimientos planetarios, órbitas, fuerzas centrales.

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Breve introducción al tema:

Una constelación es una agrupación de estrellas cuya posición en el cielo nocturno es aparentemente tan cercana que las civilizaciones antiguas decidieron conectarlas mediante líneas imaginarias, trazando así figuras sobre la bóveda celeste. En el espacio tridimensional, en cambio, las estrellas de una constelación no están, necesariamente, físicamente asociadas; incluso pueden encontrarse a cientos de años luz unas de otras. Por otro lado, dichos grupos son completamente arbitrarios, ya que distintas culturas han reconocido constelaciones diferentes, incluso utilizando las mismas estrellas. Aún así, algunos conjuntos tienden a reaparecer, ya sea por su configuración tan peculiar —como es el caso de Scorpius, el escorpión—, la magnitud aparente (el brillo) de sus estrellas o debido al paso recurrente de algunos cuerpos celestes —los planetas y la Luna— por sus inmediaciones.

Debido al tiempo y a la falta de registros históricos, ya nos es imposible conocer el origen preciso de las constelaciones más antiguas del mundo occidental. Tal parece que Leo, el león, Taurus, el toro, y Scorpius, el escorpión, existían desde hacía mucho tiempo en la Mesopotamia, 4000 años antes de la era cristiana (aunque no necesariamente recibían esos nombres).

Se cree que el interés de estos antiguos pueblos por la disposición de las estrellas tuvo motivos fundamentalmente prácticos: como ayuda para medir el tiempo y las estaciones (usualmente con propósitos agrícolas y religiosos) y para servir de orientación a navegantes y viajeros cuando tenían que hacer sus travesías durante la noche, ya fuese por mar (si un barco perdía de vista la costa, corría el riesgo de perderse e, incluso, destruirse) o por el desierto. Así, formando figuras con las cuales relacionar los patrones de estrellas (y con ello las leyendas e historias de lo que representaban) les sería más fácil y seguro recordar las rutas a seguir.

Constelaciones Zodiacales:

Como puede verse en la figura, las conocidas constelaciones zodiacales se

encuentran ubicadas en el plano orbital de la Tierra. A lo largo de la traslación de la

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Tierra alrededor del Sol, el mismo nos va eclipsando diversas constelaciones que son las que llamamos zodiacales. La constelación que se ve eclipsada es la que rige en ese mes el zodiaco.

Detalle de la experiencia:

Este dispositivo consta de cuatro piezas, una de ellas cuadrada y 3 circulares, de cartulina que finalmente deben unirse a un eje central que constituirá finalmente el dial.

• La primera pieza es un cuadrado, con un orificio en su centro, la longitud del lado se sugiere de 30cm. Se debe marcar la mitad de cada lado del cuadrado y realizar las siguientes inscripciones: “Meridiano”en uno de los lados y en el opuesto “Hemisferio Sur, “Este” y en el opuesto “Oeste .Relacionamos estas inscripciones con la ubicación de los puntos cardinales.

Este

Hemisferio sur

Oeste

Meridiano

• La segunda pieza es circular, con un orificio en su centro, se sugiere que sea de unos

25cm de diámetro. Este se dividirá como un reloj, pero en 16 partes, en cada una de estas tendrá inscriptas las distancias constelaciones y algunos meses del año. A continuación un gráfico de esta pieza:

• El tercer paso consiste en armar un tercer disco de

diámetro menor, aproximadamente de unos 12cm, con un orificio en su centro. En este se dibujaran las distintas fases de la luna continuadas, para graficarlas de manera que resulte lo más simétrico posible es conveniente dividir al círculo en 8 partes antes de graficar. Además detrás de la fase de luna

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nueva debe agregarse el gráfico del sol que también será una referencia para este instrumento.

• Por último, la pieza final es también un disco del mismo diámetro que el anterior, y también con un orificio en su centro, que servirá de ventana para seleccionar la fase de la luna correspondiente al día. Esta sólo deberá tener una ventana del mismo diámetro que los gráficos de la luna hechos en la pieza anterior. Como puede verse en la siguiente figura 4.

El último paso es unir las cuatro piezas por su centro con un gancho que les permita

girar libremente.

Actividades de la experiencia Antes de la experiencia: Una opción para esta actividad, es iniciarla con unas preguntas que tengan que ver con el tema, como por ejemplo: ¿Conocen algunas estrellas? ¿Pueden identificarlas? ¿Cuándo es posible? ¿Cómo pueden ubicarlas? ¿Les resulta fácil o difícil? ¿Cómo se orientan? ¿El cielo es el mismo al transcurrir el tiempo? Antiguamente, ¿Qué instrumentos de orientación existían? ¿Qué concepciones se tenía acerca de la tierra y el universo? Con estas preguntas se espera obtener una relación con los temas vinculados y la realización del instrumento. Después de la experiencia: Luego de construir el dispositivo se debe explicar su funcionamiento para poder apreciar su uso, lo cual se verá facilitado si cada grupo de estudiantes tiene en mano un dial. Puede que en el momento de la experiencia no haya la suficiente oscuridad pero sería conveniente que se den ejemplos o se hagan suposiciones de lo que se debería apreciar en el cielo en ese momento y en qué ubicación.

Para empezar, se deben orientar los puntos cardinales, que se encuentran en la pieza rectangular. A continuación, la época del año que está dada por el disco que tiene inscripto las constelaciones; por ejemplo, para el 12 de abril, debe señalizarse con el Sol que sobresale la constelación de Aries. Es decir, el dibujo del sol es el que cumple la función de señalizar la constelación. Siguiendo con el ejemplo, como fue señalizada la constelación de Aries no va a ser posible observarla en el cielo en esa época debido a que se encuentra alineada con el Sol.

Por último, debe conocerse la fase de la luna y su posición según los puntos cardinales, al momento de utilizar el dial, por ejemplo: luna llena y la luna se ve al oeste. Entonces una vez ubicados los tres discos, estos se moverán conjuntamente apuntando a la posición cardinal que ocupe la luna que cambia cada momento. Finalmente, para saber que constelación se verá en el cielo y su posición aproximada a la luna sólo hay que ver que constelaciones quedaron en la mitad superior del cuadrado. Por ejemplo, si estamos en Aries con Luna llena al este, esperamos ver a Tauro, Géminis, Cáncer, Leo y Virgo.

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Actividad extra: Probar el instrumento a cielo abierto con la suficiente oscuridad como para apreciar las constelaciones que es posible ver. Para reflexionar: ¿Por qué vemos a veces a la Luna de día?

Bibliografía – links: Fuentes sugeridas para docentes y alumnos. • www.wikipedia.org • Cielito lindo, Elsa Rosenvasser, Editorial Siglo XXI.

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Espiemos la astronomía

Tema: Análisis de distintos artículos de divulgación científica relacionados con el campo de la astronomía.

Objetivo de la experiencia: Acercar a los chicos al estudio de esta área de la ciencia, relacionarla y

compararla con otras disciplinas científicas. Comprender como es el trabajo de los científicos en Astronomía. Descubrir cual es el método científico que se utiliza para realizar

descubrimientos en esta disciplina. Actualizar acerca de los temas centrales de estudio y enigmas en esta rama de la

física.

• Nivel: ESB o Polimodal. • Dificultad: Medio, básicamente los obstáculos que se pueden presentar son de

vocabulario por lo que es recomendable guiar a los chicos para optimizar la actividad. • Seguridad: No hay sugerencias a tener en cuenta.

• Tiempo estimado: 1 hora

Cantidad de integrantes por grupo: Recomendamos hasta 4 personas por grupo.

Materiales a utilizar de la valija: Artículos científicos que el docente tendrá previamente a disposición para seleccionar. Los artículos disponibles son:

La energía oculta del universo. Suplemento: Sociedad, Clarín. Fecha: 29 de Junio de 2005.

Breve resumen: El artículo es una entrevista al físico Gabriel Bengochea, quién realiza una mención de su actual trabajo de investigación “La energía oscura en el universo” y lo relaciona con otras teorías como, por ejemplo, la del Big Bang. Además realiza ciertas predicciones acerca del futuro del universo y su composición actual y futura.

El viajero. Suplemento: Futuro, Página 12. Fecha: 7 de Octubre de 2006 Breve resumen: Este artículo también es una entrevista al argentino Mario Acuña, ingeniero y doctor en física de la NASA. Acuña relata las misiones por sistema solar para develar su origen y futuro, además, habla sobre su trabajo en la agencia espacial norteamericana. Entre los proyectos de los que forma parte es el futuro arribo en 2011 de la sonda MESSENGER.

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Científicos argentinos revelan nuevos secretos sobre el origen del universo. Diario Clarín. Fecha: 30 de Julio de 2006.

Breve resumen: Tres científicos argentinos, Norma Sanchez y Hector de Vega, directores de Investigación del Centro Nacional de Investigaciones científicas, el prestigioso CNRS de Francia, y Daniel Boyanovsky, profesor de la Universidad de Pittsburg, en los Estados Unidos, plantearon una explicación muy importante para entender cómo fue el orígen del Universo en su etapa más temprana. Esto fue posible a través de las imágenes captadas por el satélite WMAP.

Nobeles y bemoles fósiles del mismo Big Bang. Diario Página 12. Breve resumen: La nota periodística da a conocer a los últimos ganadores del premio Nobel de Física, los astrofísicos norteamericanos George Smoot y John Mather, quienes encontraron evidencia que corrobora la teoría del Big Bang. Esta evidencia fue registrada por el satélite espacial COBE de la NASA que midió variaciones o arrugas que condujeron luego a la formación de las primeras galaxias o estrellas, se tratan de las estructuras más grandes y antiguas antes observadas.

Tres enigmas cósmicos y una propuesta audaz. Traducido por Heber Rizzo. Fecha: 09 de marzo de 2003.

Breve resumen: Este artículo publica la idea reciente de los científicos George Chapline, un físico del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California, y el premio Nobel Robert Laughlin de la Universidad de Stanford y sus colegas, quienes aunciaron en el 22º Encuentro de la Gravedad de la Costa del Pacífico que los objertos que hemos considerado hasta ahora como agujeros negros podrían ser en realidad estrellas muertas que se forman como resultado de un oscuro fenómeno cuántico. Estas estrellas podrían explicar tanto como la energía oscura como la materia oscura.

La Argentina en un ensayo del Big Bang. Diario Clarín. Fecha: 6 de Marzo de 2006.

Breve resumen: Este artículo publica la novedad relacionada con un experimento muy importante para develar como fueron los primeros segundos de la creación del universo, después de la explosión del Big Bang. Argentina hizo una petición para formar parte de experiencia y su participación fue aprobada, hablan algunos de los científicos encargados en la tarea.

Científicos detectaron el objeto más extenso del universo. Diario Clarín. Fecha: 31 de julio de 2006.

Breve resumen: La noticia da a conocer un descubrimiento muy sorprendente, que contribuiría a develar la estructura del cosmos. Los científicos en la isla de Hawai pudieron fotografiar la estructura más grande del universo antes divisada, la composición de esta son galaxias y enormes burbujas de gas que serían futuras galaxias.

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El chip que buscará vida en Marte. Diario LA NACIÓN. Fecha: 15 de Junio de 2006.

Breve resumen: Principalmente se menciona un proyecto futuro por parte de la Agencia Espacial Europea, pensado para el 2011 que consistirá en enviar un vehículo explorador (ExoMars) cuya misión principal es buscar la existencia presente o futura en Marte.

Habrían hallado agua en una luna de Saturno. Diario LA Nación. Fecha: 10

de marzo de 2006. Breve resumen: La sonda espacial Cassini, de la NASA, descubrió lo que parecía ser agua en grandes cantidades que estallan debido al contacto de esta con maeteria volcánica, en la luna Enceadus, de Saturno. Esta información fue develada por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la agencia espacial de Estados Unidos. Esto podría multiplicar los lugares del sistema solar en los que podría encontrarse las condiciones para el desarrollo de organismos vivientes.

El telescopio espacial Hubble logró fotografiar el choque de dos galaxias. Diario Clarín. Fecha: 18 de Octubre de 2006.

Breve resumen: La NASA informó que la cámara Avanzada para reconocimientos que se encuentra a bordo del Hubble captó la violenta colisión de una pareja de galaxias, llamadas “Galaxias Antannae”, que antes se encontraban aisladas. Nunca antes se había tenido un registro tan claro de un fenómeno de este tipo, que dio origen a millones de estrellas.

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Sociedad del Miércoles/29-Jun-2005

DIÁLOGO CON EL FÍSICO GABRIEL BENGOCHEA

La energía oculta del universo

Las preguntas ¿qué es el universo?, ¿de dónde viene y a dónde va?, ¿existirá para siempre?, son el campo de trabajo de los cosmólogos, a quienes ahora la vida se les complicó con la energía oscura.

Gabriel Bengochea, físico del Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE/UBA). Subnotas Por Federico Kukso Los cosmólogos y demás científicos que estudian el universo a gran escala suelen ser personas embebidas de preguntas de peso del tipo ¿cómo nació el cosmos?, ¿de qué manera evoluciona? o, peor, ¿cuál será su destino final? Pero cuando pensaban que tenían suficiente con estos interrogantes y sus implicancias filosóficas (como de dónde venimos y adónde vamos), en 1998 salió a flote un nuevo ingrediente cósmico que complicó aún más las cosas: la “energía oscura”, vasta y misteriosa –que nadie vio porque no se puede ver– que estaría desgarrando el espacio. “Todavía no hay nada seguro que diga ‘la energía oscura es esto’; sin embargo, hay indicios”, preocupa y tranquiliza al mismo tiempo el físico Gabriel Bengochea, miembro del Grupo de Teorías Cuánticas Relativistas y Gravitación (encabezado por Rafael Ferraro) del Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE/UBA). –¿Cuáles son esas pistas? –El modelo del Big Bang, o sea, el modelo cosmológico que intenta explicar el universo en el que nos encontramos, sostiene que el espacio está constituido por tres formas de energía o materia. Una es la materia hecha por átomos: las galaxias, los planetas... –Y nosotros. –Claro. Todo eso constituiría solamente el 4 % de todo el contenido del universo. Se cree que otro 23% está formado por la “materia oscura”, que a diferencia de la materia común y corriente no estaría hecha por átomos, sino por algo que no sabemos qué es pero que tiene presencia. Y lo demás, el 73 %, sería energía oscura, que tampoco sabemos muy bien lo que es. –Entonces, ¿qué se sabe? –Desde 1929, gracias al astrónomo norteamericano Edwin Hubble sabemos que el universo se está expandiendo. A partir de 1998, un equipo de cosmólogos encontró que sus observaciones hechas a supernovas, estrellas muertas que sirven para medir distancias entre galaxias, se

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ajustaban solamente si se agregaba un nuevo contenido al universo. Ocurre que el universo además doscura.

e expandirse se expande cada vez más rápido. Y ahí se empezó a hablar de energía

Pero, ¿dónde estaría?

fiere su presencia indirectamente. Lo que e trata de descifrar es la naturaleza de esta energía.

Sería pues una cualidad más del universo, ¿no?

Algo así como la culpable de la aceleración; algo inherente al espaciotiempo.

el inicio estaba contenido en na región del tamaño de un átomo. ¿La energía oscura también?

echa por átomos. Y partir de ese momento el universo dejó de desacelerarse para acelerarse.

Con todo esto, el universo sería aún algo más difícil de imaginar.

Las mediciones actuales indican que el universo sería un plano gigante en

Lo malo es que no podemos salir del universo, mirarlo y decir cómo es.

agregar una dimensión más a las cuatro que se conocen (tres espaciales y

s de prisa. Y que dentro de 100 mil millones de años, el universo visible abrá desaparecido.

runch”). Es difícil de imaginarlo porque no podemos rmar un universito en un laboratorio.

Pero hay simulaciones...

– –Primero es preciso decir que la energía oscura no tendría masa y que estaría distribuida uniformemente por todo el universo actuando de manera no gravitacionalmente atractiva sino repulsiva. La energía oscura estaría en todo el espacio, llenándolo de manera uniforme. La materia común y corriente y la energía oscura no interactuarían. Y se llama “oscura” porque no se la puede ver en ninguna longitud de onda. Sí se ins – – –Todo el universo que podemos ver, todas las estrellas, todo, en u –Sí, lo que sucede es que actualmente uno u otro componente dominaría en el negocio del universo. La energía oscura hasta hace relativamente poco –en el sentido cosmológico– no se manifestaba. El universo se venía expandiendo pero cada vez más despacio; se venía frenando porque la materia ejercía su atracción gravitatoria que reducía el ritmo de expansión. Pero llegó un momento, cuando el universo tenía siete mil millones de años (la mitad de los años que tiene hoy), en el que la energía oscura pasó a dominar por sobre la materia ha – –Puede ser.expansión. – –Exacto, habría quela otra, el tiempo). –Se dice que esta aceleración a medida que pase el tiempo hará que veamos cada vez menos cosas lejanas en el cielo pues acabarán desapareciendo ante nuestros ojos al alejarse de nosotros cada vez máh –Sí, eventualmente el universo morirá. Posiblemente se expanda cada vez más rápido (teoría del “Big Rip”). También hay modelos que dicen que esa expansión algún día comenzará a frenarse y a colapsar (teoría del “Big Ca – –Sí, claro. Usando muchas computadoras se puede poner ciertos ingredientes en el universo, digo cómo están ligadas las cosas y hago que la computadora resuelva las ecuaciones y diga cómo esas cosas se van a mover y veo adónde llega. Justamente si ponés sólo materia hecha

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por átomos al día de hoy no hay ninguna simulación que logre reproducir el universo que observás. Sí o sí tenés que poner materia oscura y para modelar otros detallitos, energía oscura. –Todo esto es bastante oscuro. Al lado de tanto espacio, ¿qué lugar tiene el ser humano? –Un simple cálculo: nosotros estamos al lado de una estrella; esta estrella, el Sol, forma parte de una galaxia llamada la Vía Láctea que contiene –una más, una menos– aproximadamente 300 mil millones de estrellas. Y eso ocurre en solamente una galaxia, de las miles de millones ue se cree que existen.

Y eso es sólo el 4 por ciento de todo.

Sí, hay que admitirlo: somos (casi) nada.

q – –

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Futuro|Sábado, 07 de Octubre de 2006

a

El viajero

la burocracia extrema y por qué la aventura espacial ya no es lo que era.

nota de tap

Desde hace 43 años viaja por el Sistema Solar sin despegar los pies de la Tierra. Testigo de los albores mismos de la exploración espacial, visitó la Luna, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno, y ahora, después de 30 años, vuelve finalmente a Mercurio. De paso por el país, el cordobés Mario Acuña, ingeniero y doctor en física de la NASA, se sentó con Futuro y repasó, café mediante, las misiones de las últimas tres décadas, cómo fue trabajar en la época de oro de la agencia espacial estadounidense, su declive hacia

LA SONDA MESSENGER LLEGARA A MERCURIO EN 2011 DESPUES DE APROVECHAR EL EMPUJE

ibará a Mercurio en 2011 y buscará sacar de las sombras al primer planeta del Sistema Solar.

GRAVITACIONAL DE VENUS.

Su prontuario científico es vasto e impresionante, como para despertar celos y envidia en cualquier ser humano que levanta la cabeza hacia al cielo y ve allí, en vez de una manta oscura bañada de puntitos blancos, una provocativa historia en movimiento, el flujo continuo del tiempo enganchado al espacio. El cordobés Mario Acuña, doctor en física e ingeniero del Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA, trabaja desde hace más de 40 años en la agencia espacial norteamericana, tiempo durante el cual participó en las misiones Voyagers 1 y 2, Explorers 47 y 50, ISEE3, Mariner 10, Pioneer 11, MAGSAT, el Proyecto Firewheel, Viking, AMPTE, Lunar Prospector, la misión GIOTTO al cometa Halley, y la Mars Global Surveyor, entre otras. Figura clave en el desarrollo de instrumentos para medir campos magnéticos geofísicos, plasma, ondas electromagnéticas, rayos gamma y rayos X, actualmente forma parte de la misión Messenger que arr

–Partamos de cero. Cuénteme a qué se dedica. –A la exploración espacial, en particular en lo que tiene que ver con los planetas. Dentro de esa especialidad, la exploración de campos magnéticos en el Sistema Solar. Eso involucra la parte

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experimental, o sea, construir instrumentos para realizar mediciones, como el magnetómetro. Y

se formó el Sistema Solar, cómo ha evolucionado y cómo va a evolucionar. Y para eso utilizamos lo que se denomina “planetología comparativa”, o sea,

rlo para ver qué ocurrió y qué ocurrirá en la Tierra.

eta. Todos los planetas se formaron calientes, se han enfriado y se siguen enfriando hasta llegar al estado

más rápido que otros. Unos formaron corteza y otros no. Vamos,

iones, etcétera. Lo vemos hoy y es un desierto. Pero en épocas antiguas tuvo agua. ¿Qué pasó con el agua?

una serie de conjeturas y preguntas que uno quiere contestar y ver cómo funciona todo esto.

hacer es frenarla para llegar a Mercurio y no pasarnos. Si la hubiésemos largado en una trayectoria directa necesitaríamos tanto combustible para frenarla que no sería

la nave.

Solar tuviera un dínamo activo. Es un planeta muy chico, y se enfrió rápido –relativamente, porque hoy está caliente–. Eso es un misterio. Además, Mercurio tiene una gran

omo la del hierro. Entonces nos preguntamos: ¿qué pasó con su corteza, adónde

formamos grandes equipos de investigación para interpretar las mediciones.

–¿Qué estudia? –Me interesa saber cómo

vemos qué ha pasado en distintos planetas y tratamos de interpreta

–¿Y por qué tanto hincapié en los campos magnéticos? –Ocurre que es la única medición que nos dice si el núcleo de un planeta está activo, si tenemos flujo de calor, si hay un dínamo o si es como la Luna que tiene un núcleo pero que está muerto.

Es una información fundamental para poder deducir la historia térmica de un plan

actual. Algunos se enfriaron como detectives, reconstruyendo con todas estas pistas la historia del Sistema Solar.

–Detectives espaciales. –Así es. En el caso de Marte nos interesa saber, por ejemplo, qué pasó con el agua. Marte es un planeta muy parecido a la Tierra, tiene el mismo período de rotación, tiene estac

¿Por qué no vemos agua hoy? ¿Podría pasar eso en la Tierra? De ahí salen

–Usted también forma parte del equipo de la misión Messenger. –Es cierto. La sonda Messenger va a llegar a Mercurio en 2011. Fue lanzada en 2004 y la razón por la que demora tanto es que debemos frenar la nave. Está cayendo hacia el Sol, que la atrae. Lo que queremos

práctico. Entonces lo que hacemos es aprovechar los otros planetas y su gravedad para ir frenando

–¿Por qué Mercurio despierta tanta curiosidad y se vuelve a él después de 30 años? –La primera misión, que fue la Mariner X –en la que también participé– hizo una serie de observaciones que además de respuestas generó nuevas preguntas. Por ejemplo, detectó la existencia de un campo magnético, no previsto, pues no se creía que el primer planeta del Sistema

densidad, casi cse fue?

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–¿Adónde? –Ni idea. Cuando se lo ve es como si estuviéramos viendo el núcleo desnudo del planeta que

do de los cráteres ona, no podemos

fósil, que está muriendo. La cosa es que no bargo lo tiene. Además está el hecho

ercurio y tenemos que completar la otra

taria fue Júpiter y Saturno con la I y II con los que analizamos todos

pos magnéticos y cosas como las cargadas. Los campos magnéticos son importantes también porque son r la cual viajan las partículas cargadas eléctricamente. Y mirando el mapa (el

–¿Algo más? a en

eza de las misiones

a é

–Tengo entendido que usted no está muy a favor de las misiones tripuladas. –Ningún científico en general que hace física espacial le va a decir que hay un componente científico importante en las misiones tripuladas.

ha sido despedazado. También se especula con la existencia de hielo en el fonde su polo norte, donde nunca da el Sol. Como no hay imágenes de esa zdescifrar si realmente es hielo u otra cosa.

–¿Cuando estudia a Mercurio lo hace pensando en la Tierra? –Por supuesto. ¿Qué pasaría si desapareciese mañana el campo magnético terrestre, o si se alterase? Podríamos saber más de eso estudiando a Mercurio. Se piensa que su campo magnético responde a la existencia de un dínamo puede ser que Mercurio tenga campo magnético y sin emde que sólo se tomaron imágenes de la mitad de Mparte.

UN PASEO POR EL SISTEMA SOLAR

–Usted pasó de estudiar Marte a Mercurio... –He pasado por varios planetas. Mi primera misión planesonda Pioneer XI, después trabajé en las misiones Voyager los planetas con la excepción de Plutón. Luego trabajé en la Luna.

–¿En la Luna? ¿No será que investigó la Luna? –Bueno, es lo mismo. Le decía que trabajé estudiando los camplasma y partícucomo las rutas pocampo magnético) podemos deducir qué pasa con ellas.

–Sí, trabajé en asteroides, cometas como el Halley, en Mercurio con el Mariner X y ahorMercurio de nuevo.

–¿En qué se diferencian las misiones espaciales de ayer con las actuales? –Una cuestión fundamental es el presupuesto. Han cambiado las prioridades políticas. Y quiérase o no, la política es la que determina el presupuesto. Misiones del costo de las Voyager ahora no son factibles desde el punto de vista económico. Además la naturalmismas cambiaron. La estrategia inicial fue hacer un barrido general por todos los planetas sin especializarse en ninguno y luego volver a cada uno con misiones más particulares parestudiar cosas puntuales. Hubo una especie de evolución. Y como sabemos más o menos quesperar, los instrumentos a bordo de las naves se hacen más especializados.

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–Es un show mediático. –En las misiones tripuladas pesa mucho el componente político y la decisión de la industria. La ciencia es más simple en ese sentido. Normalmente existe una polémica entre el sector científico e industrial que nos cuestiona por qué tiramos tal cosa en tal lugar que no da ningún resultado científico. Pero ése es un juicio nuestro.

–Eso se puede ver con los robots Spirit y Opportunity que están hace dos años recorriendo Marte. –En ese caso hay que definir qué se entiende por éxito. Aún dentro de la comunidad científica hay polémicas respecto de estos robotitos porque costaron 820 millones de dólares –lo cual es mucha plata–, son muy costosas de operar –en un momento costaba un millón de dólares por día moverlas– y eso sacrifica otros programas. Y hay que ver los resultados científicos de esos dos carritos espectaculares desde el punto de vista ingenieril. ¿Valieron la pena los 820 millones? No se tiene una respuesta muy clara en ese asunto.

–¿El factor presupuesto es tan importante? –Sí, mucho. Hay misiones que se abortan, se acortan, se suspenden. El transbordador espacial se abandonará en 2010, la estación espacial en 2020 porque cuesta mucho dinero operarla. Así se empiezan a sacrificar cosas para cambiar los objetivos de la exploración del espacio. La NASA en un momento estuvo indecisa y muchos científicos se preguntaban “¿qué hacemos ahora que ya llegamos a la Luna?”

–El famoso “¿y ahora qué?” A todo esto, ¿cómo es la nueva política de la agencia espacial norteamericana? –Bush la anunció en 2004 después de las elecciones. Estableció que el objetivo de la exploración espacial era fundamentalmente exploración tripulada empezando por la Luna y continuando con Marte.

–¿Y ustedes cómo vieron ese anuncio? –Buscamos en el presupuesto y no había plata para semejante cosa... Es cierto: se recorta de acá y de allá, pero es difícil dar con un equilibrio. Hay gente que dice que lo vamos a hacer pero otros, más viejos, somos escépticos. Hay muchos programas importantes que se han postergado porque el presupuesto ya no daba. El equilibrio que teníamos antes entre los vuelos tripulados y los no tripulados ahora está un poco distorsionado. El énfasis está puesto en misiones tripuladas. Esto estuvo influido por el accidente del transbordador Columbia.

–¿Cómo es eso? –Se estableció como prioridad número 1 retornar el transbordador espacial a operaciones y como prioridad número 2 completar la estación espacial internacional. Pero hay otras prioridades que se han alterado: la exploración de Marte hoy no tiene el apoyo que tenía hace tres años.

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–Pero está también la Agencia Espacial Europea. –Sí, pero su presupuesto es el 10% del de la NASA. Lo que se ha dificultado un poco es la colaboración internacional. Hay muchas discusiones y no se ven muchos programas conjuntos ahora entre Europa y Estados Unidos como había antes.

–¿A qué se debe? –Estados Unidos es un socio difícil. El proceso de interacción en lo que respecta a tecnología avanzada es muy complejo.

–Todo esto después del 11 de septiembre. –Es indudable que Estados Unidos ha cambiado. Ahora ejerce un control sobre la interacción con otra gente y otros países que antes no existía.

LA GRAN FIESTA

–¿En qué NASA le tocó trabajar? ¿En la NASA de la Guerra Fría o en la NASA burocrática? –Yo tuve la suerte de participar en los años de oro de la NASA, la época de la “gran fiesta”, cuando se hacían cosas espectaculares, descubrimientos por hora. Las misiones se organizaban en una reunión de café entre varios amigos. En los años sesenta nosotros lanzábamos tres o cuatro misiones por año. Hoy una misión tiene entre siete y doce años de gestación. Lo que pasa es que la oportunidad que tuvimos nosotros de formar experiencia y gente en un período muy corto, ahora no existe. El gran problema es ¿cómo le damos oportunidad a la gente joven para que se desarrolle y forme con la misma experiencia que nosotros tuvimos para hacer eso?

–Son otros tiempos. –Exacto. Cuando recién llegué a la NASA uno iba a la medianoche y los edificios estaban todos iluminados y la playa de estacionamiento, llena. Hoy vamos a NASA, los edificios están a oscuras y la playa de estacionamiento vacía. Eso da que pensar.

–¿Por qué cree que pasó eso? –Somos producto de una ecuación muy compleja. Y la política juega mucho en eso. No hay duda de que la carrera espacial con la Unión Soviética fue una fuerza motora impresionante. La NASA tuvo ese drama: “¿qué hacemos después de que les ganamos a los rusos?”. Además, yo creo que la imagen que el resto del mundo tiene de la NASA no la tiene el ciudadano norteamericano promedio.

–Ah, ¿no? ¿Qué imagen tiene? –La de una agencia que existió, que fue importante pero ahora está ahí, como una burocracia más.

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–Cuénteme algo malo de la NASA. –¿Usted quiere que me echen?

–... –Le cuento lo que ocurrió con un colega que se jubiló. Escribió una nota a sus amigos donde les dijo: “A mí me interesan los resultados, no el proceso. Hoy la NASA es sólo proceso”. Y eso define mucho los problemas que tenemos. Hoy hacer una cosa simple es sumamente complicado. ¿Por qué? Porque hay una serie de procesos que se han establecido, barreras burocráticas. Antes no teníamos que llenar 25 formularios para hacer una cosa simple.

EL BARRO DE LA GUAYANA FRANCESA

–Una de las críticas más fuertes que se le hacen a la NASA es que tiene una política de anunciar eventos, descubrimientos, con el fin de aumentar su presupuesto. –Muéstreme una agencia de cualquier país que no haga lo mismo.

–Bueno, pero de ahí a adoptarlo como política oficial... –No, no está adoptado como política oficial. Además, si uno tiene algo importante en su casa lo muestra a los vecinos, a todos. Sobre todo si los vecinos le traen plata.

–Pero el universo no es la “casa” de la NASA. –Es cierto.

–Cuénteme de un fracaso en sus 43 años en la NASA. –Hubo una misión que se llamó “Cluster”, cuatro satélites que debían volar en formación. En 199..., ya me olvidé cuándo. Esa misión partió a bordo del cohete Arianne V que salió de la Guayana Francesa. Nosotros habíamos contribuido con ocho instrumentos. Esa misión duró tan sólo 11 segundos. Explotó y terminó en el barro de la Guayana Francesa. No fue la primera vez. Tengo en mi historial otra misión, en 1980, con el Arianne I. Era un proyecto internacional con Alemania e Inglaterra para estudiar formaciones de campo magnético por medio de nubes de bario y litio. Esa duró 23 segundos.

–El doble de la otra misión. –Sí, tendré más o menos 14 instrumentos enterrados en el barro de la Guayana Francesa. No son fracasos, es mala suerte. Cuando fuimos a escuchar el lanzamiento un técnico de mi equipo me dijo: “Tengo un mal presentimiento”. Y ahí le respondí: “Nunca más me digas eso”.

–¿Y su mayor éxito? –Son varios. Pero me parecen más importante mi participación en las misiones Voyager I y II, el descubrimiento de los campos corticales-magnéticos de Marte, el descubrimiento de un

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anillo de Júpiter. Pero no son sólo éxitos míos porque trabajamos en equipo. Y también la misión Messenger que por ahora va muy bien.

–O sea, hasta el 2011 está usted bastante entretenido. –Estaré entretenido hasta que me pongan horizontal.

–Esta nota no estaría completa si no le pregunto por sus orígenes. –Pregúnteme.

–¿Dónde estudió? –En Tucumán. En 1963, cuando no había satélites, estudié la ionosfera. Me recibí allí de ingeniero electrónico y de doctor en física en Estados Unidos. Para esa época había una gran colaboración entre el Laboratorio Ionosférico de la Universidad Nacional de Tucumán y el Departamento de Ingeniería Eléctrica con NASA. Se formó un equipo de gente joven. Hasta que llegó el año 1966 y la maldita Noche de los Bastones Largos. Se cerró el laboratorio, me ofrecieron trabajo en la NASA y me fui.

–¿Qué comenzó haciendo? –Trabajé mucho con cohetes. Lanzamos más de 150. Y un buen día me cambié a la parte de exploración planetaria. Y después, todo es historia. Cuando uno se entusiasma es difícil parar.

–¿Y qué lo entusiasma? –La rutina de descubrimientos. Y otro detalle: imagínese que menos del 0,0001% de la humanidad ha tenido la oportunidad de poner las impresiones digitales en casi todos los objetos que recorren el Sistema Solar. Bueno, las mías están.

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CLARÍN.COM CIENCIA: EL COSMOS, EN SU ETAPA DE FORMACION, TUVO OTRO RITMO DE CRECIMIENTO Científicos argentinos revelan nuevos secretos sobre el origen del Universo Trabajan en el Centro Nacional de Investigaciones Científicas de París. Describieron, en base a "imágenes" captadas por el satélite WMAP, un fenómeno que ocurrió antes del Big Bang. Eliana Galarza egalarza@clarin.com Hubo un tiempo que tal vez fue hermoso pero en el que muchas ideas estaban equivocadas. El hombre pensaba que la Tierra era plana, que el Sol y los planetas giraban alrededor de la Tierra y hasta que la Luna era de queso. El espíritu científico del siglo XX desechó definitivamente esos equívocos e intentó ver más allá de la propia galaxia. Recordar: la Tierra es apenas una roca en el Sistema Solar (el grupo de planetas que gira alrededor del Sol). A su vez ese Sistema está inmerso en una gran galaxia: la nuestra es la Vía Láctea, donde hay miles de millones de estrellas. Y esa galaxia es una entre las miles de millones que conforman el Universo o Cosmos. La pregunta, de esta y todas las épocas, es ¿Cómo empezó todo?. Tres científicos argentinos, Norma Sánchez y Héctor de Vega, directores de Investigación del Centro Nacional de Investigaciones Científicas, el prestigioso CNRS de Francia, y Daniel Boyanovsky, profesor de la Universidad de Pittsburgh, en los Estados Unidos, plantearon una explicación muy importante para entender cómo fue el origen del Universo en su etapa más temprana. A esta altura, a muchos les puede aparecer la idea del Big Bang; y eso no es errado. Sólo que a la luz de la tecnología de este nuevo siglo —super satélites capaces de observar a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra y de captar con mayor precisión— se sabe que esa idea, que surgió en la década del 40, es un paradigma que continúa vigente pero que no responde en su totalidad a la pregunta. "El 24 de julio terminamos dos trabajos en el que basamos nuestra teoría. Antes del Big Bang hubo un período que se conoce como de inflación. Según observaciones del satélite WMAP se pudo comprobar un modelo de inflación lenta; lo que encontramos nosotros es que hay una cortísima etapa de inflación rápida antes de la lenta, ya conocida", comentó desde París a Clarín, Norma Sánchez. Esa contribución es vital para investigaciones futuras porque indica una probable dirección para encarar más trabajos sobre lo que se conoce como Teoría Inflacionaria. Y ayuda a entender cómo fue el origen del Universo en su etapa tempranísima, es decir, incluso antes del Big Bang.

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El hallazgo se hizo a partir de una de las "imágenes" captadas por el satélite WMAP (Ver infografía). En ella se observaba algo extraño. Según le comentó a Clarín De la Vega: "un espectro de fotones fósiles". Nadie se explicaba que hacía allí. El trío argentino encontró una explicación y, con ella, un nuevo camino: "Ya conocíamos el tren, ahora tenemos la dirección de hacia dónde conviene ir", señaló con entusiasmo Sánchez. "Queda mucho por hacer en el modelo de inflación, el aporte de este grupo argentino es bueno pero no es el único. Todavía faltan responder otras dos preguntas: qué son la materia oscura y la energía oscura, que constituyen el 95 por ciento de los componentes del Universo", reflexionó Héctor Vucetich, del Observatorio de La Plata, y maestro, hace 30 años, del trío tan mentado. El tema de los contenidos del Cosmos es otro punto apasionante. El WMAP confirmó estas estadísticas: el Universo se compone un 4.4 por ciento de átomos, 22 por ciento de materia oscura y un 73 por ciento de energía invisible. También reveló la edad exacta del Universo, con un error del 1%: 13.700 millones de años. Además, sería de geometría plana, es decir, de curvatura cero. Pero en Cosmología, lo que se observa hoy puede interpretarse de manera distinta mañana. "La cosmología es la rama de la ciencia que estudia cómo es la estructura y la evolución en el tiempo del Universo (como un todo) a gran escala. El modelo que propusieron estos argentinos desde Francia parece ser una variante novedosa y a la vez contrastable con los datos hasta la fecha", comentó Gabriel Bengochea, del Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE). Para Alejandro Gangui, también del IAFE y autor del libro "El Big Bang, la génesis de nuestra cosmología actual", "Lo importante es no creer que un modelo que se logra explica todas las observaciones". La respuesta final no aparece; pero el modo de encontrarla está cada vez más cerca.

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Nobeles y bemoles fósiles del mismísimo Big Bang

El Premio Nobel de Física cayó este año en manos de dos norteamericanos que investigaron la infancia del universo y encontraron una fuerte evidencia en favor de la teoría del Big Bang.

Los astrofísicos George Smoot y John Mather se dividirán casi un millón de euros que otorga la Real Academia de las Ciencias sueca.

Por Federico Kukso Si hay algo que no tienen hoy los premios Nobel, son sorpresas o, como se dice, científicos “tapados” que hagan saltar las mesas de apuestas o que abran mandíbulas en expresión de asombro. La ecuación es simple: si se es hombre, estadounidense, de más de 35 años y si se lo cita profusamente en papers como alta autoridad de referencia, se tienen altas probabilidades de terminar el año con una medalla, un cheque por 10 millones de coronas suecas (algo así como un millón de euros) y una invitación para viajar el 10 de diciembre a una gran ceremonia en Estocolmo, Suecia. Tal vez por eso, el anuncio de que el Nobel de Física de este año se dividía en partes iguales entre los astrofísicos estadounidenses John Mather y George Smoot no causó ningún revuelo, más bien cierta sensación tranquilizadora de pronóstico cumplido y, además, de galardón bien otorgado. En palabras de la Real Academia de las Ciencias sueca, los científicos –principales investigadores del satélite COBE, lanzado por la NASA en 1989– recibieron el premio por su “descubrimiento de la forma de cuerpo oscuro y la anisotropía de la radiación cósmica de microondas de fondo”, o lo que es (casi) lo mismo, por sus mediciones del universo en su estado primordial, infantil.

“Sus investigaciones aportaron un gran espaldarazo a la teoría del Big Bang”, explicó a Página/12 el astrofísico Alejandro Gangui, investigador del Conicet y del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA. “Los nombres de Mather y Smoot se veían venir pues verificaron en la práctica lo que se venía pensando: ratificaron la idea de que el universo tiene un pasado, caliente y denso, muy distinto del presente.”

La historia es así: a lo largo del siglo XX la visión que el ser humano tenía del universo sufrió un vuelco. De un universo clásico, infinito, eterno, un paisaje estático y de pasmosa tranquilidad –ya no sostenido por los caparazones de tortugas antiguas– se pasó con el correr de los años a un universo movedizo, en continua y acelerada expansión y que había tenido un comienzo en el tiempo. Las galaxias, que se separan día a día un poquito más unas de las otras, no pudieron estar alejándose desde siempre. La expansión tuvo que haber tenido un punto cero, un momento de arranque. Así comenzó la exploración hacia atrás, rebobinando la cinta del tiempo, con el objetivo de llegar hasta los albores de la gran explosión, el Big Bang, el “tiempo cero”. Entre descubrimiento y descubrimiento, en 1964 Arno Penzias y Robert Wilson hallaron accidentalmente el “eco” de aquella explosión: la “radiación cósmica de microondas” o

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“radiación del fondo cósmico” nacida del momento en que se separaron materia y radiación, 300 mil años después del “tiempo cero” (ahora se sabe que tiene 13.700 millones de años), una radiación que baña al universo por completo y se considera la principal evidencia del modelo cosmológico del Big Bang.

Ahí entran en escena Mather (60 años, del NASA Goddard Space Flight) y Smoot (61 años, de la Universidad de Berkeley): entre 1989 y 1996 lideraron a un equipo de más de 1500 científicos y se encargaron de los instrumentos del satélite COBE (Cosmic Background Explorer) de la NASA que desde órbita midió pequeñas variaciones o “arrugas” en la temperatura de la radiación de fondo cósmico que muestran las irregularidades que condujeron luego a la formación de las primeras galaxias o estrellas.

“Hemos observado lo que creemos que son las más grandes y más antiguas estructuras del universo”, dijo por entonces un alegre George Smoot, antes de tirar, en pleno éxtasis cosmológico, otra de esas frases inmortalizadas para el recuerdo: “Hallamos evidencia del nacimiento del universo; es como haber visto a Dios”.

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Enviado por : Heber Rizzo 2006-03-09 23:28:00 Tres enigmas cósmicos y una propuesta audaz

La energía oscura y la materia oscura, dos de los mayores misterios que confrontan los físicos, pueden ser los dos lados de una misma moneda. Una nueva y todavía no descubierta clase de estrella podría explicar ambos fenómenos y, a la vez, borrar los agujeros negros del léxico cosmológico. La audaz idea proviene de George Chapline, un físico del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California, y el premio Nóbel Robert Laughlin de la Universidad de Stanford y sus colegas. La semana pasada, el 22º Encuentro de Gravedad de la Costa del Pacífico en Santa Bárbara, California. Chapline sugirió que los objetos que hasta ahora hemos considerado como agujeros negros podrían en realidad ser estrellas muertas que se forman como resultado de un oscuro fenómeno cuántico. Estas estrellas podrían explicar tanto la energía oscura como la materia oscura.

Impresión artística de un agujero negro con una estrella compañera

cercana que ha excedido su límite de Roche. La materia que cae forma un disco de acreción, y parte de ella es eyectada en forma de

chorros polares altamente energéticos. La radical sugerencia podría esquivar algunos problemas fundamentales que presenta la existencia de los agujeros negros. Uno de estos problemas surge de la idea de que una vez que la materia cruza el horizonte de eventos de un agujero negro (el punto a partir del cual ni siquiera puede escapar la luz), resulta destruida por la singularidad que se encuentra en el centro del agujero negro. Como la información sobre la materia se pierde para siempre, este hecho entra en conflicto con las leyes de la mecánica cuántica, que afirman que la información nunca puede desaparecer del universo.

Otro problema es que la luz de un objeto que cae hacia el agujero negro se estira tan dramáticamente por la inmensa gravedad que hay allí, que los observadores externos verían que el tiempo se congela: el objeto parecerá quedar para siempre en el horizonte de eventos. Este congelamiento del tiempo viola también la mecánica cuántica. “Por algún tiempo, la gente ha estado vagamente incómoda con estos problemas, pero han supuesto que se los resolvería algún día”, dice Chapline. “Pero eso no ha sucedido, y estoy seguro de que cuando los historiadores miren hacia atrás, se preguntarán porqué la gente no cuestionó estas contradicciones”.

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Mientras buscaba formas de evitar estas paradojas físicas, Chapline y Laughlin encontraron algunas respuestas en un fenómeno no relacionado: el extraño comportamiento de los cristales súper-conductores cuando pasan a través de algo llamado “transición crítica de fase cuántica”. Durante esta transición, se predice que el espín de los electrones en los cristales fluctúe muchísimo, pero esta predicción no surge de la observación. En cambio, las fluctuaciones parecen enlentecerse, y aún desaparecer, como si el propio tiempo se hubiera frenado.

La gente se ha sentido inquieta con estos problemas de los agujeros negros, pero pensó que se resolverían. Eso no ha sucedido.

“Fue entonces que tuvimos nuestra epifanía”, dice Chapline. Él y Laughlin se dieron cuenta de que si una fase crítica de transición cuántica ocurriera en la superficie de una estrella, enlentecería el tiempo y la superficie se comportaría exactamente como el horizonte de eventos de un agujero negro. La mecánica cuántica no se vería violada porque en este escenario el tiempo nunca se detendría completamente. “Comenzamos con efectos que realmente se ven en el laboratorio, y pienso que eso le da mayor credibilidad que la que tienen los agujeros negros”, comenta Chapline.

Con esta idea en mente, ellos (junto a Emil Mottola del Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo México, Pawel Mazur de la Universidad de Carolina del Sur en Columbia y otros colegas) analizaron el colapso de estrellas masivas en una forma que no permite ninguna violación de la mecánica cuántica. De hecho, en lugar de agujeros negros, su análisis predice una transición de fase que crea una delgada cáscara cuántica crítica. El tamaño de la cáscara está determinado por la masa de la estrella y, crucialmente, no contiene una singularidad espacio-temporal. En lugar de ella, la cáscara contiene un vacío, igual al vacío contenedor de energía del espacio libre. A medida que la estrella colapsa a través de la cáscara, se convierte en energía que contribuye con la energía del vacío.

Los cálculos del equipo demuestran que la energía de vacío dentro de la cáscara posee un poderoso efecto antigravitatorio, exactamente igual a la energía oscura que parece estar haciendo que se acelere la expansión del universo. Chapline ha bautizado a los objetos producidos de esta manera con el nombre de “estrellas de energía oscura”.

Aunque podría esperarse que este efecto antigravitatorio hiciera estallar a la estrella, los cálculos de Francisco Lobo de la Universidad de Lisboa en Portugal han demostrado que estrellas estables de energía oscura podrían existir para un número de modelos diferentes de energía de vacío. Lo que es más, estas estrellas estables tendrían cáscaras que estarían cerca de la región donde se formaría el horizonte de eventos de un agujero negro.

“Las estrellas de energía oscura y los agujeros negros tendrían geometrías externas idénticas, de modo que su diferenciación resultará muy difícil”, dice Lobo. “Todas las observaciones utilizadas como evidencia de agujeros negros (su tirón gravitatorio sobre los objetos y la formación de discos de acreción de materia a su alrededor) podrían también utilizarse como evidencia de estrellas de energía oscura”. Eso no significa que sean completamente indistinguibles. Mientras que supuestamente los agujeros negros tragan todo lo que pasa a través de su horizonte de eventos, las cáscaras cuánticas críticas serían senderos de dos vías, dice Chapline. La materia que cruza la cáscara se desintegra, y la antigravedad debería expulsar algún remanente hacia fuera. También, los quarks que crucen la cáscara deberían desintegrarse liberando positrones y rayos

El vacío dentro de la estrella tiene un poderoso efecto antigravitatorio, exactamente igual al de la energía oscura que está expandiendo el universo.

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gamma, los que surgirían de la superficie. Esto podría explicar el exceso de positrones que se observan en el centro de nuestra galaxia, alrededor de la región que hasta ahora se ha considerado que alberga un agujero negro masivo. Los modelos convencionales no pueden explicar adecuadamente estos positrones, comenta Chapline.

Él y sus colegas han calculado también el espectro energético de los rayos gamma liberados. “Es muy similar al espectro observado en los estallidos de rayos gamma”, dice Chapline. El equipo predice también que la materia que cae en una estrella de energía oscura calentará la estrella, haciendo que emita radiación infrarroja. “A medida que los telescopios mejoren a lo largo de la próxima década, seremos capaces de buscar esta luz”, dice Chapline. Es una teoría que debería ser comprobada por sí o por no en cinco o diez años”.

El experto en agujeros negros Marek Abramowicz de la Universidad de Gotemburgo en Suecia concuerda con que la idea de las estrellas oscuras merece ser estudiada. “Realmente, no tenemos pruebas de la existencia de los agujeros negros”, dice. “Es una alternativa muy interesante”.

La consecuencia más intrigante de esta idea tiene que ver con la fuerza de la energía de vacío dentro de la estrella de energía oscura. Esta energía está relacionada con el tamaño de la estrella, y para una estrella tan grande como nuestro universo, la energía de vacío calculada que se encuentra dentro de su cáscara iguala al valor de la energía oscura que vemos hoy en el universo. “Es como si estuviéramos viviendo dentro de una gigantesca estrella de energía oscura”, dice Chapline. Por supuesto, todavía no hay ninguna explicación para el surgimiento de una estrella del tamaño del universo.

Al otro lado de la escala de tamaños, pequeñas versiones de estas estrellas podrían explicar la materia oscura. “El Big Bang habría creado cantidades incontables de diminutas estrellas de energía oscura a partir del vacío”, dice Chapline, quien trabajó en la idea con Mazur. “Nuestro universo está impregnado de energía oscura, con diminutas estrellas de energía oscura salpicadas por todas partes”. Estas pequeñas estrellas de energía oscura se comportarían como partículas de materia oscura: su gravedad podría tirar de la materia a su alrededor, pero serían invisibles para cualquier otro efecto.

Abramowicz dice que sabemos muy poco sobre la energía oscura y sobre la materia oscura como para juzgar la idea de Chapline y Laughlin, pero que no la está descartando en primera instancia. “Por lo menos, se puede decir que la idea no es imposible”.

Traducido para Astroseti.org por Heber Rizzo Baladán

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Será el experimento más grande de la historia

La Argentina, en un ensayo del Big Bang Fue aprobada su participación en un proyecto que intentará recrear el primer segundo del universo En algún momento del año próximo, 1800 físicos de 37 países van a poder atisbar cómo fue el universo menos de un segundo después del Big Bang. Lo hará posible el experimento científico más grande de la historia, y la Argentina tiene asegurado un lugar en primera fila: hace una semana fue formalmente aceptada su participación en el experimento Atlas -del Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN, según sus siglas en francés)-, encargado de detectar las interacciones de protones lanzados a velocidades cercanas a la de la luz y que chocarán entre sí a energías nunca antes creadas en la Tierra, algo que -se espera- permitirá resolver algunos de los misterios más elusivos de la ciencia. "Es un momento histórico, porque reafirma nuestra capacidad de participar científicamente, al máximo nivel mundial", se enorgullece la doctora María Teresa Dova, docente de la Universidad de La Plata, investigadora del Conicet y una de las arquitectas del acuerdo que permitirá a físicos, ingenieros, matemáticos y especialistas en ciencias de la computación argentinos formar parte de la colaboración internacional que está construyendo el Large Hadron Collider (LHC), el más grande y poderoso acelerador de partículas del mundo, un túnel circular de 27 kilómetros sepultado a cien metros de profundidad cerca de la frontera entre Suiza y Francia. "El objetivo primordial del CERN es entender la estructura íntima de la materia -explica Dova-. De alguna manera, con el LHC tenemos la posibilidad de ir hacia atrás en el tiempo y reproducir las condiciones que existían en los primeros segundos después del Big Bang. El día en que se encienda el LHC no sabemos qué es lo que vamos a encontrar; sin duda marcará una inflexión en la ciencia." Según la investigadora, cuando el "monstruo" subterráneo esté en funciones y las partículas subatómicas empiecen a estrellarse unas contra otras, los científicos tendrán que detectar y analizar miles de millones de interacciones por segundo. "Es una frecuencia impresionante -detalla-. No se pueden registrar todas, porque llenarían ¡veinte kilómetros de CD por año! Por eso se están redactando los algoritmos necesarios para registrar solamente las que resulten de interés, alrededor de 200 por segundo." El Atlas es uno de los detectores. Grande como una catedral -de 26 metros de altura por 46 de largo-, contiene imanes superconductores que se enfriarán a dos grados por encima del cero absoluto (-271°C), lo que convertirá al LHC en el sitio más frío de la Tierra, incluso más que el espacio exterior. El instrumento registrará la huella de las partículas, medirá sus energías y analizará los residuos de las colisiones que pueden revelar otras hasta ahora desconocidas y procesos que ocurren en el interior de la materia. "El menú de tareas que podíamos elegir es enorme -cuenta Dova-. El Departamento de Física

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de la Universidad Nacional de La Plata tiene una historia riquísima de colaboración con el CERN, pero esto excede lo que puede hacer un solo grupo. De modo que participarán también el Laboratorio de Electrónica Industrial, Control e Instrumentación (Leici), el Centro de Cómputos, el grupo de altas energías de la UBA y también Repsol YPF, porque todo esto debe tener una «pata» en la industria." Tras presentar una carta de interés, la petición de la Argentina fue discutida por el consejo de dirección del CERN. El viernes 24 de febrero Dova debió esperar 40 minutos fuera de la sala donde se discutían desde los problemas financieros hasta la física de los experimentos. Luego, cuando la invitaron a pasar, la sorprendieron los aplausos y felicitaciones: "En lo profesional fue lo más emocionante que me pasó en la vida", asegura.

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Por Nora Bär De la Redacción de LA NACION El horizonte de la física El experimento

• Acelerará haces de protones a velocidades cercanas a la de la luz y los hará chocar "de frente" a una energía de hasta 14 mil millones de electronvoltios para reproducir las condiciones del principio del universo.

Quiénes participan

• Más de 1500 científicos de 37 países. La Argentina y Brasil son las únicas naciones latinoamericanas que intervienen.

Las oportunidades

• Físicos e ingenieros argentinos tendrán la posibilidad de trabajar en el horizonte de la ciencia, preparando software y hardware para el instrumento Atlas, que detectará las colisiones entre partículas.

Notas relacionadas Fotos

El interior de una "catedral" de la tecnología: el Atlas, en plena construcción Foto: CERN

Científicos detectaron el objeto más extenso del Universo Es una estructura que mide 200 millones de años luz y está compuesta por galaxias y enormes burbujas de gas. Fue hallada por investigadores japoneses que trabajan con telescopios en la isla de Hawai. Sociedad Una estructura compuesta por galaxias y grandes burbujas de gas, que tiene una forma parecida a la de una ameba pero con 200 millones de años luz de ancho, fue detectada recientemente por científicos que trabajan en la isla de Hawai, quienes la identificaron como "el objeto conocido más extenso del universo".

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Las galaxias que se ubican dentro de la estructura recién descubierta están "compactadas" entre sí, separadas por distancias cuatro veces menores a las habituales en el universo. Según las imágenes tomadas por los especialistas, tanto esas galaxias como las burbujas de gas están alineadas a lo largo de tres filamentos curvos, que se habrían formado unos 2.000 millones de años luego del Big Bang.

Los investigadores estiman que el descubrimiento les dará una nueva perspectiva sobre el aspecto de la estructura del cosmos a gran escala. "La estructura que hemos descubierto, y otras similares, son probablemente los precursores de las enormes estructuras que vemos hoy en día y que contienen múltiples grupos de galaxias", comentó Ryosuke Yamauchi, de la Universidad de Tokio, uno de los miembros del equipo que trabajó con los telescopios Subaru y Keck, que están en Mauna Kea, Hawai.

Algunas de las burbujas de gas tienen hasta 400.000 años luz de ancho, y se habrían formado cuando las primeras estrellas masivas explotaron como supernovas y expulsaron el gas que las rodeaba. Pero hay otra teoría: las burbujas serían capullos gigantes de gas, de los que algún día nacerán nuevas galaxias.

Fuente: agencias

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El chip que buscará vida en Marte Científicos europeos presentaron la tecnología que irá a bordo del vehículo explorador ExoMars, la próxima misión a Marte de la Agencia Espacial Europea.

Uno de los experimentos clave será el Life Marker Chip (LMC), un chip que buscará señales de vida en el suelo marciano.

Los resultados podrían ser la prueba definitiva de la posible presencia de vida en el Planeta Rojo.

"También brindarán información importante sobre el ambiente biológico de Marte para posibles misiones tripuladas en el futuro" dijo a BBC Mundo el doctor Jorge Vago, coordinador científico del proyecto ExoMars.

Vida

ExoMars es la misión que la Agencia Espacial Europea (ESA) prepara para lanzar a Marte en 2011.

El proyecto de 600 millones de Euros consistirá de un vehículo explorador de unos 200 kilogramos que estudiará el medio ambiente y la composición geológica del planeta rojo.

"La misión tiene como objetivo fundamental buscar señales de vida en Marte, tanto pasada como presente", señala Jorge Vago.

"Su objetivo secundario es tratar de explicar cuál es la variación en composición y en geoquímica que tienen lugar en los primeros dos metros del suelo marciano" agrega el científico.

"La hipótesis con la que trabajamos es que en el suelo del planeta hay sustancias antioxidantes muy reactivas que destruyen las moléculas orgánicas", dice Vago.

Es por eso que la misión intentará también buscar sustancias orgánicas debajo de la superficie para descubrir si se lleva a cabo ese proceso de destrucción.

Para llevar a cabo estos objetivos, el vehículo explorador lleva a bordo tres tipos de instrumentos.

En primer lugar están los panorámicos, incluidas las cámaras que permitirán observar el ambiente alrededor del vehículo explorador.

Después están los instrumentos de acercamiento, como cámaras microscópicas, con las cuales se observarán objetos en detalle, como rocas o muestras de suelo.

La tercera parte es el Laboratorio Analítico "Pasteur", que va dentro del vehículo y donde se realizarán los análisis en escala microscópica y molecular de las muestras obtenidas.

Y allí va el chip buscador de señales de vida o LMC.

Moléculas

"El LMC es uno de los tres componentes del laboratorio especializados en la detección de vida", aplica Juan Vago.

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Uno es un instrumento de muy alta sensibilidad para estudiar una gama pequeña de moléculas, llamado UREY.

Otro es el Gas Cromatógrafo y Espectrómetro de Masa o GMCE, que es de baja sensibilidad pero puede detectar un rango muy amplio de moléculas.

Y el tercero es el LMC, que es de alta sensibilidad y aunque cubre pocas moléculas puede detectar una amplia variedad de componentes.

Por ejemplo, explica el científico, el LMC analizará la presencia de moléculas como aminoácidos, que son los principales componentes de las proteínas.

Y también podrá detectar trifosfato de adenosina, que es la molécula básica involucrada en la transferencia de energía en las células.

"La fuerza del ExoMars radica en utilizar estos tres instrumentos al mismo tiempo para lograr la mejor cobertura científica posible", afirma el científico de la ESA.

Agrega que "si en Marte existe vida y ésta tiene una composición química similar a la vida terrestre, estos instrumentos nos lo demostrarán".

Obviamente el sistema tendrá que ser suficientemente liviano y suficientemente resistente para soportar las enormes exigencias que requiere un vuelo de 500 millones de kilómetros a Marte.

Hasta ahora sin embargo, todo es sólo un proyecto.

Según la Agencia Espacial Europea el paquete de Investigación y Desarrollo del ExoMars costará 2,5 millones de Euros.

Se espera que los instrumentos empiecen a ser desarrollados próximamente por un consorcio internacional de ingenieros y científicos. http://www.lanacion.com.ar/cienciasalud/nota.asp?nota_id=814847LANACION.com | 15.06.2006 | 02:18 | Ciencia/Salud

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· Viernes 10 de marzo de 2006

Habrían hallado agua en una luna de Saturno WASHINGTON (EFE).- La sonda espacial Cassini, de la NASA, descubrió lo que parecería ser agua en grandes cantidades que "estallan como un géiser" en la luna Enceladus, de Saturno, reveló ayer el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la agencia espacial de EE.UU. Las imágenes captadas por las cámaras de Cassini mostraron que se trata de columnas de hielo disparadas a grandes alturas desde la superficie, que está por encima de los cero grados. "Es raro que tengamos pruebas de agua líquida en un cuerpo tan pequeño y helado", dijo Carolyn Porco, directora del equipo encargado de procesar las imágenes enviadas por Cassini en el Instituto de Ciencias del Espacio. "Si estamos en lo correcto, habremos multiplicado considerablemente los lugares del sistema solar en los que pueden existir las condiciones para el desarrollo de organismos vivientes", añadió. Según John Spencer, científico de la misión de Cassini, la luna Enceladus se suma a los otros cuerpos donde existe actividad volcánica en el sistema solar. "Antes sabíamos de al menos tres lugares donde existe actividad volcánica: la Tierra; la luna Io, de Júpiter, y posiblemente Tritón, una luna de Neptuno", señaló. "Cassini ha cambiado todo eso y ha convertido a Enceladus en el último miembro del club de los lugares atractivos del sistema solar", añadió. Link permanente: http://www.lanacion.com.ar/787477 Fotos

Enceladus, vista desde Cassini Foto: SCIENCE

MIERCOLES 18 OCT 2006

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El telescopio espacial Hubble logró fotografiar el choque de dos galaxias Se trata de la imagen más nítida que se obtuvo hasta el momento de una colisión galáctica y del nacimiento de miles de millones de estrellas. El fenómeno se inició hace 500 millones de años.

IMPACTO. Así se ve la fusión de las galaxias Antannae. (Foto: NASA/ESA)

La imagen captada por el telescopio espacial Hubble de la NASA asombra. Sucede que nunca antes se había fotografiado con tanta claridad un fenómeno tan maravilloso: un choque galáctico y el nacimiento de miles de millones de nuevas estrellas. La NASA informó que la Cámara Avanzada para Reconocimientos que se encuentra a bordo del Hubble captó la violenta colisión de una pareja de galaxias -llamadas "Galaxias Antannae"- que antes se encontraban aisladas. Se trata de dos galaxias espirales separadas por una distancia de 62 millones de años luz en la constelación del Cuervo, que comenzaron a fusionarse hace 500 millones de años. Este dato, dijeron los especialistas, las convierte en "el ejemplo más cercano y joven de una pareja de galaxias chocantes". La fotografía muestra claramente el choque de las galaxias y -debido al importante desprendimiento de gas provocado durante la fusión- el surgimiento de miles de millones de nuevas estrellas. La gran mayoría de estos agrupamientos de estrellas se "dispersarán", pero los grupos mayores sobrevivirán. Los científicos de la NASA consideran que estas imágenes permiten obtener "un avance sobre qué puede pasar cuando la Vía Láctea probablemente choque con la vecina galaxia Andrómeda dentro de unos 6.000 millones de años". El Hubble es un telescopio robótico localizado en los bordes exteriores de la atmósfera, en órbita circular alrededor de la Tierra a 593 kilómetros sobre el nivel del mar. Fue puesto en órbita el 24 de abril de 1990 como un proyecto conjunto de la NASA y de la Agencia Espacial Europea (ESA) para inaugurar el programa de "Grandes Observatorios".

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Otros materiales: Ninguno.

Contenidos relacionados: Los contenidos que se pueden relacionar con esta actividad son: el método científico, estudio de la física, concepto de teorías e hipótesis como el inicio del trabajo científico, teorías cosmológicas, el origen del universo.

Breve introducción al tema:

La astronomía (del griego: αστρονομία = άστρον + νόμος, etimológicamente la "Ley de las estrellas") es la ciencia que estudia los astros a partir de la información que nos llega de ellos a través de la radiación electromagnética.

La astronomía es una de las pocas ciencias en las que los aficionados aún pueden jugar un papel activo, especialmente en el descubrimiento y seguimiento de fenómenos como curvas de luz de estrellas variables, descubrimiento de asteroides y cometas etc.

La historia de la astronomía es tan antigua como la historia del ser humano. Antiguamente, la astronomía se ocupaba solamente de la observación y predicciones de los movimientos de los objetos visibles a simple vista, quedando separada durante mucho tiempo de la Física. Se dividió la bóveda celeste en constelaciones llamando constelaciones zodiacales a las doce que marcan el movimiento anual del Sol en el cielo. Los antiguos griegos hicieron importantes contribuciones a la astronomía, entre ellas, la definición de magnitud.

En la astronomía, la información es recibida principalmente de la detección y el análisis de la radiación electromagnética (luz visible, infrarrojo, ondas de radio), pero también se puede obtener información de rayos cósmicos, neutrinos, meteoro.

Detalle de la experiencia:

Básicamente la actividad se desarrolla en tres partes, por un lado se le dará una

introducción al tema de estudio de la astronomía con la participación de los alumnos. Luego se les repartirán los textos seleccionados por el docente por grupo. La segunda etapa consistirá en el análisis de estos textos, con una lectura detallada de los mismos y contestando una serie de preguntas que servirán como guía para la reflexión y el análisis. Aclaramos que las preguntas serán las mismas para todos los grupos y facilitan el trabajo.

Por último, cada grupo realizará una breve exposición del artículo analizado y contestar la guía de preguntas propuestas. Cabe señalar, que la guía de preguntas es movible y el docente puede modificarla a su gusto, e incluso pueden surgir nuevos interrogantes durante la exposición de los grupos. Esto enriquecería aún más la actividad.

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Actividades de la experiencia Antes de la experiencia: Las preguntas orientadoras que se proponen para esta actividad se dan a continuación:

¿Cuál es el tema desarrollado en el artículo? ¿Hay un tema de investigación actual que se mencione? ¿A cargo de quienes esta la investigación? ¿En dónde se desarrollan estas? ¿Qué tipos de instrumentos tecnológicos son utilizados? ¿Se menciona alguna teoría? ¿Cuál? ¿Se contradice en algún momento las

teorías con los nuevos datos obtenidos? ¿La noticia da cuenta de un avance en la ciencia? ¿Cuál sería? ¿Hay predicciones futuras? ¿Cuáles? La investigación mencionada ¿Tienen algunas limitación? ¿Cuál? Puede que

no esté escrita ¿Se les ocurren algunas limitaciones? Entendemos por limitación como disponibilidad de recursos tecnológicos, monetarios, de accesibilidad o monetarios, etc.

¿Qué tipos de datos son recopilados por los científicos para este trabajo? Si no se mencionan ¿cuáles pueden ser?

. Después de la experiencia: Después del análisis de los textos se propone que cada uno de los grupos comparta a los demás su análisis.

Actividad extra: Como actividad extra se podría armar un glosario con los

términos desconocidos por los estudiantes, los cuales quedaran para que ellos investiguen y se relacionen más con el tema.

Actividades propuestas para luego de la experiencia:.

Bibliografía – links: Fuentes sugeridas para docentes y alumnos. � Wikinoticias tiene noticias relacionadas con Astronomía.

• www.astroguía.org: Portal de Astronomía y Ciencias Relacionadas. • www.astroenlazador.com: Noticias y artículos sobre astronomía.

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Telescopio refractor y reflector: Funcionamiento y

construcción

Tema: El funcionamiento del telescopio refractor y reflector. Sus componentes básicos.

Objetivo de la experiencia:

Comprender el funcionamiento de uno de los instrumentos ópticos más sencillos. Determinar los componentes básicos de un telescopio refractor y reflector Manipular los elementos que componen un telescopio refractor y reflector para

el diseño uno que funcione eficientemente. Relacionar el funcionamiento del telescopio con algunos conceptos básicos de

óptica como refracción y reflexión de la luz.

• Nivel: ESB o Polimodal. • Dificultad: Nivel medio. Es posible que sea necesario antes de realizar esta actividad

una pequeña introducción de temas como la refracción de la luz y lentes. • Seguridad: No es necesario tener consideraciones especiales para esta actividad.

• Tiempo estimado: Se estima un tiempo de 30 minutos.

Cantidad de integrantes por grupo: Debido a la cantidad de materiales disponibles en la valija se recomienda dividir la clase en dos. Esto puede cambiar si se les pide a chicos que traigan lupas extra para trabajar.

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Materiales a utilizar de la valija: Se utilizaran las cuatro lupas de distinto tamaño, el telescopio refractor, espejo esférico, espejo plano, trípode, cámara MEADE y software de instalación para poder visualizar, si es posible, las imágenes captadas por el telescopio en la pantalla de una PC.

Otros materiales: Es a gusto del docente pedir o llevar lupas, espejos extras para trabajar con mayor comodidad.

Contenidos relacionados: Los contenidos con los que se pueden relacionar son: Refracción y reflexión de la luz, lentes, foco y distancia focal, la luz y el sonido, velocidad de la luz, espejos esféricos, antenas parabólicas, descomposición de la luz y espectro.

Breve introducción al tema:

En la refracción de la luz, la luz cambia su velocidad al ir de un medio a otro torciendo los haces de luz. En el caso de la lente, al pasar el rayo del aire al vidrio la velocidad de la luz disminuye acercándose el rayo de luz hacia la normal de la superficie. Existen dos tipos de lentes: convergentes y divergentes. En el caso de las lentes convergentes estas desvían la luz que incide paralela hacia un punto focal, donde se concentran los rayos de luz que se puede ver en el caso de las lupas como un punto más iluminado. En el caso de una lente divergente los haces de luz incidentes paralelos al eje principal no convergen en un punto, sino que divergen de tal forma que la luz parece provenir de cierto punto.

Las lentes convergentes pueden producir aumento, se dice que hay aumento cuando usamos una lente para observar una imagen con un ángulo de visión mayor que el que subtiende a simple vista. Una lente de aumento no es más que una lente convergente que incrementa el ángulo de visión y nos permite ver más detalles. Las lentes convergentes sólo producen aumento si el objeto está entre el punto focal y la lente. Cuando el objeto está más lejos de la lente convergente que el punto focal se forma una imagen invertida.

Un telescopio simple como el refractor emplea dos lentes para formar una imagen real de un objeto distante. La imagen que forma la primera lente, llamada objetivo, se proyecta hacia otra lente que funciona como lente de aumento. La segunda lente, llamada ocular, está situada de tal modo que la imagen que produce la primera lente se encuentra a menos de una distancia focal del ocular. Cuando se mira por un telescopio de este tipo se observa la imagen de una imagen. Su funcionamiento es muy similar al de un microscopio. Sin embargo existen importantes dificultades técnicas que impiden realizar telescopios refractores de gran tamaño y de gran apertura, ya que resulta difícil elaborar lentes útiles de gran tamaño y suficientemente ligeras para el objetivo. Por otro lado, hay problemas de calidad de la imagen debido a pequeñas burbujas de aire atrapadas en el cristal de la lente principal. La mayoría de estos problemas se resuelven utilizando un telescopio reflector.

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El telescopio reflector es un telescopio óptico que utiliza espejos en lugar de lentes para enfocar la luz y formar imágenes. El primer telescopio reflector fue diseñado para evitar el problema de la aberración cromática, una degradación notable de las imágenes en los telescopios refractores de la época (posteriormente este problema se resolvió utilizando lentes acromáticas). El reflector clásico formado por dos espejos y un ocular se conoce como reflector Newtoniano (como puede verse en la figura). En resumen, en este telescopio la luz del objeto es captada por el espejo cóncavo que refleja los rayos que inciden paralelos para juntarlos en su foco, antes de

esta distancia focal, a 45º se introduce un espejo plano que desvía los rayos hacia una lente ocular. La lente ocular se ubica en el foco y aumenta el objeto observado. Algunas propiedades generales de los telescopios, razón focal, brillo de la imagen, aumento:

Es habitual que cuando se hable de telescopios se los caracterice según los

parámetros que arriba figuran. De acuerdo con el tipo de objetos astronómicos que queramos observar y sus particularidades, algún tipo de telescopio será más propicio que otro. Es muy difícil construir un telescopio que se adapte a todas nuestras necesidades, generalmente si conseguimos un telescopio para observar mejor a objetos luminosos como planetas o la Luna, tendremos problemas a la hora de observar otros más tenues y difusos como por ejemplo una galaxia o una nebulosa.

El espejo o lente principal (también conocidos como objetivo) de un telescopio se caracteriza por su diámetro y su distancia focal. La distancia focal es el punto dónde convergen los rayos que provienen del infinito y son reflejados (en el caso de un espejo cóncavo) o refractados (en el caso de una lente convergente) por el sistema óptico. Por un lado, se define como razón focal a la relación entre la distancia focal del telescopio y el diámetro de su espejo o lente primario. Diremos entonces que si un telescopio es “f 8”, por ejemplo, entonces su distancia focal es ocho veces el diámetro de su lente o espejo primario. Por otro lado, el aumento del telecopio se calcula tomando la distancia focal del telescopio y dividiéndola por la distancia focal del ocular (el ocular es la o el sistema de lentes que se utiliza para ver la imagen del telescopio, también se lo conoce como lente secundaria). Entones, si por ejemplo tenemos un telescopio con una distancia focal de 1500 mm y le colocamos un ocular de 25 mm de distancia focal, tendremos 60 aumentos. Los oculares vienen con distancias focales que van desde los 3,6 mm a los 32 mm. En cuanto al brillo de la imagen, el mismo depende de una serie de factores y de acuerdo a cómo varíen estos, podemos obtener mejorías en algunas características y perderlas en otras. Mientras más diámetro tenga el objetivo del telescopio, más luminoso será éste ya que puede recolectar más luz, pero más difícil es su construcción ya que resulta muy complejo mecánicamente hacer que un espejo, por ejemplo, tenga un foco puntual con un foco largo. Cuanto más distancia focal tenga el telescopio, mayor será su aumento pero menor su luminosidad (por razones similares a las anteriores), así como también disminuyen su nitidez y su campo visual. El tener más

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aumento en el telescopio es como hacer más zoom sobre una imagen, veremos una pérdida de nitidez, una disminución en la luminosidad y una disminución en el campo visual (vemos una porción menor de la imagen).

Montajes de los telescopios:

a) Montaje Dobsoniano:

Utiliza el sistema de coordenadas locales. Al estar montado el telescopio sobre un eje ortogonal a la superficie terrestre, el mismo resulta mucho más estable ante vibraciones y sencillo a la hora de localizar objetos en la bóveda celeste.

b) Montaje Ecuatorial:

Es similar al sistema anterior salvo que el eje principal del montaje se coloca paralelo al eje terrestre, con lo cuál varía el ángulo del eje respecto de la superficie según el lugar dónde nos encontremos situados. Al quedar el eje inclinado, resulta un tanto más inestable e incómodo de operar. Tiene la ventaja de resultar más sencillo realizar el seguimiento de algún objeto celeste ya que solo debemos compensar en movimiento de la rotación terrestre girando el telescopio en sentido opuesto a la rotación de la Tierra (en un movimiento constante), mientras que con el montaje Dobsoniano tenemos que compensar el movimiento terrestre corrigiendo en dos direcciones a la vez y con velocidades variables.

Detalle de la experiencia: La experiencia consta de tres partes que pueden ser modificadas en su orden. En

primer lugar, los alumnos observaran a través del telescopio refractor disponible en la valija ciertos objetos ubicados a una distancia. Si es posible sería más práctico utilizar la cámara junto con la PC para que todos al mismo tiempo puedan apreciar lo que captura el telescopio.

Después de poner en uso el telescopio, se discutirá más en detalle los elementos que conforman el telescopio refractor y jugar con las lentes para diseñar uno. Antes de manipular las lentes se recomienda repasar conceptos relacionados con estos instrumentos ópticos (refracción de la luz, foco, aumento, etc.), para ello a continuación se plantearan una serie de preguntas orientadoras que ayudaran esta tarea.

Por último, se observará también a través de un telescopio reflector, para luego también diseñar uno con un espejo esférico, el espejo plano y las lupas.

Actividades de la experiencia

Antes de la experiencia: Como anteriormente se mencionó, previo a la manipulación de las lentes por parte de los chicos de las lentes se observaran objetos lejanos captados por el telescopio. Se proponen la siguiente guía de preguntas para efectuarse oralmente antes de entregar las lupas por grupo:

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• ¿Cómo se ven los objetos por el telescopio refractor? ¿A qué se debe? Se espera que los chicos lo relacionen con otros objetos de la vida cotidiana que producen aumento y de allí deducir su relación con las lentes. • ¿Qué se utiliza normalmente para aumentar una imagen? ¿Les parece que tiene

alguna relación con este telescopio? • ¿De qué les parece que está hecho este telescopio? ¿Qué tendrá que ver su

nombre con su funcionamiento? Con esta pregunta puede relacionarse con la función de las lentes y su propiedad de refractar la luz. Una vez que se llegue a develar las partes de este telescopio, se repartirán en las lupas para que los chicos realicen su propio mini-telescopio refractor.

Después de la experiencia: Como última parte de la experiencia se podrían observar objetos con los telescopios hechos por los chicos.

Además sería enriquecedor mencionar otro tipo de telescopios, como por ejemplo, el telescopio reflector y cuestionarse cómo estaría construido este telescopio relacionándolo con su nombre.

La valija irá acompañada con telescopio reflector del museo, esto mejorará la comparación con el telescopio refractor.

Como último paso de la experiencia se propone utilizar el espejo esférico de la valija y diseñar un telescopio reflector. De esta manera se pueden ver más claramente las diferencias entre los dos telescopios.

Actividad extra: Como aditivo a la experiencia los chicos pueden averiguar acerca de otros tipos de instrumentos ópticos, su funcionamiento y cómo sería posible construirlos.

Bibliografía – links: • www.wikipedia.org • Hewitt, Paul G. “Física conceptual”. Pearson 1999.

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¿Qué Mantiene Unido a Nuestro Sistema Solar?

Tema: Fuerzas centrales. Fuerza de atracción gravitatoria.

Objetivo de la experiencia: Comprender la importancia de las fuerzas centrales, en particular la gravitatoria,

en el desarrollo de un movimiento circular. Relacionar la masa de los cuerpos con la fuerza de atracción gravitatoria. Relacionar de manera cualitativa la masa y la distancia de los cuerpos al eje de

rotación con su periodo de revolución. • Nivel: ESB o Polimodal. • Dificultad: Media-Baja. • Seguridad: Media, se recomienda espacial cuidado con el manejo de las esferas de

madera.

Tiempo estimado: 20 minutos.

Cantidad de integrantes por grupo: La actividad se desarrollará de manera demostrativa con la participación de algunos alumnos como colaboradores del docente.

Materiales a utilizar de la valija: Disco azul con hilo de nylon y cuatro esferitas plateadas de madera de diferentes diámetros y masas.

Otros materiales: ninguno.

Contenidos relacionados: Movimiento Circular. Movimientos de la Tierra, rotación, traslación, presesión del eje y de la órbita elíptica, nutación. Rotación Tierra – Luna. Periodos de revolución. Leyes de Newton. Ley de gravitación Universal.

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Breve introducción al tema:

La explicación física del movimiento planetario en la antigüedad era que los planetas y las esferas que los contenían estaban hechos de un elemento celeste perfecto que rotaba eternamente alrededor del centro del universo. El movimiento circular uniforme se consideraba natural. Pero un planeta moviéndose de acuerdo a las leyes de Kepler, cambiando su velocidad, dirección y curvatura en cada punto de su órbita, parecía requerir algún tipo de fuerza responsable de estos cambios. Kepler introdujo la noción de fuerzas originadas en el Sol y los planetas que proporcionaban la causa del movimiento planetario y de sus satélites. Las mismas estaban relacionadas con el magnetismo, cuyas propiedades habían sido recientemente descubiertas: la Tierra y los planetas eran para Kepler grandes imanes y las atracciones y repulsiones de los polos determinaban las trayectorias planetarias. Si bien estas ideas no prosperaron, la concepción kepleriana del sistema solar como un sistema autocontenido, tanto de sus componentes como de las causas de los movimientos de las mismas, resultó muy importante en los desarrollos sucesivos de las ideas cosmológicas.

El tema de los movimientos planetarios es inseparable de un nombre: Johannes Kepler. La obsesión de Kepler por la geometría y la supuesta armonía del universo le permitió, luego de varios frustrados intentos, enunciar las tres leyes que describen con extraordinaria precisión, el movimiento de los planetas alrededor del Sol. Desde una posición cosmológica copernicana, que como hemos visto en esa época era más una creencia filosófica que una teoría científica, Kepler logró esta magnífica empresa de manera totalmente empírica, sin más teoría que su propio convencimiento sobre el carácter fundamental (divino) de la geometría, y utilizando la gran cantidad de datos experimentales obtenidos por Tycho Brahe.

La primera ley establece, a pesar de su autor, que los planetas describen órbitas elípticas alrededor del Sol, que ocupa uno de sus focos. En la escala de valores geométricos de Kepler, el círculo ocupaba un lugar privilegiado y de ahí su decepción, luego de múltiples intentos por compatibilizar las observaciones con órbitas circulares.

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La segunda ley se refiere a las áreas barridas por la línea imaginaria que une cada planeta al Sol, llamada radio vector. Kepler observó que los planetas se mueven más rápido cuando se hallan más cerca del Sol, pero el radio vector encierra superficies iguales en tiempos iguales. (Si el planeta tarda el mismo tiempo en ir de A a B en la figura, que de c a D, las áreas en blanco son iguales).

Finalmente, la tercera ley relaciona el semieje mayor de la órbita, llamado a, al

período orbital del planeta p, de la siguiente manera: a3/P2 = constante. De acuerdo a esta ley, la duración de la trayectoria orbital de un planeta aumenta con la distancia al Sol y así sabemos que el “año” (definido como el tiempo empleado por el planeta en volver al mismo punto de su órbita) en Mercurio tiene 88 días (terrestres), en Venus 224, en la Tierra 365 y sigue aumentando a medida que nos alejamos del Sol. Estas leyes permiten también deducir las distancias relativas de los objetos del sistema solar, si conocemos sus movimientos. Determinando independientemente alguna de ellas es posible conocer sus valores absolutos.

Estas leyes empíricas recién encontraron su sustento físico y matemático en la teoría de la gravitación universal de Newton, quien estableció el principio físico que explica los movimientos planetarios. La construcción de este cuerpo de ideas que comienza con Copérnico y culmina en la mecánica de Newton es un ejemplo por excelencia de lo que se considera un procedimiento científico, al que se puede describir muy esquemáticamente de la siguiente forma: se observa un hecho, se mide y se confecciona una tabla de datos; luego se trata de encontrar leyes que relacionen estos datos y, finalmente, se busca un principio que sustente o explique las leyes. Una vez encontrado, este principio físico permite en general conectar hechos considerados previamente independientes y explicar más fenómenos además de aquellos que motivaron su formulación. Newton fue así capaz de establecer que el movimiento de los planetas alrededor del Sol y la caída de los cuerpos sobre la superficie terrestre son dos manifestaciones del mismo fenómeno: la gravedad.

Detalle de la experiencia: Consta de dos etapas, la primera se basa en comprender cualitativamente el papel de la fuerza de atracción gravitatoria en el movimiento de los planetas y la segunda en entender de forma también cualitativa como varían los periodos de revolución en función de las distintas distancias al eje de rotación y las distintas masas de las esferas. Primera parte

Se procede a tomar el disco azul con el hilo de nylon y dos de las cuatro esferitas de madera plateadas. Las esferas se encuentran provistas de un gancho de metal para poder ser atadas a los extremos del hilo de nylon. Al colocar el disco de forma horizontal podremos observar que la esfera que esté sujeta al centro del mismo “arrastra” a la esfera sujeta al otro extremo del hilo. En este caso estamos “simulando” la atracción

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gravitatoria entre dos cuerpos de gran masa mediante la fuerza de tensión del hilo. En ambos casos, tanto para el gravitatorio como para el de la fuerza de tensión, ambas ofician de fuerza centran con lo cual es posible establecer una analogía directa entre ambas. El docente debe hacer notar que al estar ambas masas “quietas” el sistema colapsaría. Segunda parte

Para esta etapa de la experiencia introduciremos el movimiento circular al sistema. Una manera práctica de llevarlo a cabo es balanceando el disco levemente de un lado a otro hasta que la masa que se encuentra sobre el disco comience a rotar. Cuando se equilibren las fuerzas que actúan sobre el sistema la esfera se encontrará en una suerte de movimiento circular. En este punto, los alumnos deben observar que en este caso la esfera no es llevada al centro del disco. El docente puede hacer participar a varios alumnos para que prueben el dispositivo.

Seguidamente se procede a realizar nuevamente la experiencia pero ahora con otra combinación de esferas.

Actividades de la experiencia Antes de la experiencia: Luego de atar las dos esferas ¿Cómo podemos evitar que el sistema colapse? Después de la experiencia: tomar registro de lo que ocurre al variar las masas y poner el sistema a rotar. Registrar en qué casos es necesario hacer girar al sistema de manera más lenta o rápida. ¿De qué manera influye la masa de las esferas en los periodos de revolución? Si se pretende que la esfera gire más cerca del eje de rotación, ¿qué sucede con el periodo?

Actividad extra: se puede solicitar a los alumnos que realicen un cuadro

comparativo en el pizarrón.

Actividades propuestas para luego de la experiencia: discutir con los alumnos qué ocurre en otros casos de movimientos circulares, ¿es necesaria la acción de una fuerza central?

Bibliografía – links: Fuentes sugeridas para docentes y alumnos. • www.wikipedia.org • Hewitt, Paul G. “Física conceptual”. Pearson 1999. • www.portalplanetasedna.com.ar/leyes_kepler.htm

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El prisma en la astronomía

Tema: La utilización del prisma como instrumento astronómico y como inicio de la espectrometría para el estudio de diferentes astros.

Objetivo de la experiencia: Relacionar el efecto que produce el prisma con otros elementos de la vida

cotidiana que tengan efectos similares en la luz. Comprender la composición de la luz a través de este elemento sencillo. Entender el fenómeno de reflexión total interna en un prisma y así vincularlo con

la utilización en distintos instrumentos ópticos. Acercar al alumno a una de las formas de estudio de la astronomía que es la

espectrometría, mediante la construcción de un espectroscopio.

• Nivel: ESB o Polimodal. • Dificultad: Mediana. • Seguridad: Tener especial cuidado con el manipuleo de los prismas ya que los

mismos son de cristal.

Tiempo estimado: 45 minutos.

Cantidad de integrantes por grupo: Se sugiere dividir a la clase en dos grupos debido al material disponible en la valija.

Materiales a utilizar de la valija: Los 2 prismas, 4 lentes, 1 ó 2 laser’s y 1 linterna.

Otros materiales: 1 Rendija.

Contenidos relacionados: Esta actividad tiene numerosas vinculaciones con la óptica, los conceptos involucrados pueden ser refracción y reflexión de la luz, lentes convergentes, el espectro de los colores, color por reflexión de la luz, astrofotografía y el estudio de los planetas y estrellas por el espectro de su luz.

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Breve introducción al tema:

Isaac Newton fue el primero en llevar a cabo un estudio sistemático del color. Haciendo pasar un haz angosto de luz solar por un prisma triangular de vidrio, Newton demostró que la luz del sol es una mezcla de todos los colores. El prisma proyectaba una mancha con todos los colores en una hoja de papel blanco. Newton llamó espectro a esta banda de colores y advirtió que estaban ordenados como sigue: rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta.

La luz solar es un ejemplo de lo que llamamos luz blanca, bajo esta luz los objetos blancos se ven bancos y los objetos de color se ven cada uno del color correspondiente. El espectro de colores no es una propiedad del prisma, Newton lo demostró combinando de nuevo los colores por medio de un segundo prisma para obtener la luz blanca.

El fenómeno de descomposición de los colores se debe a que la luz está compuesta de ondas electromagnéticas de distintas frecuencias que corresponden a los distintos colores, cuando estas ondas pasan a un medio distinto sus velocidades cambian separándose en los distintos colores.

El descubrimiento de Newton fue de un gran impulso para la astronomía, que desde entonces se enfocó al estudio de la luz proveniente de los distintos astros para determinar la composición química de los planetas.

Como muchos de los astros que el hombre estudia no es posible aún visitarlos, como por ejemplo ciertos planetas del sistema solar, los astrónomos estudian el espectro de luz proveniente de ellos. La luz emitida por los astros se debe como se sabe a la liberación de energía por parte de los átomos que conforman el cuerpo celeste. Cuando se hacen que emitan luz, todos los elementos tienen un color característico. Si los átomos están lo bastante separados para que los átomos vecinos no interrumpan sus vibraciones, entonces emiten sus colores verdaderos. Esto sucede cuando hacemos brillar los átomos en estado gaseoso. Por ejemplo, el gas neón emite un resplandor de color brillante; el vapor de mercurio produce luz de color violeta azulado y el helio emite un resplandor de color rosa.

La luz que emiten los elementos se puede analizar por medio de un instrumento llamado espectroscopio. El montaje de una ranura delgada, lentes y un prisma es la base de un espectroscopio. Este instrumento permite ver los espectros de la luz que emiten los gases calientes y otras fuentes de luz. Cuando la luz que emite un elemento se analiza por medio de un espectroscopio, se ve que los colores son la combinación de distintas frecuencias de luz. El espectro de un elemento no se observa como una banda continua de color, sino como una serie de líneas. Cada línea corresponde a una frecuencia específica y estas son imágenes de la rendija por la cual pasa la luz. La luz de cada elemento produce su propio patrón de líneas característico. Esto se debe a que cada elemento tiene una configuración particular de electrones, y estos emiten frecuencias definidas de luz cuando cambian de un estado de energía a otro dentro del átomo. Las frecuencias de luz que emiten los átomos en estado gaseoso son las “huellas digitales” de los elementos. La composición atómica de los minerales comunes del sol de las galaxias distantes se hace patente en los espectros de esas fuentes. El elemento

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helio, que es el segundo en abundancia en el universo, se descubrió por sus huellas digitales en la luz solar. El espectrómetro es una herramienta muy útil y poderosa.

Otra utilización importante dada a los prismas tiene que ver con su capacidad de producir una reflexión total interna, lo cual es muy utilizado en distintos instrumentos ópticos. La ventaja que presenta este fenómeno está relacionada con su capacidad de reflejar el 100% de la luz, mientras que los espejos plateados o aluminizados reflejan sólo de 90 a 95% de la luz incidente. El ángulo crítico para el vidrio es de 43º, para el cual los rayos que inciden se reflejan totalmente. Esto es lo que sucede en un prisma, el cual recibe los rayos de luz por su base y al llegar a sus caras opuestas inciden a 43º con la normal a la superficie dando lugar a este fenómeno. Reflexión total interna en un prisma

Detalle de la experiencia:

Para acaparar todas las utilizaciones del prisma se dividirá a la actividad en tres partes. Por un lado, se observaran el espectro de los colores y sus implicaciones posteriores como la utilización en instrumentos como el espectrómetro. Se sugiere en un principio empezar con el espectro de los colores para llegar a la comprensión en detalle que se merece la construcción de un espectrómetro. Por consiguiente, se destacará la importancia del descubrimiento y los avances aportados por Newton en la teoría del color y por ende en la astronomía. De esta forma, en su segunda parte la actividad constará de la construcción de un espectrómetro.

En la primera etapa de la actividad, sencillamente se hará pasar luz por un prisma y se verá la descomposición de los colores a ojo desnudo.

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La actividad siguiente consiste en el armado de un espectrómetro elemental. Este instrumento es de construcción sencilla, se utiliza en primer lugar una fuente de luz que simulará ser la luz proveniente de una estrella, una rendija, luego alineada una lente convergente, luego el prisma que se encargará de descomponer la luz y por último otra lente convergente permitirá enfocar el espectro. El sistema de lentes es utilizado en este instrumento para obtener un espectro de la luz de la estrella o astro señalado. Para recoger el espectro se proyecta la imagen de la segunda lente convergente en una pantalla (puede utilizarse una hoja de papel blanco).

Por último, intentando rescatar la importancia del prisma en otros instrumentos ópticos se observará el fenómeno de reflexión total interna y se charlará de sus aplicaciones tecnológicas. El dispositivo a montar es muy sencillo una fuente de luz que tendrá un haz de luz muy fino que incidirá sobre la base del prisma de manera perpendicular como puede apreciarse en la figura.

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Actividades de la experiencia Antes de la experiencia: Previa a la realización de cada una de las partes de la actividad se sugieren las siguientes guías de preguntas orientadoras. Antes de la observación de la descomposición de los colores sería interesante vincular esa observación con sucesos en la vida cotidiana que son similares y tratar de explicar lo que sucede a partir de estas relaciones:

¿Observaron lo que sucede en el revés de un CD? ¿Y cuando hay una mancha de aceite o gas oil en el agua? ¿en una burbuja de jabón? ¿O en el arco iris?

Se espera que los alumnos describan los distintos colores del arco iris y traten de explicar a qué se debe estos fenómenos. ¿Por qué les parece que vemos estos colores? ¿Tiene que ver con el material

del cual están hechas estas cosas? ¿O Tiene que ver con una propiedad de la luz que incide en ellos?

Con estas preguntas se busca llegar a la conclusión de que la formación del color en los distintos materiales se debe a una propiedad de la luz y no del material. Si no se llega a la respuesta correcta de este fenómeno es conveniente dejar el interrogante para el final de la experiencia con el cual se despejaran las dudas y se chequeará que es una propiedad de la luz. En la segunda parte, las preguntas que se sugieren para el comienzo de la actividad son las siguientes: • ¿Cómo les parece que el hombre puede saber sobre la composición de ciertos

astros sin nunca estudiar una porción de ellos? Pongamos de ejemplo al sol, otros planetas o cometas, de los cuales es imposible obtener un acercamiento ya sea por su composición, distancia o pequeñez.

Se busca que los chicos respondan que la luz es la única fuente para la investigación de ciertos astros, con el fin de introducir el tema del espectro de los

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átomos como huellas digitales para su identificación. Esto se puede relacionar con lo que sucede en un tubo de Neón en el cual los átomos del gas absorben energía y la emiten en forma de luz (partículas subatómicas sin masa llamadas fotones), la luz particular de un elemento tiene un espectro de líneas particulares y esto permite identificar de que elemento se trata. Muchas estrellas como el sol tienen en estado gaseoso átomos que absorben y emiten energía en forma de luz y a partir del análisis de esta se descubren que elementos la conforman.

Después de la experiencia: Después de las experiencias anteriores se puede mostrar la reflexión total interna en el prisma y describir la utilización en distintos instrumentos tecnológicos.

Actividades propuestas para luego de la experiencia: Como actividad de fijación

puede analizar con el espectrómetro otra fuente de luz como un tubo de neón, lámparas de mercurio o de sodio, etc.

Bibliografía – links: Fuentes sugeridas para docentes y alumnos. • www.wikipedia.org • Hewitt, Paul G. “Física conceptual”. Pearson 1999. • Izquierdo E, El Hasi, Claudio. “Oscilaciones y Ondas. Aplicaciones en óptica”. Tomo

2. UNGS. • Enciclopedia Encarta, Microsoft Corporation, 2005.

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Cazando Imágenes con una Lente

Tema: Formación de imágenes con una lente convergente. Distancia focal.

Objetivo de la experiencia: Que el estudiante comprenda el funcionamiento de una lente convergente. Estimar la distancia focal de distintas lentes convergentes mediante dos métodos

diferentes. Vincular las lentes convergentes con diversos instrumentos ópticos como

cámaras fotográficas, prismáticos, microscopios, telescopios, anteojos, etc.

• Nivel: ESB, Polimodal • Dificultad: Media. • Seguridad: Tener espacial cuidado en el manejo de las lentes ya que las mismas son

de vidrio y su eventual rotura podría ocasionar lastimaduras.

Tiempo estimado: 40 minutos.

Cantidad de integrantes por grupo: Dada la cantidad de lentes con la que cuenta la valija (4) no se podrán hacer mas de cuatro grupos de trabajo, lo recomendable es que los estudiantes trabajen en equipos de no más de cuatro personas.

Materiales a utilizar de la valija: 4 lentes con mango metálico (tres convergentes y una divergente).

Otros materiales: 4 Pantallas blancas, 4 cintas métricas, 4 velas.

Contenidos relacionados: Refracción de la luz. Velocidad de propagación de una onda. Prismas. Aberración cromática. Lentes magnéticas.

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Breve introducción al tema:

Una lente es un medio u objeto que concentra o dispersa rayos de luz. Las lentes fueron inventados en china hacia el año 40 DC. Entre las lentes más usadas se cuentan las utilizadas para corregir los problemas de visión en gafas, anteojos o lentillas. También se usan lentes, o combinaciones de lentes y espejos, en telescopios y microscopios. El primer telescopio astronómico fue construido por Galileo Galilei usando dos lentes convergentes.

La distancia focal o longitud focal de una lente es la distancia entre el centro óptico de la lente y el foco (o punto focal). La inversa de la distancia focal de una lente es la potencia.

Para una lente positiva (convergente), la distancia focal es positiva. Se define como la distancia desde el eje central de la lente hasta donde un haz de luz colimado que atraviesa la lente se enfoca en un único punto. Para una lente negativa (divergente), la distancia focal es negativa. Se define como la distancia que hay desde el eje central de la lente a un punto imaginario del cual parece emerger el haz de luz colimado que pasa a través de la lente.

Para un espejo con curvatura esférica, la distancia focal es igual a la mitad del radio de curvatura del espejo. La distancia focal es positiva para un espejo cóncavo, y negativa para un espejo convexo.

El foco F y la distancia focal f de una lente positiva, una lente negativa, un espejo cóncavo, y un espejo convexo.

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Lente convergente: Los rayos paralelos procedentes del infinito convergen sobre el plano focal imagen.

• Lentes convergentes: Son aquellas cuyo espesor va disminuyendo del centro hacia los bordes. En este tipo de lentes, todo rayo que pase paralelamente al eje principal, al refractarse se junta en su foco. Las lentes convergentes forman imágenes reales de objetos. Existen tres clases de lentes convergentes:

o Lentes bi-convexas.

o Lentes plano-convexas.

o Lentes cóncavo-convexas. Lente divergente: Los rayos procedentes de un mismo punto de un objeto divergen al atravesar la lente. Sus prolongaciones convergen a la izquierda de la lente formando una imagen virtual directa y reducida.

• Lentes divergentes: Son aquellas cuyo espesor va disminuyendo de los bordes hacia el centro. En este tipo de lentes, todo rayo que pase paralelamente al eje principal, al refractarse se separa como si procediera de un foco principal. Las lentes divergentes forman imágenes virtuales de los objetos. Existen tres clases de lentes divergentes:

o Lentes bi-cóncavas.

o Lentes plano-cóncavas.

o Lentes convexo-cóncavas.

Existen también instrumentos capaces de hacer converger o divergir otros tipos de ondas electromagnéticas y a los que se les denomina también lentes. Por ejemplo, en los microscopios electrónicos las lentes son de carácter magnético.

En astrofísica es posible observar fenómenos de lentes gravitatorias cuando la luz procedente de objetos muy lejanos pasa cerca de objetos masivos, curvándose en su trayectoria.

Ecuación de las lentes delgadas o de Gauss:

Esta sencilla ecuación nos sirve de gran utilidad a la hora de calcular la distancia focal de una lente delgada. La misma vincula tres parámetros, la distancia focal de la lente (f), la distancia de la lente al objeto (s) y la distancia de la lente a la imagen formada por la misma (s’)

ssf1

'11−=

Corrección de defectos ópticos mediante lentes:

La miopía se corrige por medio de lentes divergentes. La hipermetropía es corregida por medio de lentes convergentes. El astigmatismo es un defecto óptico que

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necesita corregirse mediante lentes con diferente curvatura en los ejes perpendiculares. Por otro lado la presbicia es un defecto óptico que surge de la pérdida de capacidad de acomodación del ojo y su corrección requiere de diferentes lentes para diferentes distancias o de lentes bifocales que permiten ver en distancias largas y cortas en diferentes zonas de la lente.

Detalle de la experiencia:

La experiencia se desarrollará en dos fases, durante la primera se realizará una

primera medición de la distancia focal de la lente utilizando un objeto muy luminoso y lejano, casi en el infinito en proporción a las distancias que manejaremos, el Sol. En la segunda fase se utilizará la ecuación del constructor de lentes para calcular la distancia focal de la lente anterior. Al finalizar se compararan los resultados obtenidos por ambos métodos.

La primera fase consiste en hacer converger sobre un papel los rayos de luz provenientes desde el Sol utilizando la lente. Dado que el Sol se encuentra muy alejado de la lente, lo podemos aproximar a un objeto ubicado en el infinito, con lo cual el punto donde se concentren los rayos será muy próximo al foco. Se procede entonces a tomar la medición de la distancia entre el papel y la lente. Los datos obtenidos se registran en el pizarrón.

La segunda fase consiste en medir la distancia focal de la lente utilizando el método de formación de imágenes. Se procede a colocar una vela encendida delante de la lente, a una distancia arbitraria. Luego con una de las pantallas blancas (papel) se procede a buscar la imagen generada por la lente en el extremo opuesto al de la vela. La imagen se debe ver perfectamente nítida sobre la pantalla. Una vez que se encuentran ubicados el objeto, la lente y la pantalla de tal manera que se aprecie la imagen correctamente, se procede a tomar las distancias de la vela y la pantalla a la lente respectivamente con ayuda de la cinta métrica. Nuevamente, los resultados serán anotados en el pizarrón. Acto seguido se procede a calcular la distancia focal utilizando la ecuación de Gauss para lentes delgadas.

Actividades de la experiencia Antes de la experiencia:

Realizar una serie de preguntas disparadoras: ¿Qué artefactos o instrumentos conoces que posean lentes? ¿Qué instrumentos astronómicos conoces que utilicen lentes? ¿Cómo es posible que se puedan quemar o calentar objetos con una lupa? ¿Es posible construir un calentador de agua utilizando una lente?

Después de la experiencia:

Luego de obtener los resultados utilizando dos métodos diferentes para la estimación de la distancia focal, se contrastan los mismos y se discute cuál de los métodos resulta más práctico o más preciso.

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Actividades propuestas para luego de la experiencia: Se propone que los estudiantes investiguen sobre el funcionamiento de algunos

instrumentos ópticos como el telescopio, el microscopio, el teodolito, las cámaras fotográficas. Resulta interesante llevar a cabo la construcción de una cámara fotográfica de caja. Puede realizarse utilizando una vieja caja de zapatos, practicando un pequeño orificio en el centro de una de sus caras y colocando en la cara opuesta un papel de calcar luego de recortar el panel de la caja.

Bibliografía – links: Fuentes sugeridas para docentes y alumnos. • www.wikipedia.org • Izquierdo E, El Hasi, Claudio. “Oscilaciones y Ondas. Aplicaciones en óptica”. Tomo

2. UNGS. • Hewitt, Paul G. “Física conceptual”, Pearson 1999. • Hecht-Zajac, “Optica”, Addison-Wesley 1986.

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Ubicando Objetos con un Sextante

Tema: Sistema de coordenadas locales y absoluto. Utilización de un astrolabio y un sextante.

Objetivo de la experiencia: Que el estudiante descubra la necesidad de la utilización de un sistema de

coordenadas a la hora de ubicar objetos en la bóveda celeste. Que el estudiante comprenda la importancia de establecer sistemas de

coordenadas comunes. Vincular la invención del astrolabio y el sextante con el desarrollo de los

sistemas de navegación marítimos.

• Nivel: EGB, Polimodal. • Dificultad: Media. • Seguridad: No hay cuestiones importantes a tener en cuenta.

Tiempo estimado: 25 minutos.

Cantidad de integrantes por grupo: La actividad se desarrollará de manera demostrativa, con la participación de algunos estudiantes.

Materiales a utilizar de la valija: Sextante.

Otros materiales: Ninguno.

Contenidos relacionados: Ángulos. Vectores. Sistemas de coordenadas espaciales, cartesiano y esférico. Historia de la navegación marítima.

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Breve introducción al tema:

El astrolabio es un instrumento que permite determinar las posiciones de las estrellas sobre la bóveda celeste. La palabra astrolabio significa etimológicamente "el que busca estrellas" y debe su procedencia al griego. Sinesio de Ptolemais (siglo IV) atribuye su invención a Hiparco de Nicea, alrededor de 150 AC. Sin embargo, su introducción en Europa no sucede hasta el siglo X, a través de los árabes.

Durante los siglos XVI hasta el XVIII el astrolabio fue utilizado como el principal instrumento de navegación hasta la invención del sextante.

El astrolabio se basa en la proyección estereográfica de la esfera. En su forma original requería una placa de coordenadas de horizonte distinta para cada latitud, pero en el siglo XI el astrónomo al-Zarqallu, en al-Andalus, inventó una placa única que servía para todas las latitudes. La obra maestra de la técnica de fabricación de astrolabios fue la del sirio ibn al-Shatir, una herramienta matemática que podía ser usada para resolver todos los problemas comunes de astronomía esférica de cinco formas diferentes.

La parte delantera de la madre sirve para saber en qué parte del mundo se está y qué hora es. Una pieza gira encima de la placa madre, que se llama araña o red, y sirve para saber en qué posición del cielo está el Sol. Esta pieza representa al firmamento visible de todo el mundo. Una aguja representa, por un extremo, al Sol, y por el otro, la hora que es.

La parte trasera de la madre sirve para saber la altura de una torre, la distancia a esa torre y el símbolo del zodiaco que está ocupado por el Sol. Encima de esta parte sólo gira una aguja.

El sextante es un instrumento que permite medir ángulos entre dos objetos tales

como dos puntos de una costa o un astro -tradicionalmente, el Sol- y el horizonte.

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Conociendo la elevación del Sol y la hora del día se puede determinar la latitud a la que se encuentra el observador. Esta determinación se efectúa con bastante precisión mediante cálculos matemáticos sencillos de aplicar.

Este instrumento, que reemplazó al astrolabio por tener mayor precisión, ha sido durante varios siglos de gran importancia en la navegación marítima, hasta que en los últimos decenios del siglo XX se impusieron sistemas más modernos, sobre todo, la determinación de la posición mediante satélites. El nombre sextante proviene de la escala del instrumento, que abarca un ángulo de 60 grados, o sea, un sexto de un círculo completo.

Para determinar la posición de una estrella en coordenadas horizontales, un

observador deberá medir su altura que es la distancia angular desde el horizonte hasta la estrella. En segundo lugar, tendrá que determinar el ángulo que forma la estrella con una dirección que se toma como origen, generalmente el sur (en astronomía) o el norte (navegación) medida sobre el horizonte y en sentido horario. Dicho ángulo se llama acimut.

El acimut y la altura Sea X un astro de la esfera celeste, CX su dirección, y CX' la proyección de de ésta

en el plano del horizonte (figura 2). Definimos: altura de X (h o a) es el ángulo XCX', es decir el ángulo formado por su dirección y

el horizonte. También podemos considerar a la altura como el arco XX'. La altura es positiva sobre el horizonte, y negativa por debajo de él, en cuyo caso se

llama también depresión. Así la altura del cenit vale 90º, y la depresión del nadir es de -90º.

Acimut de X (A) es el ángulo SCX', es decir el ángulo formado por CX' y la dirección Sur.

El acimut, referido al punto Sur, es positivo en el sentido SWNE, el movimiento aparente de la bóveda celeste. Un acimut mayor de 180º puede tomarse en sentido contrario pero con valor negativo. Por ejemplo, el punto Oeste, W, tiene un acimut de 90º, y el punto Este, E, lo tiene bien de 270º, bien de -90º.

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Como se apuntó en la introducción, exiten convenios que refieren el acimut al punto Norte, (para la navegación, no en astronomía) N, con el sentido positivo NESW.

La altura y el acimut son las coordenadas horizontales de X. Téngase bien presente que altura es un ángulo o un arco, y no una distancia lineal.

Para evitar la ambigüedad en ocasiones se la llama elevación.

Coordenadas Ecuatoriales

Las coordenadas ecuatoriales son un tipo de coordenadas celestes que determinan la

posición de un objeto en la esfera celeste respecto al ecuador celeste y al equinoccio vernal. Se denominan Declinación y Ascensión Recta y son equivalentes a la latitud y longitud geográficas.

El Sol merced al movimiento real de la Tierra describe una trayectoria aparente sobre la esfera celeste denominada, al igual que el plano que la contiene, eclíptica. A la línea perpendicular a dicho plano se le llama Eje de la eclíptica, mientras que Oblicuidad de la Eclíptica es el ángulo que forma la eclíptica con el ecuador celeste. Actualmente vale 23º 26'.

La Línea de equinoccios es la intersección del Ecuador con la Eclíptica. La intersección de esta línea con la esfera celeste son los puntos equinocciales. Se llama punto vernal o punto Aries, al punto donde se proyecta el Sol al pasar del hemisferio sur al norte.

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El equinoccio vernal es el punto de intersección de la eclíptica con el plano ecuatorial celeste por dónde el Sol pasa de Sur a Norte de dicho plano en su movimiento aparente por la eclíptica.

El ecuador celeste es el círculo que resulta de la intersección del plano ecuatorial terrestre con la esfera celeste. Ésta y la Tierra, son concéntricas. Prolongando el eje de rotación de la Tierra tenemos el Eje del mundo, o eje de rotación del movimiento diurno.

La línea de equinoccios (eje x), el diámetro ecuatorial perpendicular (eje y) y el eje del mundo (eje z), forman el triedro donde se representan las coordenadas rectilíneas ecuatoriales.

A diferencia de las coordenadas horizontales, que están ligadas a cada lugar de observación en particular, es decir son coordenadas locales, las coordenadas ecuatoriales no, puesto que están referidas a la esfera celeste. Son una referencia independiente del punto de observación. El equinoccio vernal y el ecuador celeste no varían, se esté dónde se esté. Por el contrario, el horizonte local y el punto Sur de las coordenadas horizontales, son distintas para cada observador. Además las coordenadas horizontales y horarias cambian rápidamente, el ángulo horario cambia 15º por hora, por efecto de la rotación de la Tierra, mientras que las coordenadas ecuatoriales, afectadas por la precesión y nutación, están prácticamente inmóviles en intervalos no muy grandes de tiempo. De todos modos, en medidas muy precisas hay que considerar dichos movimientos para efectuar las correcciones necesarias.

La ascensión recta, abreviadamente AR, y denotada por α ("alfa"), es el ángulo, medido sobre el ecuador celeste, abarcado entre el Punto Aries (equinoccio vernal) y el círculo horario o meridiano que pasa por el objeto observado. Equivale a la longitud geográfica. Su sentido positivo es el directo o antihorario, el mismo de la rotación terrestre vista desde el polo Norte. Sus unidades son las angulares, expresadas en horas: 24 horas se corresponden a 360º, 1 hora a 15º, etcétera.

Círculo horario o meridiano celeste de un astro es el círculo máximo que pasa por el astro y los polos celestes.

La declinación es el ángulo que forman el ecuador celeste y el objeto. Para objetos situados entre el ecuador y el polo norte, la declinación es positiva y, en caso contrario, negativa. La declinación se denota con δ ("delta"). Equivale a la latitud geográfica.

Detalle de la experiencia:

La experiencia se focaliza en la discusión de la utilización de un sistema de coordenadas locales y se la divide en dos etapas.

Para ello, se solicita a los estudiantes que escojan un objeto dentro del aula para ubicar sus coordenadas. El estudiante se ubica en el centro del aula, sentado y procede a tomar las coordenadas del objeto utilizando el sextante, altura y azimut. Los datos se anotan luego en el pizarrón. Luego se pide a otro estudiante que se ubique en otro lugar del aula y tome las coordenadas del mismo objeto pero ahora desde otra posición. Nuevamente los datos son anotados en el pizarrón. Se pide a los estudiantes que comparen las coordenadas tomadas por los distintos compañeros, siempre en referencia al mismo objeto.

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En la segunda etapa se solicita a un grupo pequeño de alumnos que no observe la actividad que se desarrollará. Se solicita a otro estudiante que se ubique nuevamente en el centro del aula y seleccione un objeto nuevo al azar para tomar sus coordenadas. Luego de que las coordenadas del objeto sean anotadas en el pizarrón se solicita al primer grupo de estudiantes (que no vieron a qué objeto se le tomaron las coordenadas) que a partir de las coordenadas ubiquen con la ayuda del sextante el objeto en cuestión (ubicándose en el mismo lugar en que las coordenadas fueron tomadas).

Actividades de la experiencia Antes de la experiencia: Preguntas disparadoras:

¿Alguna vez viste o escuchaste hablar sobre los sextantes? ¿Para qué crees que sirvan?

¿Qué piensas que significa la palabra sextante? ¿Qué instrumentos conoces que te permitan medir ángulos?

Después de la experiencia:

Bibliografía – links: Fuentes sugeridas para docentes y alumnos. • www.wikipedia.org • Enciclopedia Encarta, Microsoft Corporation, 2005.

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Correte que te eclipso…

Tema: Eclipses.

Objetivo de la experiencia: Distinguir los distintos tipos de eclipses. Conocer el proceso eclíptico. Clasificar los eclipses solares.

• Nivel: EGB-Polimodal. • Dificultad: Media-Baja. • Seguridad: No hay cuestiones importantes a tener en cuenta.

Tiempo estimado: 30 minutos.

Cantidad de integrantes por grupo: la experiencia es demostrativa con la participación de algunos estudiantes.

Materiales a utilizar de la valija: esferas de madera de distintos tamaños; plano circular con distintos discos; fuente luminosa (como representación del Sol); dial eclíptico; lupas.

Otros materiales: pantalla (puede ser un papel blanco), esferas de telgopor, barillas de madera.

Contenidos relacionados: Los contenidos que se pueden tratar relacionados con ésta experiencia son los movimientos de la Tierra y la Luna, distancias astronómicas, movimientos planetarios, órbitas, ángulos, vectores y planos.

Breve introducción al tema:

Un eclipse es el oscurecimiento de un cuerpo celeste producido por otro cuerpo celeste. Hay dos clases de eclipses que implican a la Tierra: los de Luna, o eclipses lunares, y los de Sol, o eclipses solares. Un eclipse lunar tiene lugar cuando la Tierra se encuentra entre el Sol y la Luna y su sombra oscurece la Luna. El eclipse solar se produce cuando la Luna se encuentra entre el Sol y la Tierra y su sombra se proyecta sobre la superficie terrestre. Los tránsitos y ocultaciones son fenómenos astronómicos similares pero no tan espectaculares como los eclipses debido al pequeño tamaño de los cuerpos celestes que se interponen entre la Tierra y un astro brillante.

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Eclipse de Luna Iluminada por el Sol, la Tierra proyecta una sombra alargada en forma de cono en

el espacio. En cualquier punto de este cono la luz del Sol está ausente. Rodeando este cono de sombra, llamado umbra, se encuentra un área de sombra parcial, llamada penumbra.

Un eclipse total de Luna tiene lugar cuando la Luna penetra por completo en el cono de sombra. Si penetra directamente en el centro, se oscurecerá alrededor de 2 horas; si no penetra en el centro, el periodo de fase total es menor, y si la Luna se mueve solamente por el límite del cono de sombra su oscuridad puede durar sólo un instante.

El eclipse parcial de Luna tiene lugar cuando solamente una parte de la Luna

penetra en el cono de sombra y se oscurece. La extensión del eclipse parcial puede fluctuar desde una fase casi total, cuando la mayor parte de la Luna se oscurece, a un eclipse menor cuando sólo se ve una pequeña zona de sombra de la Tierra al pasar la Luna. Históricamente, el primer indicio que se tuvo del perfil de la Tierra fue al ver su sombra circular pasando a través de la cara de la Luna.

Antes de penetrar la Luna en el cono de sombra, tanto en el eclipse total como en el parcial, está dentro de la zona de penumbra y su superficie se va haciendo visiblemente más oscura. La parte que penetra en el cono de sombra aparece casi negra, pero durante el eclipse total el disco lunar no está totalmente oscuro, sino que permanece ligeramente iluminado con una luz rojiza: los rayos solares son refractados por la atmósfera terrestre y penetran en el cono de sombra (Luna sanguinolenta). Si se produce un eclipse lunar cuando la Tierra está cubierta con una densa capa de nubes, éstas impiden la refracción de la luz; en esa situación la superficie de la Luna se hace invisible durante la fase total. Eclipse de Sol

Un eclipse de Sol ocurre cuando la Tierra pasa a través de la sombra de la Luna. Un eclipse total de Sol ocurre cuando la Luna está directamente entre el Sol y la Tierra. Cuando ocurre un Eclipse total de Sol, la sombra de la Luna cubre solamente una pequeña parte de la Tierra, donde el eclipse es visible. Mientras la Luna se mueve en su órbita, la posición de la sombra cambia, de modo que los eclipses totales de Sol usualmente duran un minuto o dos en un lugar determinado.

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Existen tres tipos de eclipse solar:

Parcial: la Luna no cubre por completo el disco solar que aparece como un creciente. (Ver imagen- C)

Total: desde una franja (banda de totalidad) en la superficie de la Tierra, la Luna cubre totalmente el Sol. Fuera de la banda de totalidad el eclipse es parcial. Se verá un eclipse total para los observadores situados en la Tierra que se encuentren dentro del cono de sombra lunar, cuyo diámetro máximo sobre la superficie de nuestro planeta no superará los 270 km, y que se desplaza en dirección este a unos 3.200 km/h.

La duración de la fase de totalidad puede durar varios minutos, entre 2 y 7.5, alcanzando algo más de las 2 horas todo el fenómeno, si bien en los eclipses anulares la máxima duración alcanza los 12 minutos y llega a más de 4 h en los parciales, teniendo esta zona de totalidad una anchura máxima de 272 Km. y una longitud máxima de 15.000 Km. (Ver imagen- A)

Anular: ocurre cuando la Luna se encuentra cerca del apogeo (punto de la órbita de la Luna o de un satélite artificial que se encuentra más alejado del centro de la Tierra) y su diámetro angular es menor que el solar, de manera que en la fase máxima, permanece visible un anillo del disco del Sol. Esto ocurre en la banda de anularidad, fuera de ella el eclipse es parcial. (Ver figura-B) Cada año suceden sin falta 2 eclipses de Sol si

bien pueden suceder 4 e incluso 5 eclipses. Suceden 5 eclipses solares en un año cuando el primero de ellos tiene lugar poco tiempo después del primero de enero. Entonces el segundo tendrá lugar en el novilunio siguiente (fase de la luna nueva en la que, por la conjunción del Sol con la Luna, la cara iluminada de esta no se ve), el tercero y el cuarto sucederán antes de que transcurra medio año, y el quinto tendrá lugar pasados 345 días después del primero, puesto que ese es el número de días que contienen 12 meses sinódicos.

Por término medio sucede un eclipse total de Sol en el mismo punto terrestre una vez cada 200-300 años. Para que suceda un eclipse de Sol, es preciso que la Luna esté en conjunción inferior (Luna nueva) y además que el Sol se encuentre entre los 18º 31´ y 15º 21´ de uno de los nodos de la órbita lunar.

Al principio de un eclipse total, la Luna comienza a moverse a través del disco solar aproximadamente una hora antes de su fase total. La iluminación del Sol disminuye gradualmente y durante la fase total (o cerca de ella) declina a la intensidad del brillo de la luz de la Luna. Esta luz residual la produce en gran medida la corona del Sol, la parte más exterior de la atmósfera solar. Cuando la superficie del Sol se va estrechando hasta

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una pequeña franja, se hace visible la corona. Un momento antes de que el eclipse sea total, en esta franja destellan brillantes puntos de luz llamados perlas de Baily. Estos puntos son producidos por los rayos del Sol al atravesar los valles y las irregularidades de la superficie lunar. Las perlas de Baily son también visibles en el momento que finaliza la fase total del eclipse (reaparición). Exactamente un momento antes, un momento después y algunas veces en la fase total se pueden ver estrechas bandas de sombras en movimiento sobre objetos en la superficie terrestre. El origen de estas bandas de sombra no se conoce con exactitud, pero se piensa que están producidas por la refracción irregular de la luz en la atmósfera terrestre. Antes y después de la fase total, un observador situado en una colina o en una aeronave puede ver la sombra de la Luna moviéndose en dirección Este a través de la superficie de la Tierra como la sombra de una nube pasando rápidamente.

Frecuencia de los eclipses Si la órbita de la Tierra estuviera en el mismo plano que la órbita de la Luna,

tendrían lugar dos eclipses totales durante cada mes lunar, un eclipse lunar por cada Luna llena, y un eclipse solar por cada Luna nueva. Sin embargo, las dos órbitas están inclinadas y, por tanto, los eclipses tienen lugar sólo cuando la Luna o el Sol están a algunos grados de los dos puntos, llamados nodos, donde se cruzan las órbitas.

Periódicamente, el Sol y la Luna vuelven a la misma posición relativa de uno de los nodos y como resultado de esto los eclipses se repiten a intervalos regulares.

Observación

Sólo durante un eclipse total de Sol se pueden analizar muchos problemas astronómicos. Entre ellos se encuentran el tamaño y la composición de la corona solar y la refracción de los rayos de luz al pasar cerca de la Luna debido a su campo gravitatorio. El gran brillo del disco solar y la iluminación producida por el Sol de la atmósfera de la Tierra hacen imposible las observaciones de la corona solar excepto durante un eclipse solar. El coronógrafo, un telescopio fotográfico, permite la observación directa del borde del disco solar en todo momento. En la actualidad, las observaciones científicas sobre los eclipses solares son muy valiosas, especialmente cuando el recorrido del eclipse barre amplias superficies. Otros eclipses en el Sistema Solar:

También pueden ocurrir eclipses fuera del sistema Tierra-Luna. Por ejemplo,

cuando la sombra de un satélite toca la superficie de un planeta, cuando un satélite pasa por la sombra de un planeta o cuando un satélite proyecta su sombra sobre otro satélite.

Los eclipses son imposibles en Mercurio y Venus, debido a que carecen de satélites. Pero sí podemos observar como éstos se interponen entre La Tierra y el Sol. En Marte, solo son posibles eclipses parciales, porque ninguna de sus lunas tiene el suficiente tamaño para cubrir el disco solar. Los eclipses marcianos se han fotografiado desde la superficie del planeta y orbitándolo. Igualmente Marte puede ser ocultado por la Luna de noche. Júpiter y Saturno (los gigantes gaseosos) poseen muchas lunas, por lo cual muestran frecuentemente eclipses. Los más destacados afectan a Júpiter, cuyas cuatro grandes lunas y su bajo eje de inclinación hacen los eclipses rutinarios. Es común

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observar las sombras de éstas sobre las nubes jovianas. Plutón, ex planeta degradado a asteroide, con su gran satélite natural Caronte, es también foco de numerosos eclipses. Predicción de eclipses:

Los eclipses pueden predecirse de dos formas diferentes. La primera, que se hizo posible con el desarrollo de la computación, consiste en calcular con gran precisión las órbitas de la Tierra y la Luna, calculando así las posiciones exactas de sus sombras en cada momento y registrando los momentos en que las sombras se proyectan sobre el otro astro. La segunda forma, que es la que se ha utilizado desde la época de los asirios y babilónicos hasta nuestros días, consiste en anotar las repeticiones cíclicas de estos fenómenos. El ciclo más notable con que se repiten es, sin lugar a dudas, el llamado ciclo Saros. Un Saros contiene 6585,3 días (18 años, 10 u 11 días y unas 8 horas), y tras este período se repiten circunstancias orbitales casi idénticas, por lo que se produce un eclipse muy similar, aunque desplazado unos 120º al oeste (por las 8 horas de diferencia, que hacen que la Tierra haya girado 1/3 de revolución). Fases de la Luna:

Las fases lunares se producen como consecuencia del cambio de las posiciones relativas de la Tierra, la Luna y el Sol (sin estar éstos tres cuerpos alineados como ocurre en los eclipses). El porcentaje de la superficie lunar iluminada por el Sol que podemos ver desde la Tierra cambia y el ciclo se repite periódicamente cada 29,5 días.

Cuando la Luna está en conjunción, se encuentra en la fase conocida como Luna nueva (1), en la que su lado oscuro mira directamente hacia la Tierra, por lo cual debería resultar invisible. A pesar de esto, es posible observar el disco lunar a causa de la luz solar que la Tierra refleja sobre él; este fenómeno suele denominarse "luz cenicienta".

Durante los días que siguen a la Luna nueva, se suceden fases crecientes (2) en las que el porcentaje iluminado de la cara visible de la Luna aumenta progresivamente, hasta llegar a la fase conocida como cuarto creciente (3), en la cual puede verse la mitad del hemisferio lunar iluminado.

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Las fases crecientes continúan aumentando (4) hasta que una semana más tarde la Tierra se encuentra entre la Luna y el Sol, lo que permite que desde nuestro planeta pueda verse la totalidad del hemisferio lunar iluminado. Esta fase se denomina Luna llena (5).

Durante los días que siguen a la Luna llena, se suceden fases menguantes (6) en las que el porcentaje iluminado de la cara visible de la Luna disminuye progresivamente, hasta llegar a la fase conocida como cuarto menguante (7), en la cual nuevamente puede verse la mitad del hemisferio lunar iluminado.

Las fases menguantes continúan aumentando (8) hasta que una semana más tarde la Luna se encuentra nuevamente entre la Tierra y el Sol, entrando una vez más en la fase de Luna nueva (1).

Detalle de la experiencia: La experiencia será básicamente una experiencia demostrativa y pretenderá que los

estudiantes puedan observar los distintos tipos de eclipses. Para ello, se ubicarán las esferas sobre una base con discos giratorios. Luego se girarán los discos para reproducir el movimiento de la Tierra alrededor del Sol y de la Luna alrededor de ésta. El Sol estará representado por una fuente luminosa que se ubicará en el centro de los discos.

Actividades de la experiencia Antes de la experiencia:

1- ¿Qué es un eclipse? ¿Qué tipos de eclipses conocen? 2- ¿Cómo se originan los eclipses?

Después de la experiencia:

1- ¿Cuál es la diferencia entre un eclipse parcial y un eclipse total de Luna? 2- ¿Qué tipos de eclipses solares pueden nombrar? ¿Qué caracteriza a cada uno de

ellos? 3- ¿Puede haber eclipses de Tierra? Justificar. 4- ¿Existen eclipses que no involucren a la Luna o al Sol? En caso afirmativo dar

ejemplos.

Actividades propuestas para luego de la experiencia: Actividad de búsqueda de información: ¿Qué son las fases de la Luna y qué las diferencia de los eclipses?

Bibliografía – links: Fuentes sugeridas para docentes y alumnos.+ • www.wikipedia.org • www.astronomíaonline.com • Hecht-Zajac, “Óptica”, Addison-Wesley, 1986. • Enciclopedia Encarta, Microsoft Corporation, 2005.

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Gira y Gira el Geoide

Tema: Forma del planeta Tierra

Objetivo de la experiencia: Reconocer la forma de la Tierra. Comprender las razones de la deformación respecto de una esfera.

• Nivel: EGB-Polimodal. • Dificultad: media-alta. • Seguridad: El dispositivo debe ser utilizado por el guía o docente debido a la elevada

velocidad de giro que alcanza.

Tiempo estimado: 20 minutos.

Cantidad de integrantes por grupo: Es una experiencia enteramente demostrativa, por lo que no será necesario dividir al alumnado en grupo.

Materiales a utilizar de la valija: motor con varilla y cinta metálica.

Otros materiales: globos.

Contenidos relacionados: mecánica de cuerpos rígidos en rotación, movimientos de la Tierra, vectores, momento angular, ley de Gravitación Universal.

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Breve introducción al tema:

Se denomina geoide (etimológicamente, "forma que tiene la Tierra"), a la superficie física definida por un determinado potencial gravitatorio (constante en toda la superficie). Para definir el geoide, se adopta arbitrariamente el valor de potencial cuyo geoide asociado se aproxima más a la superficie de los océanos (la superficie media del mar, prescindiendo del oleaje, las mareas, las corrientes y la rotación terrestre, coincide casi exactamente con una superficie equipotencial). La forma del geoide no coincide con la topografía terrestre, modelada por fuerzas tectónicas. Geométricamente, el geoide es parecido a un elipsoide de revolución (esfera achatada por los polos).

La forma del geoide puede determinarse por medio de: 1. Medidas gravimétricas: midiendo la magnitud de la intensidad de la gravedad en numerosos puntos de la superficie terrestre. Dado que es elipsoide de revolución (esfera achatada por los polos) la aceleración de la gravedad va aumentando desde el ecuador hasta los polos. Estas mediciones de la gravedad terrestre tienen que ser corregidas para eliminar las anomalías locales debido a variaciones de la densidad.

2. Mediciones astronómicas: se fundan en medir la vertical del lugar y ver sus variaciones. Esta variación se relaciona con su forma.

3. Medición de las deformaciones producidas en la órbita de los satélites causadas porque la Tierra no es homogénea. Así se ha determinado un geoide con decenas de abultamientos o depresiones respecto al elipsoide de revolución teórico. Estas irregularidades son menores de 100 metros.

La forma de la Tierra, o, más precisamente, su deformación con respecto a una

esfera perfecta, era asunto de controversia en la época de Newton: éste pensaba (acertadamente) que era achatada en los polos, mientras que Jacques Cassini (1625-1712) sostenía que era alargada en la dirección de su eje de rotación. Medio siglo más tarde, para dirimir la cuestión, la academia de Ciencias de París envió, en 1735, dos expediciones a medir sendos arcos de meridiano. Una, a lo que ahora es la república del Ecuador, y otra, a Laponia (al norte de Europa). Si la Tierra fuera achatada en los polos, entonces la longitud de un grado de meridiano debe ser menor cerca del ecuador que de los polos. La comparación de los resultados de ambas expediciones confirmó ampliamente la hipótesis de Newton: la Tierra está achatada en los polos. De hecho, el arco de la primera expedición mide 110,6km y el de la segunda 111,7km. Cálculos basados en las perturbaciones de las órbitas de los satélites artificiales revelan que la Tierra es una esfera imperfecta porque el ecuador se engrosa 21 km, el polo norte está dilatado 10 m y el polo sur está hundido unos 31 metros.

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Por la mecánica de un cuerpo rígido se acepta que, en un planeta suficientemente elástico, la rotación produzca un achatamiento en los polos y, también, en el nivel medio del mar. El achatamiento de la Tierra es un efecto real de su rotación, cuya fuerza centrífuga causa que en el Ecuador (donde la velocidad es mayor) se abulte, haciendo que la superficie allí esté más distante del centro de la Tierra debilitando la atracción gravitacional. Ésta es la causa de una fuerza de origen gravitatorio dirigida hacia el polo más cercano. Actualmente, se descubrió que la cantidad de terremotos ocurridos en los últimos tiempos hicieron la Tierra menos aplastada en los polos, lo que la volvió más esférica. También se detectó que disminuyó la longitud del día en 2,68 microsegundos (un microsegundo es la millonésima parte de un segundo). En otras palabras, la Tierra gira un poco más rápido de lo que lo hacía antes. Este cambio en la velocidad de rotación está relacionado con el cambio en el achatamiento de los polos. Por ejemplo: se parece a un patinador de hielo que sitúa los brazos más cerca del cuerpo, produciendo un giro más rápido. En ejemplos más concretos, podría decirse que algunas islas más pequeñas situadas al suroeste de las costas de Sumatra pueden haber avanzado 20 metros hacia el suroeste, mientras que la punta noroeste del territorio indonesio de Sumatra podría haberse deslizado también hacia el suroeste+, unos 36 metros. Consideremos el caso de la Tierra como satélite del Sol. Anteriormente, afirmamos que la excentricidad de la forma de la Tierra provoca una diferencia de la fuerza gravitatoria entre dos puntos alejados en la misma (en matemática y geometría la excentricidad es un parámetro que determina el grado de desviación de una sección

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cónica con respecto a una circunferencia. Es un parámetro importante en la definición de las elipses). Por tal razón, el centro de gravedad y el centro de masa de la Tierra no coinciden. Si la Tierra fuese exactamente esférica, ello no influiría en absoluto sobre el movimiento de la misma, pues su peso seguiría teniendo un momento nulo respecto del centro de masa. Pero la Tierra no es esférica sino elipsoidal. Si el eje mayor de la Tierra está desplazado en un ángulo respecto de la línea Tierra-Sol, aparecerá un momento del peso de la Tierra respecto del centro de masa que inducirá una rotación, sin por ello afectar el movimiento del centro de masa. Es lógico pensar que con el correr de millones de años, la Tierra ha alcanzado paulatinamente esa posición de equilibrio. La razón por la cual ha alcanzado este equilibrio de rotación es que la fracción de energía cinética que correspondió inicialmente a esa rotación adicional “productora de momento” alrededor del centro de masa se disipó en forma de trabajo de fuerzas elásticas de deformación (fuerzas tectónicas) en el interior de la Tierra. Es decir, la rotación generada por el corrimiento del centro de masa respecto del centro de gravedad de la Tierra se compensa con las fuerzas que intervienen en el movimiento de las placas tectónicas. El achatamiento en los polos es un fenómeno que es observable en cualquier elipsoide elástico en revolución. Tanto en la Tierra, como en la Luna y demás planetas o como en el dispositivo que forma parte de ésta experiencia.

Detalle de la experiencia: Se arma el dispositivo y se lo pone en funcionamiento a modo demostrativo. Se regula la velocidad para notar el nivel de excentricidad de acuerdo con la velocidad de rotación. Luego se discute el fenómeno.

Actividades de la experiencia Antes de la experiencia:

1. ¿Cuál es la forma de la Tierra? ¿Qué es un geoide? 2. ¿Qué movimientos realiza nuestro planeta?

Después de la experiencia:

1. ¿Qué significa achatamiento en los polos? 2. ¿Qué lo genera? 3. ¿Qué consecuencias produce en nuestro planeta? 4. ¿Sólo la Tierra posee ésta forma? ¿La excentricidad será igual en los demás

planetas y satélites naturales?

Actividades propuestas para luego de la experiencia: Aquí se pueden utilizar los globos que se propusieron como material complementario. Se puede inflar un globo y marcarle dos puntos con un fibrón. Luego, al inflarlo o desinflarlo podemos observar cómo se comportan éstos puntos y relacionarlo con las consecuencias del cambio de excentricidad en la Tierra.

Bibliografía – links: Fuentes sugeridas para docentes y alumnos. • Juan G. Roederer, “Mecánica elemental”, Eudeba, 2002.

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• Landau y Lifshitz, “Mecánica”, Editorial Reverté, 1991. • Asociación Ciencia Hoy, “Ciencia Hoy”, Revista de Divulgación Científica y

Tecnológica, Volumen 5, Nº28, art. “Laplace y los geómetras”.

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