A ras de cielo

1ª edición: noviembre 1998 © David Galadí, 1998 © De las ilustraciones: David Galadí, 1998 © Ediciones B, S.A., 1998

David Galadí

ÍNDICE Prólogo 3 Presentación 6 Primera parte: La atmósfera y el espacio cercano 7 1 - Terciopelo azul (El color azul del cielo diurno) 8 2 - La hora de los satélites (Observación visual de satélites artificiales) 16 3 - El espejo de aire (La refracción astronómica) 24 4 - Tizas de nieve (Estrellas fugaces, lluvia de estrellas y cometas) 31 5 - Las estrellas tiemblan (Por qué titilan las estrellas) 37 Segunda parte: La Luna y el Sistema Solar 44 6 - La ilusión lunar (Por qué la luna naciente nos parece tan grande) 45 7 - La Luna de enero (Las fases de la luna y sus implicaciones) 51 8 - La Luna y las mareas (Relación entre las mareas y las fases de la luna) 58 9 - El oscurecimiento del limbo (Atmósferas en el Sistema Solar) 68 10 - Rotación capturada (Algunos sistemas gravitatorios en el Sistema Solar) 74 Tercera parte: El cielo estrellado 83 11 - Sancho y la Bocina (Cómo leer la hora en las estrellas) 84 12 Estrellas verdes (Los colores de las estrellas) 93 13 Terciopelo negro (El color del cielo nocturno y la infinitud del universo) 100 14 - Recuperar el cielo (La polución lumínica) 106 Apéndices 110 El sistema de magnitudes estelares 111 Bibliografía 112

Prólogo Cuando el autor me propuso leer el manuscrito y escribir un prólogo, no sabía de qué tipo de obra se trataba. Primero pensé «un libro más de divulgación de la astronomía». Pero conozco al autor desde hace algunos años y sé de su interés por los pequeños detalles, de su extremada precisión cuando observa el cielo, de su meticulosidad al interpretar la información adquirida en una observación y, cómo no, de su sensibilidad por la literatura, su forma de expresión y llanura de lenguaje. Por eso pensé que posiblemente el manuscrito me depararía sorpresas. Y fue así. Muchos han llamado a nuestra época la era de la comunicación. Es cierto que, en los países occidentales, los medios de comunicación tienden a invadir nuestra vida cotidiana y a menudo constituyen nuestra forma de adquirir información. No quiero caer en la nostalgia, ni mucho menos. Pero debemos recordar que los medios de comunicación, los libros, Internet, describen y reflejan el mundo que nos rodea, y que este mundo es también observable en persona, directamente. Es cierto que los avances tecnológicos permiten acceder a detalles que las limitaciones físicas de nuestros sentidos o nuestra posición sobre la Tierra nos ocultan. Sería un sinsentido renunciar a ellos. Pero no es menos cierto que contemplar el firmamento directamente, sin instrumentos, también aporta información y conocimiento. Como se ha hecho a lo largo de toda la historia de la humanidad. Ésta es una idea que el autor quiere trasmitirnos. Que las imágenes maravillosas, espectaculares, que nos muestran los medios de comunicación, obtenidas por grandes telescopios o satélites artificiales, no mermen la capacidad de maravillarnos o asombrarnos con la visión directa y lo mucho que podemos aprender de ella. Cada uno de los capítulos describe, básicamente, un detalle observacional, un fenómeno fácilmente observable. Un detalle a menudo inadvertido, pero que tiene su razón de ser y sus consecuencias. Y David Galadí ha sabido primero describir minuciosamente aquello que se observa y después explicar por qué se presenta de esa y no de otra forma, y cómo se mostraría el fenómeno en otras circunstancias. Con una base científica sólida, adquirida en su formación como físico y astrónomo, y una vocación especial por la divulgación, el autor ha sabido compaginar las cuestiones cotidianas con la rigurosidad científica. La sencillez de lenguaje acerca el texto a todos. El libro pretende dar respuesta a preguntas que muchos nos hemos planteado: ¿por qué el cielo nocturno es oscuro y el cielo diurno es azul?, ¿por qué se producen las mareas?, ¿todas las estrellas son iguales?, ¿cómo observaríamos el firmamento desde Marte?... cuestiones que no siempre están contempladas en los libros de divulgación de la astronomía. Las preguntas son diversas e inconexas. Permiten tomar el libro y leer el capítulo que más nos llame la atención en cada momento, según el estado de ánimo o la curiosidad momentánea. No es preciso leer los capítulos siguiendo estrictamente el orden propuesto, no corresponden a un grado ascendente de dificultad. Los más «atrevidos» podrán generalizar los ejemplos planteados a partir de los apartados «Si no te asustan las fórmulas». Evidentemente, el libro no es exhaustivo, no explica todo lo que observamos, sería un libro interminable. Los temas formulados responden a propias preguntas, cuestiones que llamaron la atención del autor cuando empezó a percibir la diversidad del firmamento. Creo que David Galadí ha sabido encontrar un buen equilibrio en las cuestiones planteadas en cada capítulo. No son repetitivas. La mayoría responden a diferentes leyes de la Física, pero las mismas leyes que rigen todo el Universo, las mismas que rigen la vida de las estrellas o el movimiento de las galaxias. Quizás ustedes ya se han preguntado alguna vez por qué el disco del Sol se oscurece hacia los bordes, o por qué las estrellas tienen diferente color. Quizás conocen la respuesta, o quizás no. En este libro la encontrarán. Pero además van a encontrar la gran curiosidad del autor por explicar lo que se observa en el cielo. Espero que la lectura de este libro les contagie esa curiosidad; sin duda, les llevará a apreciar otros detalles y a formularse nuevas preguntas. Ésa es la base del avance en nuestros conocimientos. CARME JORDI, profesora titular del Departament d'Astronomia i Meteorologia, Universitat de Barcelona Dedicado a mis padres, Manolo y Rosi, que cuando chico me hicieron los mejores regalos: un cielo oscuro y tiempo para disfrutarlo Presentación […] la luz estorba y la palabra humana. El universo habla mejor que el hombre. JOSÉ MARTÍ, Dos patrias Ojalá estas páginas sirvan para mover a quien las lea a levantarse del asiento y salir al aire libre para mirar el cielo. Hay muchos y muy buenos libros de astronomía dedicados a describir todo lo que hoy día sabemos sobre el universo, que no es poco. Pero es muy frecuente que el interés por el firmamento y sus misterios se quede por siempre pegado al sofá, entre las hojas de los libros de teoría, las cintas de vídeo o, para los más modernos, en los electrones del ciberespacio. Qué paradoja: en la época de los descubrimientos más asombrosos sobre el cosmos, se está perdiendo el contacto directo con el cielo. Pero aún quedan lugares en los que las luces artificiales no han matado del todo la negrura del firmamento; el espectáculo celeste todavía es accesible a simple vista. Las observaciones al alcance de cualquiera son esencialmente las mismas que hicieron todas las generaciones de nuestros antepasados. Pero hoy es posible mirar hacia arriba con otros ojos, sabiendo qué son los planetas, entendiendo los ciclos lunares y sus causas íntimas, aplicando, en fin, todo lo que la ciencia ha descubierto sobre el universo al espectáculo que acompañó a la humanidad desde siempre. El grado de comprensión y de goce del cielo accesible a la ciudadanía de finales del siglo XX no tiene equivalente en la historia. Y sin embargo, cada vez se mira menos hacia arriba, y cada vez más las personas interesadas en el firmamento se conforman con fotos, vídeos, libros... sucedáneos de la realidad. No todo lo que se aprende está en los libros, y ése es el mensaje principal que pretenden trasmitir las páginas que siguen. En ellas se reúne un material muy diverso en cuanto a contenido, pero con una unidad interna clara: se trata de mirar el cielo con los medios rudimentarios de nuestros antepasados e interpretarlo mediante la ciencia moderna. En otras palabras, lo que el cielo de siempre nos dice hoy a nosotros. No quisiera terminar esta presentación sin expresar mi agradecimiento a Manolo Galadí-Enríquez y Dulcinea Otero Piñeiro. Los dos, con su arte y con su ciencia, han contribuido desde el principio a mejorar este trabajo. Sus comentarios y lúcidas sugerencias, meditados con paciencia en varias relecturas del texto, bien merecen una recompensa que haré efectiva gustoso y cuando deseen. DAVID GALADÍ-ENRÍQUEZ Barcelona y Córdoba, 1996-1997 Primera parte: La atmósfera y el espacio cercano 1 - Terciopelo azul (El color azul del cielo diurno) Las estrellitas del cielo se visten de colorado y yo me visto de negro. Coplilla popular andaluza Dedicado a María Angustias Cerezo y a aquel creciente rojo Mirar el firmamento oscuro de la noche, incluso a simple vista, nos enseña mucho sobre el universo entero y sobre la diversidad de astros que lo puebla. De día, el Sol alumbra el cielo y se convierte en casi su único habitante, pero no olvidemos que su luz nos permite observar otro objeto astronómico muy interesante: nuestro propio planeta. El aspecto del cielo diurno conduce a reflexiones muy entretenidas sobre la física de la luz y, comparando con lo que hoy sabemos sobre los cielos de otros mundos, nos dice mucho sobre la atmósfera del planeta Tierra. No es poca la astronomía que puede hacerse a la luz del día. Los radioastrónomos escudriñan todo el cielo con sus sofisticados aparatos indistintamente de día o de noche, y los especialistas en física solar nunca han tenido necesidad de trasnochar. Sin ayuda instrumental, son tres los astros que podemos contemplar mientras luce el Sol. El primero, cómo no, es el Sol mismo. El segundo es la Luna, siempre y cuando la fase no sea demasiado llena1. Los movimientos de ambos cuerpos a lo largo de los meses, las semanas y los días son muy interesantes y varias veces al año, siempre en pleno día, nos brindan un espectáculo astronómico sobrecogedor: el eclipse de Sol. El tercer cuerpo celeste que es posible ver en el cielo diurno a simple vista es, aunque a los profanos les cueste creerlo, el planeta Venus. Muy poca gente lo sabe, pero cuando nuestro vecino cósmico alcanza su brillo máximo (y lo hace durante bastantes semanas cada año), cualquier persona puede percibirlo... si sabe exactamente adónde mirar. ¿Eso es todo? Podría parecer que sí. Aparte del Sol, la Luna y Venus, de día ahí arriba sólo queda un fondo liso, azulado a mediodía, encarnado al orto o al ocaso, estéticamente muy atractivo, pero casi siempre considerado poco interesante desde el punto de vista científico. En los párrafos siguientes defendemos que eso no es así, que el cielo diurno, iluminado y liso, puede enseñarnos mucho sobre física y sobre nuestro propio mundo. De día el cielo es casi siempre azul. Esta afirmación es una verdad indubitable para cualquiera que disfrute de una visión normal. El azul del cielo es una obviedad absoluta; tanto que ningún pensador antiguo sintió la necesidad de buscarle una explicación. Hoy, sin embargo, sabemos que la afirmación el cielo es azul es relevante, no carece de contenido: las leyes de la física son compatibles con cielos de otro color, y por eso el azul celeste contiene información interesante tanto sobre el Sol que nos alumbra como sobre el aire que respiramos. Un primer comentario que puede parecer trivial: la luz (de uno u otro color) que cubre la bóveda celeste durante el día no tiene su origen último en el cielo ni en el aire, sino en el Sol. El Sol emite luz que desde su superficie se propaga en línea recta en todas direcciones. Esta luz contiene todos los colores del arco iris mezclados (del violeta al rojo pasando por el verde) y, al ser captada por el ojo humano, produce la sensación de blancura. Por eso la luz original del Sol a veces se denomina luz blanca, aunque ahora no emplearemos ese término relacionado con la percepción, sino otro más unido a la constitución física de la radiación: llamaremos a la luz del Sol (que contiene todos los colores) luz integral. Unos ocho minutos después de haber sido emitida, la luz integral del Sol alcanza nuestro planeta e interactúa en primer lugar con las capas sucesivas de la atmósfera y, después, con los objetos que yacen en la superficie, como por ejemplo los seres humanos. Si no hubiera atmósfera, la luz solar alcanzaría nuestros ojos directamente desde el disco de nuestra estrella y no desde otras direcciones: el cielo sería perfectamente negro y las constelaciones serían visibles incluso en pleno día. Esto se ha comprobado enviando personas y cámaras fotográficas más allá de la atmósfera y viendo que el cielo, desde el espacio, es de una negrura insondable. Las fotografías tomadas por los astronautas estadounidenses desde la superficie de nuestro satélite y en pleno día lunar son ejemplos directos de que hay mundos donde el cielo no es azul, sino negro, debido a la ausencia de atmósfera. Así que la presencia del aire explica que el cielo no sea negro, pero ¿por qué habría de ser azul? ¿No podría ser amarillo, o marrón, o sencillamente blanco? Si la luz del cielo diurno proviene del Sol, parecería lógico que tuviera el mismo color que nuestra estrella, y sin embargo no es así. Para entender las razones conviene estudiar la naturaleza íntima de la luz y de las partículas del aire. La luz es una onda electromagnética, como las de televisión, las de radio o incluso las microondas de los hornos. La luz no es esencialmente distinta a todas ellas y, como indica la denominación de electromagnética, está estrechamente relacionada con las propiedades eléctricas y magnéticas de la materia. Un parámetro fundamental para describir cualquier tipo de onda es la longitud de onda. Si pensamos, por ejemplo, en las ondas que se producen en la superficie del agua de una piscina al lanzar un objeto sobre ella, la longitud de onda no es más que la distancia entre dos crestas consecutivas. La luz, aunque no lo parezca, consiste en una serie de vibraciones que se propagan en el espacio a gran velocidad. Si pudiéramos estudiar en detalle un haz de luz veríamos que consta de crestas sucesivas en las que la intensidad sube y baja, como la altura del agua en las ondas de una piscina. La distancia que separa dos crestas consecutivas es la longitud de onda de la luz. La única diferencia entre las ondas de radio y las luminosas es su longitud de onda. Mientras que las ondas de radio son de una longitud de bastantes metros, la de las ondas de luz es del orden de media milésima de milímetro. Para el ojo humano, la longitud de onda de la luz tiene una traducción perceptual inmediata en términos de color. Las ondas de luz cortas (longitud menos de media milésima de milímetro) se perciben de color violeta, y las más largas (cerca de una milésima de milímetro) causan la percepción del color rojo. Entre ellas, y en orden de longitud de onda creciente, están los colores azul, verde, amarillo y naranja. Las piezas fundamentales de la materia en su estado más frecuente en la Tierra son los átomos. Todo átomo tiene dos partes bien diferenciadas: un núcleo central de carga eléctrica positiva, y una corteza externa de carga eléctrica negativa. La radiación electromagnética (como la luz) interactúa con la materia debido a que sus constituyentes fundamentales tienen carga eléctrica. Así, cuando la luz encuentra en su camino partículas con carga eléctrica y mucho más pequeñas que su longitud de onda, como átomos aislados o pequeñas moléculas formadas por unos cuantos átomos, la onda cede parte de su energía a la corteza atómica, la cual comienza a oscilar en torno al núcleo de una manera parecida a las oscilaciones de las pompas de jabón, que se deforman alargándose y achatándose cuando les soplamos. De manera que un primer efecto de la interacción de la luz con las partículas pequeñas del aire es que la radiación incidente se debilita al ceder parte de su energía. Esto le ocurre a la luz del Sol cuando atraviesa la atmósfera. De hecho, el disco solar visto desde el suelo tiene sólo un noventa por ciento del brillo que mostraría si no hubiera aire. El diez por ciento restante se invierte en hacer oscilar las cargas eléctricas de los átomos y moléculas de la atmósfera. Pero esta energía no se queda almacenada en el aire. La física predice que un átomo o molécula pequeña cuya corteza se agita acaba radiando toda su energía... en forma de onda electromagnética. Dicho de otro modo, la luz cede energía a los átomos del aire, los cuales la acaban devolviendo a su entorno. El proceso completo de captación y reemisión de energía por partículas de tamaño atómico se denomina difusión de Rayleigh2. Pero así como la luz procedente del Sol se desplaza en una dirección bien definida, la luz devuelta por los átomos en virtud de la difusión de Rayleigh se emite en cualquier dirección. El resultado neto es que parte de la luz que nos llega desde el Sol en línea recta al alcanzar la atmósfera se difunde en todas direcciones y llena todo el cielo. Cuando se entra en los detalles de la teoría de la difusión de Rayleigh (John William Strutt, 1871), cosa que no haremos ahora, se da con la clave de la coloración de la luz esparcida: el proceso es muchísimo más eficaz cuanto menor es la longitud de onda de la luz. Quiere eso decir que cuando la luz integral del Sol interactúa con partículas de dimensiones atómicas, la parte más rojiza (longitud de onda larga) de la radiación sufre muy poco la difusión de Rayleigh, mientras que las componentes azul y violeta (ondas cortas) se esparcen mucho. El Sol cede parte de su brillo a la bóveda celeste, y lo hace no de manera indiscriminada, sino desprendiéndose sobre todo del color azul, que se difunde casi uniformemente por todo el cielo. Por eso el cielo es azul y, además, el Sol que vemos desde el suelo es ligeramente más débil y rojizo que el que veríamos desde fuera de la atmósfera. El color de la luz esparcida por la difusión de Rayleigh es siempre azulado, con independencia del espectro de la radiación incidente. Si el Sol no fuera una estrella amarillenta (tipo G2), sino de otra tonalidad, el cielo seguiría teniendo el mismo aspecto. Sólo si el Sol fuera una estrella extremadamente fría y por lo tanto muy roja (tipo M5 o posterior), entonces la parte azul de su emisión luminosa sería poco importante y el cielo terrestre se tornaría blanco, o tal vez de un rosado ligero, muy pálido. Por lo tanto, no son correctas las representaciones artísticas en las que se intenta mostrar el paisaje en planetas que orbitan estrellas gigantes rojas y en las que se propone un cielo encarnado: casi con independencia del color de la estrella, si la atmósfera del planeta está dominada por partículas del tamaño de átomos o moléculas pequeñas, el color del cielo será azul. Es importante notar que el efecto Rayleigh depende sólo del tamaño de las partículas materiales, las cuales deben ser de dimensiones atómicas. La composición química de la sustancia no es relevante, de manera que si la atmósfera terrestre fuera de hidrógeno y metano en vez de nitrógeno y oxígeno, el cielo seguiría siendo azul. Basándose en esta independencia de la composición química, los responsables del proyecto estadounidense Viking, que situó con éxito en 1975 dos estaciones automáticas en la superficie de Marte, predijeron que las fotografías en color que se recibirían desde el planeta rojo mostrarían un cielo azul oscuro. La atmósfera marciana, compuesta sobre todo de dióxido de carbono, es mucho menos densa que la nuestra y, además, se halla más lejos del Sol y, por tanto, recibe menos luz. Por ambas razones, la difusión de Rayleigh es menos eficaz y el cielo marciano debería ser bastante más oscuro que el terrestre, pero azul al fin y al cabo. Los dibujos que se elaboraron para explicar la misión antes del lanzamiento muestran las sondas aterrizando en un paisaje desértico de arenas y tierras rojas, bajo un cielo terrícolamente azul. La sorpresa fue mayúscula cuando las primeras fotografías en color del horizonte marciano mostraron un cielo de color salmón. La coloración del cielo de Marte no se explica por la difusión de Rayleigh, y la razón es que en la atmósfera marciana hay una cantidad no despreciable de partículas en suspensión cuyas dimensiones son notablemente mayores que las de los átomos y moléculas de la atmósfera. Se trata de corpúsculos grandes comparados con la longitud de onda de la luz, y su interacción con la radiación ocurre de manera diferente a la explicada hasta ahora. Consideremos una gran distribución de partículas separadas entre sí, cada una de ellas de dimensiones mucho más grandes que la longitud de onda de la radiación. Cuando la luz interactúa con una partícula grande, formada por multitud de átomos o moléculas, el mecanismo de Rayleigh ya no funciona, y ocurre un proceso más sencillo: la partícula, simplemente, refleja parte de la luz, y absorbe otra parte. En una distribución de partículas grandes, cada partícula se comporta como un espejito diminuto. Según la composición química de las partículas, la cantidad de luz reflejada será mayor o menor. Además, las partículas pueden estar formadas por sustancias coloreadas, lo que puede alterar el color de la luz reflejada. En conclusión, cuando la luz encuentra una distribución de partículas grandes, una parte de ella cambia de dirección rebotando de unas partículas a otras: parte de la luz se esparce y, además, puede cambiar de color. Éste proceso se conoce como difusión de Mie (Gustav Mie, 1908). Un ejemplo muy claro de difusión de Mie lo tenemos en las nubes terrestres. Las nubes consisten en una distribución de partículas de agua, casi siempre gotitas líquidas, aunque a veces pueden contener también cristales de hielo. Tanto las gotas de agua como los cristales de hielo son esencialmente incoloros, de manera que la luz del Sol, al encontrarse con una nube, se esparce en todas direcciones rebotando de gota en gota pero sin alterar su color. Podríamos decir que las nubes son blancas porque el agua es incolora. El caso del cielo marciano es otro ejemplo de difusión de Mie, pero provocado esta vez por partículas sólidas coloreadas. Los vientos de la tenue atmósfera de Marte son capaces de levantar polvo de la superficie y mantenerlo en suspensión. En este polvo hay una contribución muy importante del óxido de hierro llamado limonita, el cual da el conocido tono rojizo al suelo del planeta. La comparación del color de los cielos terrestre y marciano permite distinguir en cuál de las dos atmósferas hay una mayor cantidad de partículas grandes en suspensión. Tanto en el mecanismo de Rayleigh como en el de Mie, la difusión de luz en todas direcciones hace que parte de la radiación incidente sea devuelta al espacio. Además, los rebotes sucesivos en unas partículas y otras hacen crecer la probabilidad de que la luz acabe chocando con una partícula absorbente y desaparezca. Como se aprecia en la figura 1.1, la luz de un astro cualquiera atraviesa una masa de aire mucho mayor cuando se encuentra bajo, cercano al horizonte (ortos y ocasos) que cuando está alto en el firmamento. Y un grosor de aire mayor implica más eficacia de los fenómenos de difusión. La difusión de Rayleigh, cuando actúa muy intensamente, puede eliminar casi del todo la porción azul de la luz integral, que llega a ser desviada o absorbida por completo. Como consecuencia, el Sol, la Luna y todas las estrellas, al acercarse al horizonte del observador se desprenden de sus tonos azules (esparcidos por la atmósfera) y «se visten de colorado»: la difusión de Rayleigh, actuando con intensidades distintas, es la responsable tanto del tono azul del cielo a mediodía como de los colores rojizos de la aurora y del ocaso.

Figura 1.1: La luz de astros elevados (a) atraviesa menos masa de aire que la luz de astros cercanos al horizonte (b).

Si la difusión de Mie es intensa y las partículas difusoras no son coloreadas, el resultado es la atenuación de la luz, sin cambio de color. Por eso en días nublados, bajo una cubierta de nubes gruesas, el cielo aparece gris más o menos oscuro. En el planeta Venus siempre está nublado. Incluso con el telescopio más pequeño puede comprobarse que ese mundo está total y permanentemente cubierto por una capa de nubes blancas. Ello implica que su atmósfera está cargada de partículas grandes e incoloras. Al principio se pensó que podría tratarse de nubes de gotitas de agua, como las de la Tierra, pero hoy sabemos que en realidad están formadas por ácido sulfúrico. Sea cual sea la composición, en Venus la difusión de Mie actúa masivamente, por lo que cabría esperar que el ambiente en su superficie fuera el de un día terrestre muy nublado. Las sondas soviéticas Venera midieron la luz ambiental en la superficie de Venus y confirmaron que, en efecto, la situación es ésa en lo que respecta a la intensidad luminosa. Sin embargo, el tono de la luz ambiental en Venus no es blanco, como esperaríamos a partir de la difusión de Mie en partículas incoloras, sino fuertemente amarillento-anaranjado. Tras las fotografías en blanco y negro y las primeras mediciones espectrales de las sondas Venera 9 y 10 en los años setenta, las sondas Venera 13 y 14 en los ochenta enviaron por primera vez fotos en color tomadas desde el suelo venusiano: el entorno aparece bañado por una luz anaranjada extraña, y el cielo muestra un tono de color miel. ¿Podemos explicarlo de algún modo? La razón está en la enorme densidad y gran grosor de la atmósfera de Venus. Las nubes sulfúricas son altas, y aunque cubren todo el planeta nunca tocan la superficie. La difusión de Mie actúa en ellas con gran intensidad (tal y como se observa desde el exterior, por el color blanco del disco del planeta), pero en niveles inferiores se extiende una gruesa y densa zona bastante transparente, formada de dióxido de carbono. La luz gris afectada por la difusión de Mie se trasmite a través de las nubes altas y sufre a continuación un proceso de difusión de Rayleigh muy intenso, comparable al que ocurre en los amaneceres y atardeceres terrestres. La región azul de la luz se esparce y absorbe con eficacia, y sólo la zona espectral de las ondas largas (colores amarillos, anaranjados y rojos) alcanza el suelo sin dificultad. Los efectos Rayleigh y Mie combinados son tan intensos en Venus que la luz solar se difunde por toda la atmósfera de manera muy uniforme; tanto que en Venus la luz ambiental es idéntica en el hemisferio iluminado y en el que está de espaldas al Sol: en Venus nunca es de noche. Venus es el ejemplo de lo que ocurriría en la Tierra si la atmósfera de nuestro planeta fuera mucho más gruesa: la difusión de Rayleigh eliminaría la parte azul de la luz solar no sólo al amanecer y al atardecer, sino también cuando el Sol está alto. En vez de azul, 1 cielo sería siempre rojizo. Vemos que hacer predicciones sobre el aspecto del cielo de otros mundos es posible, aunque arriesgado si no se dispone de información completa. Ni el cielo de Marte es azul, ni el de Venus gris, como hace tiempo se especulaba. Dentro de varios años, una sonda europea tomará medidas in situ del medio ambiente en la superficie del único cuerpo inexplorado del Sistema Solar que tiene a la vez superficie sólida y atmósfera: Titán, satélite de Saturno. Sabemos que la atmósfera de Titán es sobre todo de nitrógeno (como la de la Tierra), pero recibe mucha menos luz que la terrestre y, además, contiene capas globales y densas de nubes de compuestos orgánicos coloreados. El cielo de Titán puede ser rojizo, pardo o marrón, pero muy oscuro en cualquier caso. El fenómeno de la difusión de Rayleigh probablemente está produciendo millones de cielos azules al actuar en las atmósferas planetarias en toda la Galaxia, pero en nuestro Sistema Solar hoy es seguro que sólo hay un lugar en el que es posible alzarse en pie sobre un suelo firme y contemplar a la vez un firmamento azul celeste: nuestro planeta, la Tierra.

Para quien no tema los datos cuantitativos, vamos a mencionar alguna de las cantidades relevantes en el tema que estamos comentando. La longitud de onda de radio es típicamente de 1 km. Las ondas de TV y de FM son de varias decenas de metros. Las microondas de los hornos son de 1 cm. La luz roja tiene una longitud de onda de unos 700 nm, mientras que la luz violeta está alrededor de los 400 nm. Lo fundamental de la descripción matemática de la difusión de Rayleigh puede resumirse en la ecuación:

s ∞ 1 / λ4

Donde s es una medida de la difusión de Rayleigh (llamada sección eficaz de difusión), y λ es la longitud de onda de la luz. La fórmula puede leerse como la difusión de Rayleigh es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda, e implica que la luz violeta y azul es mucho más afectada que la roja. Haciendo un cálculo simple se obtiene que la luz violeta sufre una difusión dieciséis veces más intensa que la roja. 2 - La hora de los satélites (Observación visual de satélites artificiales) […] en la altura como ojos olvidados por dioses extravagantes. PABLO NERUDA, Confieso que he vivido

Mucha gente tiene la sensación de que la aventura espacial incumbe sólo a los grandes sabios y a las mayores empresas e instituciones. Sin embargo, está al alcance de cualquier persona el participar en vivo y en directo en los acontecimientos astronáuticos, aunque sea sólo a título de espectador. Por muy extraño que pueda parecer, multitud de satélites artificiales de la Tierra, tanto grandes como pequeños, son fácilmente visibles a ojo desnudo desde el suelo cada noche. Contemplarlos es un ejercicio sencillo, interesante y que puede resultar muy instructivo. Es verdad que la tecnología moderna nos ha robado el cielo estrellado. Incluso desde los pueblos más pequeños, la iluminación eléctrica mata la luz de los astros y sólo permite entrever las estrellas más intensas. Sin embargo, el mismo progreso técnico nos brinda en contrapartida un espectáculo sobrecogedor: la contemplación de los cuerpos celestes artificiales puestos en el firmamento por el ser humano. ¿Cómo es posible que un hecho tan sorprendente sea tan desconocido? La razón tal vez sea que los satélites artificiales han proliferado a la vez que las luces urbanas y la aviación comercial. Son abundantes los satélites que brillan tanto como las estrellas de tercera o cuarta magnitud3 pero del mismo modo que la Vía Láctea y los astros menos luminosos ya no se ven desde las áreas pobladas, los artefactos que orbitan sobre nuestras cabezas suelen quedar ocultos por esa luz que desperdiciamos proyectándola directamente hacia el cielo. En ocasiones, objetos de gran tamaño 0 que el Sol ilumina en condiciones especiales pueden alcanzar o incluso rebasar la primera magnitud, con lo que se hacen fácilmente observables desde el centro de las mayores ciudades. Pero la falta de costumbre puede llevar a confundirlos con aeronaves convencionales o, inocentemente, con ovnis. Los satélites artificiales de la Tierra acostumbran a ser objetos pequeños, con dimensiones de pocos metros, sólo excepcionalmente del orden de las decenas. Además, sobrevuelan nuestro planeta más allá de la atmósfera, a distancias superiores a los trescientos quilómetros. Incluso cuatrocientos quilómetros se considera una órbita baja, poco conveniente para ubicar satélites porque el rozamiento con la periferia enrarecida de la alta atmósfera hace decaer la órbita en pocas semanas. Sólo naves masivas y con capacidad de maniobra (como los vehículos tripulados) orbitan la Tierra a distancias tan cortas. Ante estos datos ciertos, extrañará no poco la afirmación de que los satélites pueden observarse a ojo desnudo. ¿Es posible ver sin ayuda óptica trozos de metal y plástico de pocos metros de tamaño situados a más de medio millar de quilómetros de distancia? La respuesta, sorprendentemente, es sí, y comprobarlo está al alcance de quienquiera. Cualquier salida al campo no urbanizado nos permite gozar de un firmamento tachonado de miles de estrellas y nos ofrece ver el sueño de Tsiolkovski hecho realidad, con algo tan sencillo como mirar al cielo. Todo el mundo ha visto la Luna y sabe que su brillo llega a ser muy intenso, especialmente en fase llena. Sin embargo, las fotografías tomadas de cerca por los astronautas y por los ingenios automáticos sugieren que su superficie, más que de plata, es de un gris basáltico muy oscuro. La Luna nos parece tan brillante en buena medida por un efecto de contraste, porque la vemos lucir contra la negrura del cielo nocturno. Cuando la Luna se ve de día, su brillo llama muy poco la atención; tan poco que incluso hay personas que nunca se han dado cuenta de su presencia en el cielo diurno. Aunque la luz de la Luna llena pueda bastar para leer de noche, no nos engañemos: su disco, de las mismas dimensiones aparentes que el del Sol, es cuatrocientas mil veces menos brillante. Si asimilamos la idea de que la argéntea Luna es en realidad casi negra, tal vez estemos más dispuestos a creer que un objeto pequeño de metal, iluminado por los rayos del Sol contra un fondo muy oscuro, pueda verse con facilidad. Esto nos conduce al primer requisito necesario para la observación de los satélites artificiales de la Tierra: el cielo debe estar oscuro y, a la vez, el Sol debe iluminar aún las alturas propias de las órbitas de estos cuerpos. Son condiciones en cierta medida contradictorias, pero que se cumplen simultáneamente durante algunas horas al comienzo y al final de cada noche. La observación visual de satélites es posible, pues, en dos intervalos de tiempo cada día, pero por razones obvias es más cómoda al principio de la noche que de madrugada. A medida que cae la tarde, el Sol desciende en el firmamento hasta esconderse bajo el horizonte. En el justo momento en que lo vemos desaparecer, las partes más altas de los edificios circundantes o las cimas de las montañas cercanas todavía reciben su luz directa. En los minutos siguientes, en pleno crepúsculo, las nubes todavía parecen encendidas por un resplandor rojo, y los aviones altos lucen con una luz extraña, reflejo de un Sol ya invisible. El tiempo pasa, el astro rey sigue descendiendo y sus rayos tocan todavía las capas altas de la atmósfera, que van perdiendo su azul poco a poco. Algo después el cielo empieza a estar oscuro, pero durante un tiempo el Sol sigue alcanzando las regiones desprovistas de aire, quinientos quilómetros por encima de nuestras cabezas: es la hora de los satélites. Cuando la noche avance, la sombra de la Tierra cubrirá todo el cielo y los satélites ya no se dejarán ver, pero al acercarse el crepúsculo de la mañana el Sol lucirá otra vez en las alturas antes que en el suelo, y las condiciones volverán a ser propicias durante algunas horas.

Figura 2.1: Observación visual de satélites al principio de la noche. En la figura se representa un observador en la superficie de la Tierra poco después del crepúsculo de la tarde. El Sol ilumina la escena desde el lado derecho. Un satélite en órbita directa aparece (A) por el horizonte occidental. La luz solar directa lo ilumina y lo hace visible. Poco después (B), el satélite se aproxima al cenit del observador: su brillo y su velocidad aparentes se hacen máximos. Más tarde (C), el satélite deja súbitamente de ser visible al penetrar en la sombra de la Tierra.

El brillo aparente de un satélite iluminado por el Sol depende de diversos factores. Los dos más fáciles de entender son la distancia y el tamaño: cuanto más cercano y mayor es el objeto, más brillante aparece. Menos intuitivo, pero también de significado sencillo, es el efecto de la fracción iluminada: satélites iguales y a distancias idénticas del observador pueden mostrar brillos muy distintos, de la misma manera que la Luna, aun siendo siempre la misma y estando a la misma distancia, cambia mucho su brillo entre las fases nueva y llena dependiendo de cuál sea la porción iluminada de su disco. Los observadores asiduos de satélites artificiales llaman a esta circunstancia el efecto de fase, y ciertamente se trata de la traducción directa de la idea astronómica de fase al mundo de los objetos artificiales. Un último factor del que depende mucho el brillo de los satélites es, cómo no, su reflectividad, la fracción de la luz incidente que reflejan hacia el observador. En este sentido los satélites artificiales se comportan como la mayoría de los cuerpos sólidos que nos rodean. Los objetos son visibles porque reflejan parte de la luz que incide sobre ellos. Cuando esta reflexión ocurre de manera dispersa, hacia todos lados y con in dependencia de, la dirección desde la que llegó la radiación, se acostumbra a llamar reflexión difusa. La reflexión difusa es la que nos permite ver casi todo en la vida cotidiana, desde el agua del mar hasta los autobuses en la calle. Cuando vemos un objeto gracias a la reflexión difusa, estamos captando una fracción muy pequeña del flujo total de luz que está incidiendo sobre él. Esta fracción es aproximadamente la mitad del uno por ciento del flujo total incidente. Puede parecer muy poco, pero no lo es. Unos cálculos someros permiten estimar que un objeto de dimensiones del orden de un metro y situado a cuatrocientos quilómetros de altura puede brillar, por reflexión difusa, tanto como una estrella de tercera magnitud. Satélites mayores o terceras etapas desechadas de cohetes lanzadores pueden alcanzar fácilmente, si las condiciones de iluminación y fase son adecuadas, la segunda magnitud. Objetos tan enormes y bajos como los trasbordadores espaciales o la estación espacial Mir llegan con frecuencia a las magnitudes 0, -1 o incluso -2, lo que convierte su contemplación en todo un espectáculo. Un segundo mecanismo de reflexión es el llamado reflexión especular. Un objeto tan familiar como una moneda sirve muy bien para ilustrarlo. Suele ser la reflexión difusa la que permite ver una moneda, pero cuando la geometría de la luz incidente y de la línea visual cumplen ciertas condiciones, entonces se produce la reflexión especular y podemos captar destellos de luz muy intensos. La reflexión especular es mucho más eficaz que la reflexión difusa, pero ocurre sólo en ciertas direcciones favorecidas. Para que ocurra este fenómeno, la superficie reflectante tiene que ser lisa y relativamente pulida, como suelen serlo las monedas, la chapa de los coches o la superficie del agua. En ocasiones, una geometría de observación afortunada hace que alguna placa metálica o panel solar de un satélite refleje especularmente la luz de manera directa hacia el ojo del observador, con lo que el brillo del objeto aumenta muchísimo. Se han descrito episodios de este tipo, llamados destellos (o, en inglés, flashes o flares), que han llegado a hacer visibles desde el suelo incluso satélites geoestacionarios, los cuales se hallan a 36.000 quilómetros de distancia y son normalmente muy débiles (en torno a la magnitud 13). Así que ya sabemos que, para observar satélites, debemos buscar en el cielo del crepúsculo matutino o vespertino y al comienzo o final de la noche objetos puntuales de segunda, tercera o cuarta magnitud. Si eso fuera todo, la labor resultaría bien difícil, porque las estrellas que cumplen estas características se cuentan por muchos centenares. Pero una última circunstancia facilita la tarea y hace el trabajo más vistoso e interesante: hasta ahora hemos dejado de lado que los satélites se mueven. Y se mueven muy rápido. Tanto que incluso vistos a un millar de quilómetros de distancia su velocidad aparente es comparable a la de los aviones. De ahí que la gente menos informada confunda con facilidad un satélite brillante con un avión. Pero si se sabe qué se busca, la confusión es difícil: los satélites tienen un movimiento más uniforme, son totalmente silenciosos, siempre aparecen como luces únicas y de un color blanco puro, no dejan ningún tipo de estela y no parpadean. Teniendo ya todos los datos, sólo falta buscar un lugar de cielo oscuro, relajarse una tarde sin Luna y observar el cielo con calma al final del crepúsculo. Unas pocas horas de observación bastan para comprobar que los satélites artificiales visibles sin ayuda óptica no aparecen al azar. Existe un cierto orden que permite agruparlos en dos grandes categorías. La primera es la de los satélites que se mueven aproximadamente de oeste a este, en el llamado sentido directo. Veremos bastantes luces móviles en trayectorias que forman un cierto ángulo más o menos grande con la dirección exacta oeste-este, pero jamás veremos un objeto en órbita que se mueva de oriente a occidente, en el sentido denominado retrógrado. Este hecho tiene una causa sencilla: simplemente, no se lanzan satélites en órbitas retrógradas. ¿Por qué? Las razones son sobre todo económicas. Un cohete que despega en sentido directo lo hace con ventaja, pues lleva ya de partida la velocidad que le confiere la propia rotación de la Tierra, la cual gira, como sabemos, de oeste a este. Para despegar hacia el oeste habría que contrarrestar esta velocidad inicial, lo que implicaría un consumo adicional de combustible y ninguna ventaja clara. Además, un satélite en órbita retrógrada baja sufriría más el rozamiento de las capas superiores y enrarecidas de la atmósfera, con lo que su órbita decaería antes. Finalmente, el orbitar en contra de la rotación terrestre hace disminuir el tiempo durante el cual el satélite permanece a la vista de una estación de comunicaciones cualquiera. No obstante, no todos los satélites visibles pertenecen a la categoría anterior, directa. Otro grupo de objetos rodea la Tierra en órbitas casi perpendiculares al ecuador, lo que los lleva a sobrevolar los polos de nuestro planeta una vez en cada vuelta. Este tipo de órbita presenta desventajas desde el punto de vista energético: la velocidad inicial debida a la rotación de la Tierra debe contrarrestarse si se pretende entrar en órbita polar. Sin embargo, aun a costa de rebajar la masa satelizable, las órbitas polares resultan imprescindibles para cierto tipo de misiones dedicadas a la observación del planeta Tierra. Sólo estas trayectorias permiten abarcar toda la superficie del globo en pasadas sucesivas, a medida que nuestro mundo gira en torno a su eje. Son éstos los recorridos preferidos para los satélites espía y para los ingenios de observación geofísica y del territorio, como la famosa serie estadounidense Landsat, o los ultramodernos vehículos europeos ERS. Los satélites polares aparecen como estrellas que se mueven siguiendo la dirección norte-sur o viceversa. Cada tarde pueden verse varios de ellos. Un tercer grupo de satélites queda fuera del alcance de la vista desnuda: los geoestacionarios. A esta clase pertenecen muchos artefactos meteorológicos y de comunicaciones. Ubicados en órbitas directas a 36.000 quilómetros de altura sobre el Ecuador, rodean la Tierra una vez cada día, con lo que se mantienen colgados sobre el mismo punto del mar o el suelo. Ello supone una ventaja enorme a efectos de comunicación, como saben quienes disponen de antenas parabólicas de televisión vía satélite: si estos artefactos no ocuparan órbitas geoestacionarias, las antenas deberían estar en continuo movimiento para seguir apuntando al satélite y no perder la señal. A distancias tan grandes, los satélites geoestacionarios sólo pueden verse con telescopios medianos. Cualquier cámara CCD de las que empiezan a proliferar en el mercado para aficionados, acoplada a un telescopio de quince o veinte centímetros, permite capturar satélites estacionarios con relativa facilidad. Con ese equipo es posible fotografiar los famosos Meteosat, o los dos satélites Hispasat... si se sabe adónde apuntar.

Figura 2.2: Visibilidad de satélites a diferentes horas de la noche. Se representa la Tierra vista desde el norte e iluminada por la luz solar desde la derecha. Tres observadores (1, 2, 3) a distintas horas locales se hallan en condiciones diferentes para la observación visual de satélites. Para el observador 1 acaba de anochecer. El satélite A aparece visible sobre su horizonte, iluminado por la luz solar. El satélite B también está sobre su horizonte, pero es invisible por hallarse sumergido en la sombra de la Tierra. Para el observador 2 es medianoche. Sólo el satélite B está sobre su horizonte, pero es invisible por no estar iluminado. Para el observador 3 está apunto de amanecer. Esta hora es propicia para ver satélites que, como C, emergen de la sombra de la Tierra.

Se ha dicho antes que el brillo aparente de los satélites es, al contrario que el de los aviones, constante. Esto no siempre es cierto. Algunos objetos no se limitan a seguir tranquilamente sus órbitas, sino que mientras lo hacen van rotando sobre su eje, con lo que muestran al observador distintas partes del fuselaje. Ello puede provocar cambios de brillo evidentes, pero muy distintos al parpadeo nervioso y multicolor de las aeronaves. No es extraño ver de tanto en tanto un satélite cuyo brillo aparente varía con 'suavidad, con periodos que van de uno a muchos segundos, indicio seguro de su estado de rotación. Los satélites en órbitas directas aparecen por poniente, se elevan más o menos y, después, descienden hacia levante. Pero casi siempre ocurre que, en el curso de ese descenso, se apagan de manera súbita a consecuencia de la entrada del satélite en la sombra de la Tierra. La observación de satélites puede iniciarse con el crepúsculo de la tarde. Con hamacas cómodas y nuestra bebida preferida (fría o caliente, según la estación), la conversación puede ir pasando del deporte o la política al color del cielo, las luces que se mueven, los satélites polares y las órbitas retrógradas. A medida que avanza la tarde, la región por oriente en la que los satélites directos entran en la sombra de la Tierra se va elevando. Cuando ya sea tan tarde que los satélites desaparezcan antes de llegar al cenit, empezaremos a estar a solas con un cielo despoblado y oscuro, a disposición de nuestros telescopios para contemplar en el resto del universo los objetos celestes que no hemos puesto ahí nosotros.

Satélite Altura (km) Longitud característica (m) Magnitud aproximada Velocidad (km/h) Mir 300 10 -2,5 27.800 HST 600 5 0 27.200 Meteosat 36.000 1 13 11.000 LandSat 700 1 4 27.000 Tabla 2.1. Datos para la observación de algunos satélites artificiales.

Para quien no se deje intimidar por un poco de aritmética, vamos a introducir varias expresiones matemáticas muy elementales que permitirán algunos cálculos aproximados relacionados con los satélites artificiales. Brillo aparente Simplificando mucho el problema, es posible encontrar una expresión que permite calcular de manera aproximada la magnitud aparente de un objeto en órbita. Si simbolizamos con l alguna longitud característica representativa del área del satélite, medida en metros, y con h la distancia al observador, medida en quilómetros, entonces podemos estimar su magnitud aparente mediante la fórmula

m = -10 -5 log10 (l/h)

Podemos aplicar la fórmula a un satélite típico (longitud característica 1m) a diferentes alturas, como 800km; o en órbita estacionaria, a 36.000km. Las terceras fases desechadas de cohetes se mueven a las mismas alturas que estos, pero acostumbran a ser bastante mayores (dos o tres metros de longitud característica). Diez metros de longitud para el área iluminada y 400km de altura representan bien la estación Mir. Esta expresión es solo aproximada y se ha deducido admitiendo que el objeto envía en dirección al observador, por reflexión difusa, la mitad del uno por ciento del flujo de luz incidente. Cuando se producen destellos debido a reflexión especular, el brillo aparente puede crecer en muchas magnitudes, que pueden ser incluso diez en casos extremos. Un espejo perfecto de veinte metros de diámetro a 350km de altura reflejando la luz solar especularmente hacia el observador tendría una magnitud de -15. Velocidad ¿A qué velocidad se está moviendo ese satélite? Si conocemos la altura en quilómetros (h), la velocidad en km/h puede calcularse con bastante exactitud mediante la fórmula

v = 2.272.509 / ( h + 6.378 )1/2

3 - El espejo de aire (La refracción astronómica) Este camino es verde como el astro más reciente, ese que está naciendo en el ojo que lo mira. VICENTE ALEIXANDRE,

Porque querer dar a entender a nadie que Amadís no fue en el mundo, [..1 será querer persuadir que el Sol no alumbra. MIGUEL DE CERVANTES, Don Quijote

Las salidas y puestas del Sol son los espectáculos más llamativos que nos brinda el firmamento cotidiano. De los dos, el anochecer es sin duda el preferido por románticos y enamorados. Lo que tal vez no sepan los contempladores asiduos de este fenómeno es que se trata de un espejismo: cuando el Sol comienza a besar el mar o la montaña ya no está ahí donde parece; en realidad hace varios minutos que se hundió bajo el horizonte. La atmósfera terrestre es una delgada envoltura gaseosa que protege todo lo que hay en la Tierra. Los astrónomos mantienen una relación contradictoria con esta mezcla de nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono y otros gases raros: por una parte, le deben nada menos que el aliento y la vida, pero, por otro lado, el aire constituye un medio material que se interpone entre el observador y el cielo, una presencia molesta que estorba en gran medida para el descubrimiento de los secretos del cosmos. La atmósfera interactúa con la luz procedente del cielo de maneras muy diversas. Una de ellas, la difusión4, es la responsable de que la mayoría de las observaciones astronómicas sean imposibles a la luz del día. Otras dificultades para el estudio del cielo se deben a la agitación continua de las masas atmosféricas5. Tampoco hay que olvidar que hasta el aire más limpio y cristalino de una noche invernal en la alta montaña dista muchísimo de ser transparente, porque es del todo opaco a la mayoría de las radiaciones que emiten los astros, como la luz infrarroja, la luz ultravioleta o los rayos equis. Uno de los efectos atmosféricos menos conocidos por el público en general, pero al que la astronomía se ha enfrentado desde hace más de mil años, es el de la refracción astronómica. Hoy en día casi todo el mundo tiene una buena idea empírica sobre el concepto de refracción. Cuando la luz cambia de medio de propagación y pasa de un material a otro de densidad diferente, se altera la dirección de los rayos. Este cambio de dirección puede afectar la posición e incluso la forma de los objetos observados, tal y como lo demuestra el clásico ejemplo de la deformación y cambio aparente de tamaño de los objetos semisumergidos en recipientes con agua. Una cucharilla introducida en un vaso de agua parece estar quebrada cuando se mira desde fuera. El fondo de las piscinas en calma parece ser menos profundo de lo que corresponde en realidad, y presenta una extraña forma ondulada cuando se contempla desde fuera, desde el borde de la piscina. Todos estos fenómenos son debidos a la refracción de la luz al pasar de un medio (el aire) a otro (el agua). La luz que proviene de los astros recorre distancias inmensas en un medio, el vacío cósmico, de densidad muy baja. Cuando los rayos luminosos se encuentran con la atmósfera terrestre, el cambio de densidad hace que se refracten. Es de esperar que esta refracción, la refracción astronómica, modifique la forma y la posición de los objetos que se observan en el cielo. La refracción astronómica es conocida desde hace siglos. Al parecer, el primer gran astrónomo que la consideró de manera sistemática en sus cálculos fue el científico, astrólogo y poeta egipcio del siglo X Ibn Yúnus. El danés Tycho Brahe dedicó grandes esfuerzos en el siglo XVI al estudio de la refracción. La enorme precisión de sus medidas de posiciones estelares requería corregir los efectos atmosféricos. Brahe comprobó que la intensidad de la refracción astronómica depende de las condiciones meteorológicas, aunque cometió el error de creer que la distancia a cada astro era un factor importante y, por tanto, elaboró tablas de refracción diferentes para la Luna, el Sol y las estrellas. Hoy sabemos que tal distinción no tiene sentido: la refracción astronómica afecta a todos los astros por igual. Estos sabios antiguos describieron la refracción astronómica, pero no fueron capaces de explicar sus causas, lo cual no se consiguió hasta el siglo XVII. El mecanismo de la refracción astronómica se ilustra en la figura 3.1. Como la atmósfera terrestre tiene una forma curva, la intensidad de la refracción no es la misma en todos los puntos del firmamento. A los astros situados directamente sobre la vertical del observador, en el cenit, no les afecta en lo más mínimo. Sin embargo, la intensidad de la refracción astronómica aumenta a medida que los objetos se acercan más y más al horizonte. Como consecuencia de la refracción astronómica, los astros varían sus posiciones de manera que parecen estar situados un poco por encima del lugar donde los veríamos si no existiera la atmósfera. Para cuantificar el fenómeno de la refracción recurriremos a la medida de ángulos en el cielo dividiendo el arco que va del horizonte al cenit en 90 grados. Así, un grado equivale aproximadamente al ancho de la uña del dedo meñique, observada con el brazo extendido. Cada grado se divide en 60 unidades minúsculas, llamadas minutos de arco. Los discos del Sol y de la Luna tienen diámetros aparentes casi iguales, unos 30 minutos de arco (medio grado).

Figura 3.1: Mecanismo de la refracción astronómica. La elevación de la posición aparente de los objetos es más intensa para alturas sobre el horizonte cada vez menores.

Según lo anterior, cuando un astro dista 90 grados del horizonte coincide con el cenit y, por tanto, no experimenta refracción alguna. Los astros cuya distancia angular al horizonte es de 60 grados (tres palmos medidos con el brazo extendido) parecen estar medio minuto de arco por encima de su posición real. Medio minuto de arco es muy poco: corresponde al tamaño aparente de un huevo de gallina observado a una distancia de 350 metros. Pero para alturas menores sobre el horizonte, la refracción empieza a ser apreciable a simple vista. Por ejemplo, a 10 grados (medio palmo) de distancia a1 horizonte, las posiciones aparentes de los astros se desplazan hacia arriba en 5 minutos de arco, o sea, el tamaño aparente de un huevo de gallina visto a 34 metros. La intensidad de la refracción más cerca aún del horizonte crece muchísimo, de manera que para un objeto situado a sólo 5 grados de altura, el desplazamiento vertical es de 10 minutos, el tamaño de un huevo a una distancia de 17 metros. El rápido incremento de la refracción cuanto más cercano se halla un objeto al horizonte tiene una repercusión curiosa en la forma de los objetos extensos, como las constelaciones o, muy en particular, los discos del Sol y de la Luna. Cuando el Sol o la Luna están muy bajos, poco antes de la puesta o justo después de la salida, la intensidad de la refracción astronómica es muy distinta para los puntos del limbo superior (más lejano al horizonte) y del limbo inferior (más cercano al horizonte). En virtud de la refracción, el limbo inferior sufre una «elevación» aparente mayor que el limbo superior. La anchura del disco, en cambio, no varía y el resultado es que el disco del astro se «achata» (figura 3.2). Este efecto es muy fácil de observar en las salidas y puestas de Sol, y también en las de Luna si el horizonte está libre de bruma, sobre todo en fase de Luna llena.

Figura 3.2: El Sol y la Luna cambian de forma aparente, se «achatan », al acercarse al horizonte.

La refracción continúa incrementándose cada vez más cuanto más descienden los astros, y resulta interesante extraer el valor que adquiere cuando los objetos se hallan justo en la línea del horizonte. La experiencia demuestra que dicha cantidad es de 37 minutos de arco, una cantidad que entre los astrónomos recibe el nombre de refracción horizontal. Es casi increíble que su valor se parezca tanto a los 40 minutos de arco que, hace más de mil años, determinó Ibn Yúnus con sus recursos rudimentarios. 37 minutos de arco es un ángulo más que considerable: equivale a un huevo de gallina visto a sólo 4,5 metros de distancia y se trata de una cantidad que excede incluso los diámetros aparentes del Sol y de la Luna. Si se analiza lo anterior, la conclusión es sorprendente. Según lo dicho, un objeto astronómico ubicado realmente en el horizonte parecerá estar situado más de medio grado por encima. Si se considera el caso del Sol, cuando cae por la tarde en busca del horizonte y el último extremo de su borde superior se oculta, la refracción astronómica provoca que ese punto del Sol se alce, en apariencia, 37 minutos de arco por encima del horizonte, y en esos 37 minutos cabe de sobra el disco solar completo, al cual dirigimos la mirada sin saber que no lo miramos a él, sino su imagen reflejada en el espejo de la atmósfera, porque hace ya varios minutos que el Sol verdadero se marchó. Por supuesto, lo anterior es aplicable también a la Luna y, en general, a cualquier otro astro observado en el horizonte. El fenómeno de la refracción astronómica ocurre no sólo en el ocaso de los astros, sino también en el orto. Así pues, las salidas de Sol son tan ficticias como las puestas: cuando vemos salir el astro rey, el Sol verdadero o «geométrico» está todavía oculto del todo bajo el horizonte. Como la refracción astronómica retarda las puestas de Sol aparentes y adelanta las salidas, tiene la consecuencia inmediata de alargar la duración de los días de luz. Definimos el día de luz geométrico como el intervalo de tiempo que media entre el orto y el ocaso del centro del disco solar verdadero. Denominamos, en cambio, día de luz aparente al tiempo trascurrido entre la visión del primer rayo de Sol y la desaparición del último. Siguiendo estas definiciones, los días de luz aparentes resultan ser siempre como mínimo 6 minutos más largos que los geométricos. Esta diferencia temporal se debe a dos causas. Por un lado, el hecho de que el Sol tenga un diámetro apreciable hace que a la salida, incluso en ausencia de atmósfera, empiece a recibirse luz de su disco antes de que el centro geométrico del mismo haya rebasado la línea del horizonte, y que a la puesta se siga recibiendo luz después de la ocultación del centro del disco. Por otro lado, la refracción astronómica inducida por la atmósfera según lo descrito en párrafos anteriores se suma al efecto que produce el tamaño del disco, pero su importancia es dos veces mayor. La diferencia de 6 minutos entre los días de luz aparentes y geométricos es un umbral mínimo que puede alcanzar hasta decenas de minutos, según la época del año y la latitud geográfica del observador. Todo el mundo ha oído hablar de las fechas de inicio y fin de las estaciones del año. La primavera y el otoño comienzan cuando el Sol, en su recorrido aparente por el firmamento a lo largo del año, pasa por los llamados puntos equinocciales. En estas posicionales, que en promedio coinciden con las fechas del 21 de marzo y el 22 de septiembre, los días de luz geométricos son exactamente de 12 horas en todos los lugares de la Tierra. Pero acabamos de comprobar que los días de luz aparentes son siempre más largos que los geométricos. Así pues, en general es falsa la afirmación de que en los equinoccios la noche y el día duran lo mismo... si se entiende por noche la ausencia de luz solar. Como es bien sabido, en invierno las noches son más largas que los días. A medida que avanza el invierno, los días se van alargando poco a poco, y llega una fecha en que el día de luz solar aparente tiene una duración idéntica a la noche. Por lo que hemos comentado, esta fecha no coincide nunca con la del equinoccio geométrico. En la tabla 3.1 se muestra cuánto difieren los equinoccios aparentes de los geométricos para varias latitudes geográficas que abarcan las regiones del mundo de habla hispana. Para las latitudes medias de ambos hemisferios (latitudes entre +20° y +40°, y entre -20° y -40°), en general es válida la afirmación de que el equinoccio aparente de primavera se adelanta varios días, y el equinoccio aparente de otoño se retrasa un tiempo parecido, en relación a sus respectivos equinoccios geométricos.

Latitud Ejemplos Equinoccio aparente de marzo Equinoccio aparente de septiembre +40° Península Ibérica, N. de EE. UU. Se adelanta 4 días Se retrasa 4 días +30° Canarias, Florida, N. de México Se adelanta 5 días Se retrasa 5 días +20° México, Cuba, Rep. Dominicana Se adelanta 6 días Se retrasa 6 días -20° Bolivia, Paraguay Se retrasa 6 días Se adelanta 6 días -30° Uruguay, N. de Argentina y Chile Se retrasa 5 días Se adelanta 5 días -40° S. de Argentina y Chile Se retrasa 4 días Se adelanta 4 días Tabla 3.1. Adelanto o retraso de los equinoccios aparentes respecto de los equinoccios geométricos. Los equinoccios geométricos ocurren, en promedio, e1 21 de marzo y el 22 de septiembre

En las zonas ecuatoriales de la Tierra, el concepto de equinoccio tiene bien poco sentido, puesto que todas las noches del año tienen prácticamente la misma duración. Desde el punto de vista geométrico, para un observador situado justo en el ecuador, los días de luz deberían ser siempre de 12 horas exactas. La refracción astronómica y el tamaño del disco solar dilatan también aquí los días de luz aparentes, pero las sutilezas de los movimientos del cielo hacen que estos alargamientos no sean iguales en todas las fechas. En conclusión, en el ecuador, donde según el Sol geométrico todos los días deberían ser iguales, ocurre que los días de luz aparentes varían de duración entre un mínimo de 12 horas más 6 minutos (21 de marzo y 22 de septiembre) y un máximo de 12 horas más 8 minutos (21 de junio y 22 de diciembre). Hasta ahora hemos considerado la refracción atmosférica como un fenómeno que altera la forma y posición aparentes de los objetos astronómicos. Pero vale la pena considerar además sus efectos sobre el color. Tal y como demostró Isaac Newton en el siglo XVII, cuando la luz cambia de medio de propagación no sólo se refracta, sino que también se dispersa en sus colores constituyentes. Todas las sustancias trasparentes refractan la luz que incide sobre ellas, pero lo hacen según ángulos ligeramente distintos para radiación de colores diferentes. La luz blanca del Sol contiene todos los colores mezclados y se refracta al incidir en el aire, pero la componente rojiza se desvía menos que la verde, y ésta menos que la azul y la violeta (figura 5.4). En consecuencia, cuando la refracción es intensa (a alturas pequeñas sobre el horizonte), los objetos astronómicos producen varias imágenes separadas y de colores distintos. Este efecto es fácil de comprobar si se dispone de un pequeño telescopio y se observa una estrella brillante cercana al horizonte o, mejor aún, el planeta Venus. Si se trata de Venus, se verá que el disco aparece alargado en vertical, con los extremos coloreados: la luz azul-verdosa procedente del disco se refracta más que la roja, y cada color forma imágenes que no se superponen del todo. El extremo superior del disco aparece azul-verdoso, mientras que el limbo inferior (cercano al horizonte) es rojizo-anaranjado. Lo mismo ocurre con el Sol y todos los demás astros. La separación de las imágenes de los distintos colores se acentúa a medida que la refracción astronómica se intensifica. Al mismo tiempo, y debido al fenómeno de la dispersión de Rayleigh6, la luz de tonos violáceos y azulados se va atenuando, por lo que el limbo superior, antes azul-verdoso, adquiere un tono glauco manifiesto. Cuando casi todo el disco del Sol aparente se ha sumergido en el horizonte, el último destello de luz solar es de un color verde rodeado de los tonos rojizos, violetas o encarnados del atardecer. Este efecto debido a la refracción astronómica recibe el nombre de rayo verde. La observación del rayo verde no es fácil. Se requiere un horizonte libre de obstáculos y un aire limpio y transparente. Aunque a veces se ha contemplado desde zonas de montaña, es obvio que el lugar ideal es la costa, con un horizonte marino abierto hacia poniente. Desde España, uno de los mejores lugares es la costa gaditana. En teoría es posible observar el rayo verde también al amanecer, aunque en este caso hay varios inconvenientes adicionales. El más inmediato es la necesidad de madrugar y el siguiente, tal vez, consiste en la dificultad de conocer de antemano el punto exacto del horizonte por el que aparecerá el Sol, puesto que el fenómeno del rayo verde dura apenas unos segundos. El rayo verde es sólo uno de los muchos y variados rasgos especiales que pueden llegar a exhibir las salidas y puestas de Sol debido a la refracción de la luz en sucesivas capas atmosféricas. Aunque los cálculos astronómicos muestren que a la caída de la noche el Sol verdadero no está donde parece, nadie puede negar que el espectáculo de cada atardecer es real, y que el saber algo más sobre los procesos físicos que intervienen en él no tiene por qué restarle ni un ápice de romanticismo y asombro. Más bien al contrario. 4 - Tizas de nieve (Estrellas fugaces, lluvia de estrellas y cometas) Como huésped estrictamente mío en la pizarra de la noche trazo una línea blanca. MARIO BENEDETTI, Soy mi huésped

Las estrellas fugaces son uno de los fenómenos más llamativos del cielo nocturno. A pesar de su nombre, nada tienen que ver con las estrellas. Son trozos de piedra y de hielo que llueven desde el espacio interplanetario. En cualquier noche de observación del firmamento, cada hora es posible ver una o varias estrellas fugaces. Son trazos luminosos de brillos diversos que fulguran en el cielo por fracciones de segundo y no dejan rastro o, a lo sumo, las más brillantes, una estela sutil que pronto se desvanece, La gente acostumbra a decir que «se ha caído una estrella», pero eso no puede ser, porque a ese ritmo de caída, con el paso de los siglos, en la bóveda celeste no quedaría ya ninguna. Más sentido tiene la tradición de formular un deseo mientras dura el destello; al fin y al cabo, cualquier momento es bueno para ese menester, se caigan o no las estrellas. Las estrellas fugaces han cruzado el cielo siempre, pero sólo desde principios del siglo XIX se conoce su verdadera naturaleza. La física de Aristóteles, paradigma de la ciencia natural occidental durante casi mil años, atribuía el fenómeno a causas terrestres. El universo aristotélico estaba dividido en dos zonas: la celestial o supralunar y la terrena o sublunar. Los orbes celestes eran un reino de orden inmutable, de perfección absoluta materializada en el movimiento siempre circular y en una sustancia cristalina y pura, el éter. El mundo sublunar, en cambio, era el imperio de lo mudable, dominado por movimientos rectilíneos y compuesto de cuatro elementos, a saber, tierra, agua, aire y fuego. El lugar natural de la tierra era el centro del mundo, circundado sucesivamente por las regiones del agua, el aire y, finalmente, el fuego. Para Aristóteles y, con él, los científicos medievales musulmanes y cristianos, los fenómenos bruscos que se observan en el cielo no son propios del mundo supralunar. Por tanto, los impredecibles y cambiantes cometas, así como las estrellas fugaces, se interpretaban como fenómenos que deben ocurrir en la atmósfera terrestre, en las regiones del aire y el fuego. Todavía en el siglo XVII la explicación aristotélica de las estrellas fugaces era la única aceptada. Las exhalaciones secas y calientes de la tierra ascienden hasta las capas altas de la atmósfera, donde entran en ignición y originan las estrellas fugaces, los cometas y las auroras boreales. En palabras de Cervantes (1615): En esto, se cerró más la noche, y comenzaron a discurrir muchas luces por el bosque, bien así como discurren por el cielo las exhalaciones secas de la tierra, que parecen a nuestra vista estrellas que corren. (Don Quijote, segunda parte, cap. 34). Hoy sabemos que las auroras son consecuencia de la interacción del viento solar con el campo magnético y la atmósfera de nuestro planeta. Los cometas, como demostró Tycho Brahe en 1577, son cuerpos celestes por derecho propio. Las estrellas fugaces ocurren en la atmósfera, pero su origen no es terrestre, sino celeste. Si los argumentos de la física aristotélica nos parecen difíciles de asumir, con más escepticismo todavía deberíamos recibir la teoría moderna de las estrellas fugaces, pues los astrónomos hoy afirman que se trata de piedras que caen del cielo. Aristóteles se habría reído de semejante idea, como lo hicieron los científicos hasta el siglo pasado. Un presidente de Estados Unidos, Thomas Jefferson (1743-1826), tras serle expuesta la teoría moderna de las estrellas fugaces, exclamó: «Antes creería que dos profesores yanquis mienten que aceptar que nos caen piedras de los cielos.» Y sin embargo, caen. El espacio interplanetario constituye un vacío muchísimo más perfecto que cualquier vacío que se pueda generar en los laboratorios terrestres. Aun así, no es un medio oscuro y anodino, sino un interesantísimo objeto de estudio en el que ocurren multitud de procesos físicos. En él se propaga la corriente de partículas eyectadas por el Sol conocida como viento solar. El viento solar interactúa de un modo complejo con el campo magnético del Sol y con el de los planetas que lo circundan. Además, todo este espacio está ocupado por una nube enorme, aunque muy poco densa, de partículas sólidas microscópicas. Esta nube tiene forma achatada y su plano de simetría coincide con las órbitas planetarias; refleja la luz del Sol y es visible desde la Tierra, cuando las condiciones son propicias, como un resplandor difuso que cruza las constelaciones del zodíaco y que se llama luz zodiacal. Otras partículas mayores, con tamaños entre diezmilésimas de milímetro y pocos metros, se llaman meteoroides, y constituyen el grupo de transición entre los granos de la luz zodiacal y los asteroides. De vez en cuando, un meteoroide se encuentra en su camino con nuestro planeta y choca con él a una velocidad de varias decenas de quilómetros por segundo. A estas velocidades colosales, el rozamiento con el aire calienta los meteoroides hasta ponerlos incandescentes. Desde el suelo vemos un trazo luminoso: «se ha caído una estrella». Los astrónomos usan el término meteoro para referirse a ese rastro de luz conocido popularmente como estrella fugaz. Se calcula en trescientas toneladas el total de materia interplanetaria que cae sobre la Tierra cada día: Todos los planetas del Sistema Solar están sometidos a este bombardeo constante. En los mundos sin atmósfera, como Mercurio o la Luna, hasta las partículas más pequeñas chocan directamente con el suelo y provocan microcráteres de impacto. Planetas como Venus, Marte o la Tierra están protegidos por una envoltura gaseosa que detiene los meteoroides más pequeños. En nuestro planeta, el recorrido atmosférico dura escasos segundos y sólo los objetos interplanetarios de mayor masa y consistencia sobreviven a él. La mayoría se vaporiza totalmente a alturas comprendidas entre ciento cincuenta y cincuenta quilómetros sobre el suelo. Por increíble que pueda parecer, la masa de los meteoroides responsables de la mayoría de los meteoros visibles a simple vista es de sólo unos pocos miligramos, y sus dimensiones de fracciones de milímetro. Cuando una partícula sólida interplanetaria que entra en la atmósfera es de varios centímetros, su caída es todo un espectáculo. Objetos de un metro son muy poco frecuentes, y los meteoros que provocan son tan brillantes que reciben un nombre especial: bólidos. Algunos bólidos van acompañados de estampidos sónicos y explosiones, y a veces (aunque no siempre) algunos fragmentos del meteoroide sobreviven y alcanzan el suelo: se llaman meteoritos. Los choques con objetos mayores son realmente excepcionales. Un meteoroide rocoso o metálico de decenas o centenares de toneladas, dependiendo de las condiciones de su caída, puede atravesar la atmósfera y alcanzar la superficie a velocidades astronómicas. Estos impactos hipersónicos originan cráteres. No ha ocurrido ningún fenómeno de este tipo en época histórica, pero en la Tierra, como en otros planetas con atmósfera, existen multitud de estructuras de impacto que atestiguan que estos eventos han sucedido en el pasado y, sin duda, se repetirán en el futuro. Es muy popular en estos tiempos la teoría que atribuye la extinción de gran variedad de especies vivas (los dinosaurios entre ellas) a finales del Cretáceo al impacto de un asteroide contra la Tierra. La idea parece asentarse a medida que se acumulan las evidencias, entre ellas el hallazgo del presunto cráter dejado por el choque hace sesenta y cinco millones de años: la erosionada estructura anular de Chicxulub, en Yucatán, de más de doscientos quilómetros de diámetro. En tiempos recientes, el choque cósmico más grave en nuestro planeta fue el denominado acontecimiento de Tunguska. En 1908, un objeto interplanetario de varias decenas de metros se precipitó sobre la tundra siberiana, en el valle del río Tunguska. El cuerpo se desintegró en el aire, por lo que no llegó a provocar un cráter de impacto. Sin embargo, la destrucción en la superficie debida a la onda expansiva fue total en un radio de veinte quilómetros, y la energía desatada se calcula en unos doce megatones (más de mil veces la bomba de Hiroshima). Los expertos discuten si el objeto impactante fue un fragmento cometario o asteroidal. En un principio, la idea de un choque cometario fue bastante aceptada, pero los últimos estudios apuntan más bien a un pequeño asteroide rocoso de ochenta metros de diámetro moviéndose a unos veinte quilómetros por segundo. Destacados creyentes en la ufología han tratado de explicar el acontecimiento de Tunguska en términos de artefactos de inteligencias extraterrestres. La primera reacción ante semejante hipótesis es la risa, pero el recuerdo de errores como la teoría de la ciencia oficial medieval sobre las estrellas fugaces o la actitud de Jefferson acerca del origen espacial de los meteoritos deben hacernos humildes y no precipitarnos en el juicio. Así pues, ¿qué crédito merece la hipótesis ovni en el caso Tunguska? Si se evalúa con calma lo mucho que se sabe hoy día sobre impactos en la Tierra, la Luna y otros mundos (por ejemplo, el cometa Shoemaker-Levy 9 y Júpiter en 1994), lo que se ha llegado a descubrir sobre la naturaleza de los asteroides y cometas, las nociones modernas sobre evolución en biología, las ineludibles limitaciones físicas. del vuelo espacial interestelar, lo que se ha llegado a descubrir sobre teoría y tecnología nuclear, el cúmulo de información sobre incontables fraudes y alucinaciones en seudociencia, y si se considera a la vez la simplicidad y la precisión con que la hipótesis del impacto natural explica todos y cada uno de los rasgos del evento de Tunguska (sin dejar ni uno solo pendiente), la conclusión no puede ser otra que calificar de grave muestra de ignorancia y estulticia la defensa de la hipótesis ovni (aun cuando, en sentido estricto, el objeto impactante volara y, en su momento, no fuera identificado). Si concluyéramos que el objeto de Tunguska era un platillo volante, ¿deberemos entonces reinterpretar todos los cráteres de la Luna, la Tierra y otros mundos como impactos de artilugios extraterrestres? Una sonora carcajada resulta una respuesta incluso bondadosa a la propuesta ufológica, y parece claro que no corremos los mismos riesgos que Jefferson o Aristóteles en su día. Los meteoroides más densos y consistentes tienen su origen en colisiones de cuerpos rocosos, como asteroides entre sí o con la Luna o Marte. Los fragmentos producidos por estos choques están distribuidos irregularmente en el espacio interplanetario, por lo que la observación de meteoros de este grupo es impredecible: aparecen aislados y de manera esporádica. Otro grupo de meteoroides proviene de los cometas. Los cometas son astros con núcleos pequeños, de decenas de quilómetros, formados por hielos y polvo de silicatos. Cuando se aproximan al Sol, el calor sublima los hielos y el cometa expulsa material del interior y la superficie con violencia. Toda la órbita cometaria queda sembrada de meteoroides, pequeños fragmentos de material helado o pulverulento poco compacto. Citando los meteoroides de origen cometario entran en la atmósfera, nunca resisten el trance y se vaporizan del todo antes de acercarse al suelo. El polvo cometario no está repartido al azar, sino que se concentra a lo largo de las órbitas de los cometas progenitores. Cuando la Tierra pasa cerca de una de estas órbitas, los meteoros se observan agrupados y proviniendo de una misma dirección. Este fenómeno se conoce como lluvia de estrellas. Como la Tierra cruza la órbita de un cometa dado alrededor de las mismas fechas cada año, las lluvias de estrellas son predecibles y están catalogadas. Cada lluvia recibe un nombre relacionado con la zona del cielo de la que parecen proceder los meteoros, el llamado punto radiante, determinado por la geometría de las órbitas del cometa progenitor y nuestro planeta. La lluvia de estrellas más famosa es la de las Perseidas, con radiante en la constelación de Perseo y que se observa alrededor del doce de agosto cada año, en un intervalo temporal de varias semanas antes y después. En España se conocen también con el nombre de Lágrimas de San Lorenzo, porque los católicos celebran la festividad de este santo el día diez de agosto. Otras lluvias famosas son las Leónidas, con radiante en la constelación de Leo (alrededor del dieciséis de noviembre) y las Oriónidas (veintiuno de octubre), cuyo cometa progenitor es el Halley. La publicidad que han recibido a veces las lluvias de estrellas en los medios de comunicación de masas ha levantado expectativas injustificadas. Realmente el espectáculo es interesante, pero hay que tener en cuenta que incluso una lluvia rica, como las Perseidas, ofrece a simple vista, como máximo, de cincuenta a cien meteoros por hora en los momentos más intensos: entre uno y dos cada minuto, y eso contando con que la observación se realice desde un lugar oscuro, y no desde el centro de una población con alumbrado artificial. Frecuencias meteóricas mayores, de hasta trescientos meteoros por hora o más, son excepcionales, aunque se han dado casos en la historia. El estudio de las órbitas cometarias y de los meteoroides se beneficia en gran medida de la labor de los astrónomos aficionados que se dedican al seguimiento de las lluvias de estrellas. Este tipo de observación, muy practicada en España, está al alcance de todo el mundo sin necesidad de instrumental. Basta mirar al cielo por la noche desde un lugar oscuro y, con información correcta y rigor, determinar los parámetros que describen el ritmo de caída, brillo, color y movimiento de los meteoros. Como vemos, existe una relación estrecha entre los cometas y la mayoría de los meteoros, aunque el vínculo es de naturaleza muy distinta a la propuesta por Aristóteles. Comoquiera que siempre que se habla de meteoros se acaba tratando también el tema de los cometas, nunca está de más insistir en las grandes diferencias que hay entre estos dos fenómenos. En las fotografías, tanto los meteoros como los cometas aparecen como objetos luminosos alargados sobre el fondo de estrellas, y mucha gente los toma por la misma clase de cuerpo celeste. Sin embargo, y a pesar de su relación paterno-filial comentada más arriba (la mayoría de los meteoros son causados por fragmentos desprendidos de cometas), los meteoros y los cometas son radicalmente distintos desde casi todos los puntos de vista. Los cometas, cuando han desarrollado una cabellera y una cola importantes, son cuerpos celestes extensos. Si bien los núcleos helados no pasan de las decenas de quilómetros, sus colas de gas y polvo pueden ser tan largas como las distancias entre los planetas. Los cometas se mueven alrededor del Sol y son visibles desde la Tierra a grandes distancias. Así, su movimiento aparente sobre el fondo estrellado es lento, y cuando se hacen visibles permanecen en el firmamento, compartiendo su giro diurno, durante días o semanas. La cola de los cometas no es debida a su movimiento entre los planetas. En contra de lo que sugiere la intuición al observar la foto de uno de ellos, la cola en realidad es provocada por la radiación solar y está siempre orientada en dirección opuesta al Sol. A lo largo de la órbita de un corneta, hay tramos en los que la cola va por detrás del núcleo, pero también a veces la cola avanza de costado, o incluso por delante (figura 4.1).

Figura 4.1: Las colas de los cometas se extienden siempre en dirección opuesta al Sol, con independencia del sentido de movimiento del cometa.

Los meteoros, aunque buena parte de ellos tiene origen cometario, son fragmentos sólidos minúsculos que se hacen visibles durante instantes brevísimos en la alta atmósfera terrestre. Su aspecto alargado sí es debido al movimiento, y su trazo brillante contra la pizarra negra de la noche va siempre por detrás de la partícula que avanza en el aire. Con frecuencia los libros de astronomía nos sorprenden con cifras desmesuradas de tamaños, distancias, edades, energías... La observación de los meteoros proporciona un ejemplo poco conocido del enlace entre lo minúsculo y lo muy grande. Los miembros más pequeños de nuestro Sistema Solar, los meteoroides de menos de un milímetro, se hacen perceptibles a simple vista en el instante de dejar de existir sólo gracias a la velocidad tan enorme (astronómica) con que, alcanzan nuestro planeta, después de haber circulado por el espacio interplanetario durante muchos miles de años. 5 - Las estrellas tiemblan (Por qué titilan las estrellas) Escribir por ejemplo: «La noche está estrellada y tiritan, azules, los astros, a lo lejos.» PABLO NERUDA, Poema 20

El brillo de las estrellas pocas veces es uniforme. Parpadean constantemente, sobre todo las más luminosas. ¿Dónde está el origen de este centelleo, en las propias estrellas o en la atmósfera de la Tierra? A1 contrario que las estrellas, los planetas raramente centellean. ¿Por qué esta diferencia? El parpadeo de las estrellas es muy fácil de observar. Con una frecuencia de varias veces por segundo, la intensidad (y a veces incluso el color) de estos astros cambia constantemente. La contemplación reposada del fenómeno muestra varios rasgos curiosos. En primer lugar, el centelleo de las estrellas no es igual todas las noches, sino que varía de intensidad y de ritmo en cada ocasión. En una noche dada, el parpadeo es distinto de unas estrellas a otras dependiendo sobre todo del brillo y de la altura de los astros sobre el horizonte. Las estrellas brillantes parecen parpadear más. A igualdad de brillo, las estrellas muy altas (cercanas al cenit) casi no parpadean, mientras que las más próximas al horizonte lo hacen con fuerza. Todo ello sería muy difícil de explicar si hubiera que atribuirlo a cambios en las propias estrellas. Hoy sabemos que las estrellas son soles, y que el Sol es un objeto muy grande, de más de un millón y cuarto de quilómetros de diámetro. Las leyes físicas prohíben que los objetos de dimensiones colosales cambien de brillo aparente con brusquedad. Debido a la velocidad finita de la luz, hasta los cambios súbitos de luminosidad se suavizan. Consideremos un caso extremo: supongamos que el Sol entero se apagara instantáneamente. Como el centro del disco solar está unos 700.000 quilómetros más cerca de nosotros que el borde, cuando el último rayo luminoso procedente del centro hubiera alcanzado la Tierra, todavía nos estaría llegando luz desde el limbo solar durante más de dos segundos, y el apagón instantáneo se convertiría a nuestros ojos en una desaparición paulatina, con el astro rey oscureciéndose desde el centro hacia los bordes. Cuanto mayor es un objeto, más se suavizan vistos desde fuera sus cambios intrínsecos de brillo. Es cierto que hay estrellas mucho más pequeñas que el Sol, pero también las hay mucho más grandes. La luz que emiten es casi siempre de una intensidad y un color muy constantes; sólo las llamadas estrellas variables cambian de brillo con el tiempo, y lo hacen no en fracciones de segundo, sino en periodos mucho mayores que van de días a años. Es más razonable pensar que el centelleo no es debido a cambios en la luminosidad de los astros, sino a perturbaciones introducidas por el medio material entre las estrellas y el observador. En realidad, la razón del centelleo estelar está en la atmósfera de la Tierra. La atmósfera terrestre es un medio fluido en continua agitación y que dista mucho de ser del todo transparente. No es de extrañar que la luz que la atraviesa se vea afectada de muy diversas maneras. La luz que viene de los astros recorre un grueso de atmósfera mucho mayor cuando se trata de objetos cercanos al horizonte que cuando están altos, próximos al cenit. Esto explica que el centelleo sea más intenso para las estrellas bajas que para las altas. Además, cerca del horizonte todos los objetos astronómicos se tiñen de rojo7, de manera que cuando tiritan los astros a lo lejos, más que azules se ven anaranjados. Que las estrellas brillantes parezcan temblar más que las débiles es un efecto sobre todo psicológico. Cuando se trata de astros poco luminosos, no sólo es más difícil percibir su brillo, sino también los cambios de ese brillo. Las medidas fotométricas objetivas demuestran que, en igualdad de alturas sobre el horizonte, las estrellas menos brillantes parpadean tanto como las que más. Los fundamentos de la teoría del centelleo estelar son bastante simples. Si no hubiera aire, las ondas luminosas de las estrellas llegarían planas y paralelas, inalteradas tanto en dirección como en intensidad y color (figura 5.1). El firmamento tendría el aspecto que solamente los astronautas han visto en persona desde la Luna o desde la órbita circunterrestre: contra un fondo muy oscuro, las estrellas lucirían con brillos siempre constantes.

Figura 5.1: En ausencia de atmósfera, la luz de las estrellas nos llegaría en forma de frentes de onda planos y paralelos.

Sin embargo, entre las estrellas y el suelo está la atmósfera, con sus capas de diversos grados de turbulencia. Las capas turbulentas deforman los frentes de onda que en principio eran planos (figura 5.2). Ello tiene dos consecuencias observacionales. La primera es que la dirección aparente de llegada de la radiación puede cambiar, con lo que la posición de la fuente luminosa sobre el cielo se altera. El desplazamiento no es apreciable a simple vista, pero con un telescopio (preferiblemente pequeño) puede verse que en noches poco apacibles las estrellas, sobre todo las cercanas al horizonte, parecen bailar en el campo de visión.

Figura 5.2: La turbulencia en la atmósfera deforma los frentes de onda. Las ondulaciones pueden hacer que algunos observadores (A) reciban más luz y otros (B) menos en determinados instantes.

El segundo efecto observacional de la deformación de los frentes de onda es que en algunos lugares pueden concentrarse más rayos de luz (figura 5.2, observador A) y la estrella parecer por un momento más brillante, mientras que en otros puntos los rayos luminosos pueden divergir y reducir el brillo aparente del astro (figura 5.2, observador B). La deformación de las ondas cambia con rapidez, y el resultado es la oscilación de la luminosidad aparente de las estrellas: el centelleo.

Figura 5.3: El centelleo se vuelve imperceptible empleando instrumentos de suficiente abertura, porque se promedia el brillo sobre multitud de ondulaciones del frente de onda. Quien disponga de diversos instrumentos de observación astronómica, encontrará interesante comparar el parpadeo de una misma estrella vista con aparatos de diferentes aberturas. A simple vista, a través de una pupila humana de unos seis milímetros de diámetro, el centelleo es evidente. Con prismáticos empieza a ser difícil de apreciar. Con telescopios de diez o más centímetros de abertura, en condiciones normales el centelleo se vuelve casi imperceptible, y muy raramente es visible con telescopios de veinte o más centímetros. La explicación es que una abertura grande abarca varias ondulaciones del frente de onda (figura 5.3), y la luz que puede perderse debido a una deformación se compensa en promedio con la que se gana por otra. Si la pupila del ojo humano fuera quince veces más grande, las estrellas no parpadearían en el cielo. De todo lo anterior se deduce que las deformaciones del frente de onda y, por tanto, las de las células de aire turbulento, tienen dimensiones del orden de diez centímetros. Los astrónomos especializados en la técnica llamada fotometría, o medida de la intensidad del brillo de las estrellas, saben que usando telescopios mayores se reduce el ruido de las medidas, y ello es debido en parte a la estimación de la intensidad de la luz sobre un área que abarca multitud de deformaciones del frente de onda.

Figura 5.4: Al cambiar de medio de propagación, la luz se refracta (cambia de dirección) y se dispersa en colores. Los distintos colores que componen la luz blanca de una estrella atraviesan células turbulentas separadas y centellean de manera independiente.

A veces, cuando el centelleo de estrellas muy brillantes y cercanas al horizonte es especialmente intenso, el cambio de luminosidad va acompañado de destellos de colores variados. Sirio es un ejemplo conocido desde la antigüedad. Este fenómeno es el resultado de la combinación del centelleo usual con la refracción astronómica8. La refracción consiste en el cambio de dirección de la luz al pasar de un medio a otro de diferente densidad. Pero ocurre que este cambio de dirección no es igual para todos los colores que componen la luz blanca. Así, por ejemplo, cuando la luz blanca atraviesa un prisma de vidrio (figura 5.4, arriba) no sólo cambia su dirección de propagación, sino que los diferentes colores del arco iris emergen separados. Cuando la luz de las estrellas entra en la atmósfera terrestre (figura 5.4, abajo) ocurre un fenómeno parecido. Los colores extremos (violeta y rojo), a una altura de unos cinco quilómetros avanzan separados una distancia de medio metro (para una estrella a diez grados sobre el horizonte). A simple vista esta separación es inobservable, apenas veinte segundos de arco, pero basta para que rayos de diferentes colores atraviesen células turbulentas separadas y sus frentes de onda no se deformen del mismo modo. El resultado es que cada color cambia de intensidad con cierta independencia de los demás, y ocasionalmente pueden verse destellos coloreados. Cuando los aficionados experimentados explican a los neófitos cómo distinguir en el cielo los planetas de las estrellas, entre otras cosas suele decirse que los planetas no tiemblan. Así es: mientras que las estrellas centellean, el brillo de los planetas es casi siempre estable. No deja de ser curioso, porque aparte de este detalle, los planetas, a simple vista, ofrecen exactamente el mismo aspecto que las estrellas brillantes.

Antes de explicar las razones, no estará de más aclarar las limitaciones de este truco observacional. No hay que olvidar que tampoco las estrellas parpadean cuando están muy altas sobre el horizonte: la presencia o ausencia de centelleo sólo es relevante para distinguir estrellas y planetas a alturas intermedias o bajas. Desde España y en verano, un observador que aplicara indiscriminadamente este criterio confundiría la estrella Vega (cercana al cenit en julio y agosto al principio de las noches) con un planeta. Además, algunos planetas en circunstancias excepcionales pueden llegar a parpadear, aunque con un ritmo más lento que las estrellas. Con estas salvedades, para distinguir planetas y estrellas sólo hay que observar qué astros centellean y cuáles no. La razón por la que los planetas en general no centellean consiste en que, aunque a simple vista no lo parezca, no son sólo puntos de luz, sino pequeños discos luminosos. Las estrellas son objetos inmensos, pero tan lejanos que incluso a través de los mayores telescopios sus discos son inobservables: con diámetros aparentes siempre inferiores a media décima de segundo de arco, las estrellas se comportan a casi todos los efectos prácticos como fuentes puntuales. Los planetas visibles sin telescopio (Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno), en cambio, casi siempre muestran diámetros aparentes entre cinco segundos y casi un minuto de arco. Son discos demasiado pequeños para apreciarlos a simple vista, pero lo bastante grandes como para que los rayos procedentes de puntos opuestos del disco planetario recorran la atmósfera separados varias decenas de centímetros y atraviesen células turbulentas distintas. Por tanto, los cambios de intensidad de la luz que nos llega de los planetas son independientes para diferentes partes del disco; en promedio unos cambios se compensan con otros y el brillo aparente de los planetas se mantiene estable. Esta explicación teórica se comprueba con facilidad en la práctica mediante un telescopio pequeño (a ser posible, de abertura inferior a diez centímetros). Observando al telescopio un planeta de gran diámetro aparente, como Júpiter, cuando está muy bajo, su disco se ve como una bola blanda que se deforma sin cesar. El cuadro puede compararse a la visión de una moneda en el fondo de un cubo de agua agitada. Unas partes del disco se mueven con independencia de otras, a la vez que cambian de brillo al azar. Sin embargo, la luminosidad global del planeta, resultado de sumar el brillo de todos los puntos del disco, varía muy poco: el astro no centellea. La experiencia indica que los planetas sólo empiezan a centellear cuando sus diámetros aparentes son de tres segundos de arco o menores. En rigor, esto sólo ocurre con el planeta Marte cuando se halla a la distancia máxima de la Tierra. Pero Mercurio y Venus, aunque sus discos nunca son menores que cinco y nueve segundos de arco respectivamente, presentan en ocasiones fases muy acusadas que les confieren la apariencia de una delgada tajada de melón. Cuando la fase de Mercurio o de Venus es muy fina, entonces, a pesar del gran tamaño de todo el disco, la parte iluminada es lo bastante estrecha como para que aparezca el centelleo. En condiciones de observación excepcionalmente malas, hasta los planetas de mayor diámetro aparente llegan a centellear. Por ejemplo, perturbaciones loca les de la atmósfera pueden provocar turbulencias a distancias cortas del observador. Así, cada célula turbulenta abarca un gran ángulo visual y todo el disco planetario se ve afectado a un tiempo. Estas circunstancias son frecuentes dentro de los grandes núcleos urbanos y en las cercanías de las zonas industriales. Puede concluirse que los astros del Poema 20 de Neruda eran estrellas, no planetas, vistas a media altura, sin telescopio y en una noche turbulenta. De haber sido planetas o estrellas cercanas al cenit, no habrían tiritado. De haber estado a una altura muy escasa sobre el horizonte, se habrían enrojecido y habrían dejado de verse azules.

Algunos datos observacionales permiten calcular la altura típica de las capas atmosféricas turbulentas responsables del centelleo. Como se explica más arriba, la comparación del centelleo observado con telescopios de diferentes diámetros indica que las células turbulentas tienen dimensiones lineales del orden de 10cm. Además, los planetas empiezan a parpadear cuando su zona iluminada tiene unas dimensiones aparentes de unos 3’’: se entiende que entonces toda su luz atraviesa en el aire las mismas células turbulentas. ¿A qué distancia debe hallarse una de estas células de 10cm de diámetro para que su tamaño aparente sea de 3’’?

d = 0,10,m / tan(3’’) ≈ 7.000m

Para una altura de observación típica de 30º, una distancia de 7km implica una altura sobre el suelo de 3.500m. El resultado es un promedio aproximado, pero indica que el centelleo tiene su causa principal a alturas de la atmósfera que sólo son superadas por las cumbres montañosas más elevadas. Segunda parte: La Luna y el Sistema Solar 6 - La ilusión lunar (Por qué la luna naciente nos parece tan grande) ¿Por qué la Luna es blancura que engorda como adelgaza? SILVIO RODRÍGUEZ, Escaramujo

Todo el mundo lo ha observado y ha tenido la misma impresión: cuando la Luna sale y la vemos cercana al horizonte, parece enorme, mucho más grande que cuando se halla alta en el firmamento. Es un efecto tan intenso que no pasa en absoluto inadvertido y siempre sorprende. ¿La diferencia es real, o se trata simplemente de una ilusión óptica? ¿Cuál es la explicación del fenómeno? Los estudios sicológicos experimentales indican que, en promedio, la Luna alta da la sensación de tener un diámetro aparente igual a unos dos tercios del diámetro aparente de la Luna naciente. El efecto es tan obvio y tan intenso que en ocasiones cuesta convencer a los observadores de que se trata de una mera ilusión óptica. ¿Es posible que una impresión tan llamativa y tan clara se deba a un engaño perceptual? Para argumentar de manera efectiva sobre la denominada ilusión lunar, hay que tener el convencimiento firme de que detrás de ella no hay ninguna causa física real. ¿No podría ser que la Luna naciente estuviera de verdad más cerca que la Luna alta, ofreciendo así un diámetro aparente mayor? ¿No sería posible que las capas bajas de la atmósfera actuaran a modo de lente de aumento incrementando el tamaño aparente del disco lunar? ¿No cabe imaginar alguna otra explicación física del fenómeno, al estilo alucinante y exótico tan usual en astronomía? La respuesta siempre es no. La causa y la explicación de la ilusión lunar no está en el mundo físico, sino en el interior de nuestras mentes.

Figura 6.1: Distancia de la Luna al orto (A) y en la culminación (B).

La posibilidad de que la Luna esté realmente más cercana cuando asoma por el horizonte que cuando se alza alta en el cielo se puede descartar por razonamientos muy simples, evidentes si observamos la figura 6.1. Para el observador A la Luna está saliendo sobre el horizonte local, mientras que para el observador B se halla alta, cercana al cenit. Como vemos, es B quien tiene más cerca a nuestro satélite natural y, por tanto, debería verlo más grande, y no más pequeño que A. En la misma figura 6.1 comprobamos que B está más cerca de la Luna una distancia equivalente al radio de la Tierra. Haciendo unos cálculos sencillos se deduce que B debe observar un diámetro lunar aparente treinta segundos de arco mayor que A. Para nuestra sorpresa, la realidad física en lo que a distancias se refiere, produce un efecto contrario al sugerido por la ilusión lunar. Como consecuencia de la diferencia de distancias, la Luna alta es un 1,5% mayor que la Luna baja, y no un 66% menor, como induce a pensar la ilusión lunar. Otra razón en contra de que la ilusión lunar tenga algo que ver con las distancias es el hecho de que el efecto sea patente no sólo para nuestro satélite, sino en general para casi todo lo que es visible en el cielo a ojo desnudo, y muy en especial para el Sol. Si, empleando vidrios protectores adecuados, comparamos el aspecto del disco solar a mediodía con el que presenta al amanecer o al ocaso, comprobaremos que ocurre exactamente lo mismo que con la Luna, y con la misma intensidad. Y si nos queda un resquicio de duda, observemos a simple vista el Cinturón de Orión, las Pléyades o cualquier otro asterismo bien definido y de dimensiones moderadas: siempre nos parecerán considerablemente mayores cuando están cerca del horizonte que cuando están elevados. Y bien sabemos que en todos estos casos se trata de objetos tan alejados, que el ligerísimo cambio de distancia provocado a lo largo del día (o de la noche) por la rotación de la Tierra es total y absolutamente despreciable: no puede haber cambio de tamaños aparentes por variación de distancia, porque no hay variación de distancia9. De acuerdo, pero todavía podría pensarse (equivocadamente) que la ilusión lunar es un efecto provocado por la atmósfera. La luz que viene de los astros atraviesa la atmósfera en idénticas condiciones con independencia del cuerpo celeste que la emita. Ello explicaría que ocurra lo mismo con todos los objetos. Todos estamos familiarizados con los fenómenos debidos a la refracción en los recipientes que contienen líquidos, como el cambio aparente de forma de las cucharillas en los vasos de agua. Y también es sabido que cuando las superficies refractoras son curvas, como en el caso de las lentes, la refracción puede alterar el tamaño aparente de las cosas. Pues bien, la atmósfera de la Tierra, como el agua del vaso, es un medio refractor que debe alterar los rayos de luz que vienen del espacio. Y la atmósfera es una capa que envuelve a la Tierra y comparte por tanto su forma esférica. Además, como se aprecia en la figura 1.1, la luz procedente de astros elevados atraviesa un grosor de atmósfera considerablemente menor que la luz que viene de objetos celestes cercanos al horizonte. ¿No estará la atmósfera ejerciendo de lente de aumento, de manera más eficaz cuanto mayor sea la masa de aire atravesada por la luz? Esta argumentación puede parecer lógica a primera vista, pero un estudio algo más cuidadoso de la geometría de la refracción en la atmósfera terrestre hace evidente que es totalmente errónea. El capítulo 3 de esta obra está dedicado en parte a este asunto, de manera que no entraremos ahora en los detalles, pero sí expondremos de manera somera los hechos más relevantes relacionados con la refracción astronómica y la ilusión lunar. Y los hechos son que, ciertamente, la atmósfera actúa como una lente, pero bastante peculiar. Para empezar, aunque es cierto que el aire que nos rodea altera el tamaño aparente de los objetos astronómicos, lo hace únicamente en dirección vertical: las dimensiones horizontales (el ancho) de la Luna, el Sol y las constelaciones no varían.. En segundo lugar, el efecto sobre las dimensiones verticales (el alto) es de... ¡reducirlas! Este efecto es nulo para objetos en el cenit, y se hace tanto más intenso cuanto más cercano al horizonte se halle el astro observado. Un objeto celeste cualquiera, por ejemplo la Luna, aparece con su forma inalterada cuando brilla muy alto, pero se va achatando a medida que se aproxima al horizonte. Este achatamiento no es despreciable, y se percibe perfectamente a simple vista en la Luna o, mejor, en el Sol al orto o a la puesta (figura 3.2). Para nuestra sorpresa, la refracción astronómica interviene también de manera opuesta a la esperada. Y dado que la astronomía no tiene ninguna otra hipótesis que pudiera sugerir que la ilusión lunar es un efecto físico con causas externas a nosotros, nos queda sólo la alternativa más increíble: a pesar de que la Luna naciente está más lejos y de que muestra un tamaño vertical aparente más pequeño que el de la Luna alta, algún mecanismo psicológico muy arraigado nos la hace parecer mucho más grande. Si a alguien le cuesta creerlo, nada más fácil que tomar las medidas personalmente. Una regla graduada transparente puede bastar. Antes de salir a cielo abierto y medir, un pequeño experimento de salón nos enseñará a desconfiar de la percepción subjetiva: tomando la regla en una mano y alargando el brazo (con lo que la escala graduada quedará a unos sesenta centímetros de los ojos), intentemos estimar, recurriendo a nuestra memoria, cuál es el tamaño aparente en centímetros de la Luna llena. Las respuestas dadas a esta prueba suelen oscilar entre uno y tres centímetros. La realidad es que, tanto la Luna llena como el Sol, presentan un diámetro de cinco milímetros al medirlos con una regla sostenida con el brazo extendido: subjetivamente tendemos a sobreestimar mucho el tamaño aparente de la Luna. A propósito, una regla transparente puede ser un instrumento útil en las noches de observación del cielo: sostenida a unos sesenta centímetros de la vista, cada centímetro subtiende casi exactamente un grado. Armados de escepticismo sobre la fiabilidad de nuestros sentidos, apliquemos la objetividad de la regla graduada al disco lunar. El resultado está garantizado: no seremos capaces de observar ninguna diferencia medible entre los diámetros horizontales aparentes de la Luna alta y la Luna baja. Ahora sí que no cabe la menor duda de que la ilusión lunar tiene su causa en nuestro sistema perceptual. Éste es uno de los pocos casos en los que una discusión sicológica encuentra su lugar adecuado en un texto de astronomía. Muchas veces se afirma, en un sentido profundo y bastante abstracto, que la astronomía, al sondear las profundidades del universo en el espacio y en el tiempo, puede enseñarnos mucho sobre nosotros mismos. En el caso de la ilusión lunar, comparar la Luna alta y la baja es suficiente para aprender sobre nuestra propia naturaleza. ¿Qué explicación ofrece la psicología perceptual al fenómeno de la ilusión lunar? A veces se llama ley de Emmert a una sencilla relación perceptual que afirma que el tamaño percibido de una imagen de determinado ángulo visual es directamente proporcional a su distancia percibida. Dicho de otra manera, un árbol cercano puede ocupar el mismo trozo de campo visual que una montaña lejana, pero el observador percibe que sus tamaños físicos son muy distintos si es capaz de juzgar que están a distancias diferentes. Del mismo modo, la persona que se cruza conmigo en la calle y aquella otra que veo lejos al final del parque ocupan ángulos visuales muy distintos, pero yo percibo que sus dimensiones físicas son parecidas, porque el entorno me proporciona información sobre la diferencia de las distancias a las que se encuentran. En la mente ocurre, de manera automática e inconsciente, un proceso de cómputo muy rápido en el que se tienen en consideración tanto los ángulos visuales que ocupan los objetos, como la información disponible sobre las distancias a las que se hallan.

Figura 6.2: Izquierda: El objeto en apariencia más alejado parece también mayor, a pesar de que los dos ocupan fracciones idénticas del campo de visión. Derecha: En la ilusión de Ponzo, información muy elemental puede ser suficiente para inducir sensación de profundidad

En la figura 6.2, izquierda se muestra una ilustración clásica de este proceso. Los dos objetos a la vista ocupan porciones iguales de campo visual (midiendo puede comprobarse que son idénticos), pero la información sobre distancias contenida en la perspectiva del entorno induce la percepción de que el objeto más alejado es mayor físicamente. El automatismo de la ley de Emmert está implantado muy hondo en nuestros cerebros. Tanto que incluso situaciones perceptuales elementales pueden desencadenarlo de manera inconsciente. Ejemplo de ello es la llamada ilusión de Ponzo, mostrada en la figura 6.2 a la derecha: la sola presencia de dos líneas convergentes se procesa como indicador de un plano horizontal en retroceso, y este signo elemental de distancia es suficiente para que las líneas horizontales, aunque idénticas, se perciban de tamaños distintos.

Si las cosas son así, es de esperar que ocurran otras ilusiones en situaciones en las que la percepción cuenta con indicadores de profundidad escasos, o en las que las relaciones usuales entre tamaños y distancias están alteradas. Hay multitud de ejemplos de este tipo de engaños perceptuales. La ilusión lunar es uno de ellos. Hemos mostrado en los párrafos anteriores que el ángulo visual ocupado por la Luna es casi exactamente el mismo con independencia de su distancia al horizonte. La sensación de que hay cambio de tamaño se debe, pues, al efecto inconsciente de los indicadores perceptuales de distancia presentes en el campo visual. Es fundamental el hecho de que la mayoría de las personas, al observar el cielo diurno o nocturno, tiene la sensación de que las zonas del firmamento más cercanas al horizonte se hallan a mayor distancia que las zonas próximas al cenit. Esta sensación se apoya quizá en observaciones cotidianas: las nubes, los pájaros y los aviones que pasan sobre nuestras cabezas se empequeñecen al acercarse al horizonte, y bajo un cielo encapotado la perspectiva del plano de nubes en recesión es evidente. Incluso sabiendo que la esfera celeste no tiene entidad física real y que las estrellas están a distancias variadas y enormes, es muy difícil eludir la sensación de que el fondo oscuro del cielo está más cerca hacia el cenit que hacia el horizonte. Una sensación del todo análoga suele suceder al inicio de las sesiones en los planetarios: cuando la sala está aún iluminada, la cúpula blanca y carente de rasgos superficiales parece algo aplanada, cuando en realidad sabemos que es perfectamente esférica. Esta impresión subjetiva, aplicada al cielo, parece ser la clave de la ilusión lunar: la Luna alta está colgada de un fondo perceptualmente más cercano que la Luna baja. Esta diferencia aparente de distancias se combina con el hecho de que los diámetros aparentes son iguales, y el mecanismo de la ley de Emmert arroja como resultado que la Luna «lejana» debe ser bastante mayor que la «cercana», un resultado no menos patente que el de la ilusión de Ponzo (figura 6.3), pero más sorprendente si cabe, dado que ocurre en un entorno real, no en un dibujo sobre el papel. Experimentos sicológicos rigurosos, cuyos detalles pueden consultarse en la bibliografía, muestran que la ilusión lunar no varía con la distancia física al horizonte visible: ocurre igualmente contra el fondo de una loma cercana (con o sin casas o árboles) que sobre el lejanísimo horizonte marino. Tampoco depende de la posición del observador ni de la orientación de los ojos o de la vista respecto del cuerpo o respecto a la vertical. Si el cambio de tamaño aparente descansa exclusivamente en la percepción de la distancia al fondo del cielo, la eliminación de esa información sensorial debería suprimir la ilusión lunar. Del mismo modo que al suprimir las rectas inclinadas de la ilusión de Ponzo las dos líneas horizontales dejan de parecer distintas como por arte de magia, al aislar a la Luna alta o baja de su entorno perceptual la ilusión lunar debe desaparecer. Cualquiera puede comprobar que al mirar la Luna por un tubo largo y delgado, de manera que sólo se vea su disco y una pequeña fracción de cielo, lo que ocurre es exactamente eso. 7 - La Luna de enero (Las fases de la luna y sus implicaciones) [ ..] un cielo de hielo o de cristal cuando diciembre y la luna de enero hacían palidecer las estrellas. ÁNGEL GONZÁLEZ, Volver a ver el mundo...

La Luna, nuestro único satélite natural, es el objeto astronómico más fácil de observar. Vale la pena reflexionar sobre su aspecto cambiante y su comportamiento a lo largo del día, el mes y el año. Aunque a primera vista puede no parecerlo, pensar críticamente sobre la presencia cotidiana de la Luna es una rica fuente de saber y de entretenimiento.

Casi siempre está ahí, pero apenas reparamos en ella: el rostro plateado de la Luna, con su perfil más o menos mordido por el efecto de la fase. Para todas las personas de todos los tiempos y lugares, la Luna es parte de la cotidianidad durante toda la vida. En la diversidad inmensa de entornos y de épocas, la humanidad ha conocido una gran variedad de civilizaciones y la Luna, probablemente, es el objeto más cercano que todas ellas tienen en común. Desde las llanuras heladas del Ártico hasta las costas australianas, no hay etnia que haya ignorado la existencia del disco lunar, y la diversidad de concepciones sobre su naturaleza es tan grande como la pluralidad de culturas. Desde hace unos siglos, la ciencia nos permite considerar las teorías que las diferentes sociedades han elaborado sobre la Luna no desde la subjetividad de los mitos propios, sino desde la referencia a una realidad objetivamente contrastable. Lo que un pueblo dice sobre la Luna nos habla más del propio pueblo que de la Luna misma: su carácter sagrado o profano, las cualidades que se le atribuyen, su sexo, su origen... Nuestro folclore tradicional está repleto de alusiones a ella, y las religiones más importantes de nuestro entorno la incluyen entre sus símbolos: el creciente lunar es la enseña de la fe musulmana, y forma parte también de la iconografía mariana católica. Desde nuestras culturas hispánicas o, en general, desde el occidente de fin del siglo XX, ¿qué decimos y qué pensamos sobre la Luna? La respuesta del miembro de una pequeña comunidad rural o pesquera será diferente a la del habitante de una ciudad mediana o grande. Pero sin riesgo a equivocarnos mucho, la ciudadanía típica de un país moderadamente industrializado y urbanizado piensa y dice de la Luna o bien poco o bien casi nada. ¿Quién sabe en qué fase está hoy la Luna? ¿Cuáles son las nociones más generalizadas sobre distancia, tamaño, naturaleza del entorno lunar? ¿Hacia dónde observarla cada noche? ¿Repara mucha gente de nuestro ámbito en las sutilezas de sus ciclos y movimientos? Sin embargo, hay en nuestro entorno, aunque sean escasas, unas cuantas opiniones muy extendidas acerca de la Luna. La más importante es la noción de que la Luna, ante todo, es un lugar, un sitio al que se puede ir. La ciencia lo ha dicho durante siglos, pero en las últimas décadas la aventura espacial lo ha demostrado y ha llevado esta idea a la mente de todo el mundo. Veintiséis hombres se han acercado a la Luna, y doce de ellos incluso la han tocado y pisado. Esta visión de nuestro satélite lo ha desencantado a los ojos de mucha gente. Querríamos una Luna romántica, llena de misterios, y no ese trozo de piedra seca que da tumbos a nuestro alrededor a un segundo-luz de distancia. Bécquer lo expuso claramente hace más de un siglo en su artículo «A la claridad de la Luna», y parece que a su opinión se adhiere bastante gente hoy en día: aunque sabemos que la Luna es otro mundo, nos resistimos a abandonar la creencia en sus misteriosos influjos. A la inocente Luna se atribuyen efectos confusos sobre asuntos tan variados como los nacimientos, los estados de ánimo, la frecuencia de crímenes o el ciclo menstrual. Esta división de la mente entre realidad ineludible y deseo irracional, a duras penas sobrevive al contraste con la experiencia. Que actualmente sepamos qué es la Luna pero a la vez le atribuyamos poderes misteriosos sólo se entiende si se trata de algo muy poco vinculado a la experiencia personal. Y de hecho eso es lo que ocurre: aprendemos que la Luna es un desierto de polvo y roca en televisión, y «sabemos» de sus influjos esotéricos por tradiciones antiguas o recién inventadas, pero raramente nos dedicamos a observar con detenimiento su aspecto real, sus movimientos, su evolución en periodos largos de tiempo. Habitamos viviendas que dificultan la visión del firmamento, y cuando las abandonamos es en el interior de habitáculos motorizados que nos ocultan el cielo. A pesar de que la Luna es uno de los pocos objetos celestes que resisten la luz asesina de ciudades y pueblos, es poco frecuente darse cuenta de que está ahí. Observar con calma la Luna requiere hoy, por nuestro estilo de, vida, más esfuerzo que hace años. Los fenómenos que podemos apreciar sin telescopio son los mismos que nuestros antepasados han contemplado en todos los tiempos, pero al placer estético ahora podemos sumar el aliciente de entender mejor lo que vemos, si analizamos lo observado a partir de nociones científicas elementales. Empecemos, pues, por algo de verdad elemental: las fases de la Luna. Casi todo el mundo tiene una idea clara de cómo ocurren, pero no vendrá mal comentarlas someramente para fijar ideas e introducir algo de nomenclatura. En la figura 7.1, arriba, se muestra una representación esquemática de la Luna en su órbita en torno a la Tierra. El Sol ilumina la escena desde la derecha. A medida que nuestro satélite recorre su órbita, la parte iluminada del hemisferio visible desde la Tierra va cambiando, y el disco lunar presenta sucesivamente los aspectos representados en la figura 7.1, abajo. En la posición A la Luna se halla aproximadamente en la misma dirección aparente que el Sol. Como recibe la luz solar justamente desde atrás, la cara visible desde la Tierra aparece oscura. Esta fase lunar se conoce como Luna nueva, o novilunio. Por aparecer próxima al Sol en el firmamento, la Luna nueva cruza el cielo cuando también el Sol está a la vista, en pleno día. Ello, unido a su oscuridad, hace que sea totalmente inobservable, pero si la pudiéramos ver tendría el aspecto mostrado en A’. Como es lógico, la Luna nueva sale y se pone casi a la vez que el Sol.

Figura 7.1: Fases de la Luna. Arriba: posiciones durante un ciclo; la Luna gira en torno a la Tierra mientras el Sol ilumina la escena desde la derecha. Abajo: aspecto observado desde la Tierra.

A medida que pasan los días, la Luna recorre parte de su órbita y la fracción iluminada del disco visible va creciendo, hasta que en la posición B el área oscura es justamente la mitad: la fase es de cuarto creciente. Más tarde, la Luna alcanza la zona del cielo diametralmente opuesta a la que ocupa el Sol. Cuando la separación entre el Sol y la Luna es máxima, se dice que la fase es de Luna llena, o plenilunio, posición C. A partir de este instante, el área iluminada del disco lunar decrece. En D se alcanza el cuarto menguante, y días después otra vez el novilunio. El ciclo completo de las fases lunares dura en promedio 29 días, 12 horas y 44 minutos. Para describir el aspecto cambiante de la Luna a lo largo del mismo, suele darse como medida el número de días trascurridos desde el último novilunio: es la denominada edad de la Luna. Así, la Luna nueva coincide con la edad de cero días, el cuarto creciente con siete días, el plenilunio con quince y el cuarto menguante con la edad de veintidós días. La Luna está en fase nueva cuando su disco aparece en el cielo cercano al disco del Sol. A veces la distancia aparente entre ellos es tan pequeña que la Luna llega de hecho a ocultar al Sol en todo o en parte: ocurre un eclipse solar. Dos cosas son evidentes. En primer lugar, que los eclipses de Sol sólo pueden suceder cuando la Luna está en fase nueva. En segundo lugar, que este fenómeno sólo es visible si ocurre mientras en el sitio de observación el Sol está sobre el horizonte, o sea, cuando es de día. Muchos eclipses de Sol ocurrirán mientras en nuestra ciudad sea de noche, pero en esos casos el espectáculo estará reservado a los habitantes del otro lado de la Tierra. No hay un eclipse de Sol cada mes, o, dicho de otro modo, la Luna nueva no llega siempre a acercarse al disco del Sol lo suficiente como para ocultarlo. La razón es que la órbita de la Luna está inclinada respecto de la órbita terrestre, de manera que cuando hay Luna nueva, nuestro satélite suele pasar un poco al norte o al sur del disco del Sol, pero raramente justo por delante. Esta inclinación es pequeña, sólo unos cinco grados, pero suficiente para hacer de los eclipses fenómenos poco usuales. Si observamos el sistema Tierra-Luna desde el norte, la Luna gira a nuestro alrededor en sentido antihorario, de oeste a este, o, en la jerga astronómica, en sentido directo. Este sentido de giro no es una propiedad exclusiva de la Luna, sino una regularidad general del Sistema Solar: casi todos los mundos se trasladan y rotan en sentido directo. Que el movimiento lunar sea directo tiene como consecuencia inmediata que cuando la edad de la Luna es de pocos días, nuestro satélite está ligeramente al este del Sol, esto es, a su izquierda si vivimos en el hemisferio norte, o a su derecha si vivimos en el sur. Como se aprecia en la figura 7.2, esto implica que el creciente delgado de la Luna de poca edad se hace visible por la tarde, después de la puesta del Sol, y siempre hacia el horizonte oeste.

Figura 7.2: La Luna creciente de poca edad se observa por la tarde y hacia occidente, poco después de la puesta del Sol.

La Luna de corta edad tiene un aspecto francamente llamativo, colgada como una guadaña cerca del horizonte. A veces la absorción atmosférica le confiere un inquietante tono rojizo. Por poco que reparemos en el fino creciente de pocos días de edad, veremos que la zona no iluminada del disco, que no recibe la luz del Sol y por lo tanto debería aparecer negra, en realidad es tenuemente visible con un resplandor fantasmal llamado luz cenicienta. Este fenómeno, comentado por observadores de todos los tiempos, ya fue explicado por Leonardo da Vinci. Reflexionando un poco sobre la geometría de las fases lunares, la causa de la luz cenicienta es fácil de comprender para cualquier persona hoy en día. Si volvemos a la figura 7.1 y nos situamos como observadores no sobre la Tierra, sino sobre la Luna, veremos que la fase mostrada por la Tierra en el firmamento lunar es complementaria, opuesta, a la fase que presenta la Luna en el cielo terrestre. Cuando en la Tierra ven Luna llena, desde la Luna vemos Tierra nueva; cuando los terrícolas tienen Luna nueva, los observadores selenitas disfrutan de un espléndido plenigeo que, no lo olvidemos, tiene cuatro veces el diámetro de la Luna: el área aparente de la Tierra llena es dieciséis veces mayor que la de la Luna llena y, además, las nubes y océanos terrestres son mucho más reflectantes que el suelo lunar. Cuando la Luna tiene pocos días de edad, su superficie visible desde la Tierra no recibe luz solar directa, pero es iluminada por el farol inmenso de la Tierra, y ésa es la luz que hace brillar pálidamente las partes oscuras de su disco. La luz cenicienta permite incluso distinguir con toda facilidad, observando con telescopio, los mares y otros detalles de la zona oscura de la Luna. A medida que pasan los días tras el novilunio, la Luna crece y se aleja del disco Solar, siempre hacia el este, y con frecuencia se puede ver sin dificultad en pleno día. Cuanto más gruesa es la Luna creciente, más apartada se halla del Sol y es visible durante más horas al principio de la noche, pero nunca podremos observar la Luna creciente de madrugada. A medida que la Luna crece en el cielo terrestre, la Tierra decrece en el cielo lunar y la luz cenicienta se hace menos intensa. Unas dos semanas después de la Luna nueva, nuestro satélite ha recorrido la mitad de su camino alrededor de la Tierra y aparece en la zona del cielo diametralmente opuesta a la ocupada por el Sol: ha llegado el plenilunio. Para que la Luna esté del todo llena es necesario que reciba la luz del Sol de plano, desde las espaldas del observador. Dicho de otro modo, su alejamiento del Sol debe ser exactamente 180 grados, o lo que es lo mismo, Luna, Tierra y Sol deben estar alineados. Pero, ¡ay!, cuando la disposición es tal, la Tierra arroja su sombra sobre la Luna y la vuelve casi invisible. La geometría celeste impone una censura cósmica que hace imposible contemplar una Luna total y absolutamente llena: cuando eso debería ocurrir, siempre hay eclipse lunar. Como la sombra de la Tierra se proyecta en dirección opuesta al Sol, los eclipses de Luna sólo pueden suceder si también la Luna está en dirección opuesta al Sol, o sea, sólo hay eclipses de Luna en épocas de plenilunio. Como es sabido, no hay eclipse lunar cada mes, y la causa es de nuevo la inclinación relativa de las órbitas de la Tierra y de la Luna: casi siempre la Luna logra evitar el cono de sombra terrestre pasando ligeramente por encima o por debajo del mismo. La Luna llena, por estar diametralmente opuesta al Sol en el cielo, se comporta como una especie de anti-Sol en varios aspectos. Por ejemplo, cuando el Sol se pone hacia el oeste, la Luna llena está en la dirección contraria, saliendo por el este. Y al revés, cuando el Sol sale la Luna llena se esconde por occidente. Así, la Luna llena sale siempre al comienzo de la noche, culmina hacia la medianoche solar (cuando el Sol está en su punto más bajo, oculto bajo tierra) y se pone cuando empieza a clarear el día. Todo el mundo sabe estimar la hora durante el día a partir de la posición del Sol en el firmamento. Para hacerlo en noches de Luna llena puede emplearse el mismo método: estimar cuál es su altura sobre el horizonte occidental u oriental. En verano el Sol describe a diario un recorrido largo en el cielo y alcanza gran altura sobre el horizonte a mediodía. En invierno ocurre lo contrario: el Sol se hace visible pocas horas y se alza poco a mediodía. La Luna llena, por estar a una distancia aparente extrema del Sol, se comporta justo al contrario. Las Lunas llenas del verano son las que recorren el cielo nocturno durante menos horas, levantándose poca altura a medianoche. Los plenilunios del invierno, por el contrario, iluminan las noches durante más horas y, además, lo hacen desde alturas aparentes mayores. Como muy acertadamente indica el conocido y avezado observador don Manuel Flamil en un artículo delicioso, repleto de lírica popular (véase bibliografía), no hay que olvidar que en invierno las noches sin nubes son de una transparencia especial, lo que hace más llamativa aún la luz de la Luna y justifica el dicho usual en Andalucía (donde el invierno cae por enero): «Ser más bonita que la Luna de enero.»

Figura 7.3: La Luna menguante se observa hacia oriente y de madrugada, poco antes de la salida del Sol.

Sea en invierno o en verano, la Luna no se detiene en la fase llena y pasados unos días empieza a menguar. Efectivamente, después del plenilunio la Luna se va acercando de nuevo al Sol, pero por el oeste, de manera que el curvo limbo iluminado apunta a levante. Con don Manuel, volvamos a citar al pueblo: «La joroba a levante, Luna menguante10.» Cuanto más cercana al Sol está la Luna, menor es su fracción iluminada. La Luna menguante sale entrada la noche, tanto más cerca del amanecer cuanto más delgado es su perfil. La fase menguante sólo se puede contemplar de madrugada (figura 7.3) o, si no es demasiado fina, también en pleno día, pero jamás en el crepúsculo de la tarde ni a primeras horas de la noche. Cuando la luna menguante adelgaza, el fenómeno de la luz cenicienta vuelve a hacerse patente a medida que la Tierra crece y alumbra en el cielo lunar. La geometría del sistema Tierra-Luna es de fundamentos sencillos, pero entrar en sus detalles puede ser muy interesante. Volveremos a ella en el próximo capítulo.

8 - La Luna y las mareas (Relación entre las mareas y las fases de la luna) Sobre el tremendo asombro de la noche -los solemnes reposos del océano- desnivelaba la siniestra Luna LEOPOLDO LUGONES, A Histeria

Para quienes habitan zonas costeras cerca de los grandes océanos, las mareas son una experiencia cotidiana. Como sabemos, su causa es la atracción gravitatoria de la Luna y del Sol. Disponer de algunos datos elementales sobre la época del año y la fase de la Luna permite predecir su comportamiento. Las mareas son un fenómeno llamativo. Rítmicamente, las enormes masas líquidas de los océanos suben y bajan dos veces cada día. La intensidad del cambio de nivel del mar varía mucho de un lugar a otro del globo, pero suele ser del orden de varios metros. La cantidad de energía involucrada en el proceso es, en términos humanos, enorme. Sin embargo, si consideramos el asunto no desde nuestra perspectiva de pequeños mamíferos, sino a escala cósmica, veremos que la importancia de las mareas es poca. Un cambio de altura de unos pocos metros supone bastante menos del 0,0001% del radio terrestre. Si un fenómeno cósmicamente tan modesto como el de las mareas nos afecta y nos interesa, e incluso nos parece colosal, es porque somos diminutos. El carácter rítmico de las mareas sugiere que están relacionadas de algún modo con la sucesión del día y la noche. Galileo pensaba que las mareas eran una consecuencia del movimiento de rotación de la Tierra, y las empleó como argumento en su defensa del sistema heliocéntrico. Pero como bien sabían los contemporáneos de Galileo, el simple giro de la Tierra no es una explicación satisfactoria, porque observaciones detenidas del flujo y reflujo de los mares muestran que la posición de la Luna es otro factor decisivo en el fenómeno. La teoría de la gravitación universal de Newton proporciona una explicación ajustada y razonable. Al aplicar esta teoría en detalle, se comprueba que la atracción gravitatoria entre los cuerpos celestes tiene dos efectos. Por un lado, tuerce los caminos de los astros, convirtiéndolos en órbitas elípticas como la que la Tierra describe en torno al Sol, o como la de la Luna alrededor de la Tierra. Por otra parte, la gravedad también es capaz de deformar los objetos cuando actúa a gran escala: en eso consisten las mareas. Si la Luna no existiera, la Tierra se parecería mucho a una esfera perfecta. Pero el tirón gravitatorio de nuestro satélite tiende a deformar el planeta, a alargarlo un poco siguiendo la línea que une los centros de los dos astros. La superficie sólida de la Tierra, la litosfera, es bastante rígida y responde poco a la mano invisible de la Luna. El océano global, la hidrosfera, es fluido y reacciona con más facilidad a la acción lunar. Por eso desde la costa vemos que el mar se mueve siguiendo el dictado de la Luna. ¿Por qué no llevar este razonamiento un poco más allá? También la componente gaseosa de nuestro mundo, la atmósfera, es un fluido. ¿Sufre acaso la acción de las mareas? Sí: las mareas atmosféricas existen y se han medido. La capa de aire que cubre la Tierra es algo más gruesa en la dirección de la Luna. Si la Luna provoca mareas en la Tierra, no debe extrañar que la Tierra, con su masa mucho mayor, ejerza un efecto parecido sobre la Luna. De hecho, las medidas tomadas desde el espacio muestran que la Luna, a pesar de ser sólida, está algo deformada, alargada hacia nosotros. Que la litosfera responda poco al tirón lunar no quiere decir que no lo haga en absoluto. Empleando métodos geodésicos muy refinados, ha sido posible detectar las mareas continentales en la Tierra. A pesar de tener una rigidez comparable a la del acero, una deformación ligera acumulada a lo largo y ancho de las grandes placas continentales provoca cambios del nivel del suelo que van desde varios centímetros hasta algo más de medio metro. La conclusión es clara: los campos gravitatorios astronómicos, cuando actúan sobre objetos lo suficientemente grandes, inducen esas deformaciones que llamamos mareas en todo tipo dé materiales. Por algo la ley de la gravitación se denomina universal: todo está sometido a ella en su doble efecto modificador de las trayectorias y de las formas de los cuerpos celestes. Éste parece un buen momento para comentar la falacia de las mareas. La falacia de las mareas es un sofisma muy extendido entre los partidarios de las seudo ciencias, en especial entre los creyentes en la astrología. Su formulación más frecuente es como sigue: Si la Luna ejerce tan magnos efectos sobre las masas oceánicas [mareas] y nuestros cuerpos están compuestos en un 80% de agua, ¿cómo podría no afectarnos también a nosotros? Aparte la cuestión del porcentaje de agua, que varía de un usuario de la falacia a otro, el resto de la inducción es siempre el mismo, e invariablemente se enuncia con gesto grave, como quien asentara una evidencia trascendente. Pasemos a rebatirla. En primer lugar, una analogía puede ser fuente de inspiración, pero raramente de conocimiento. En todo caso puede ser la causa que nos haga buscar razones, pero una analogía no es una razón, no prueba nada por sí sola. La analogía que nos ocupa se queda muy corta. Asume implícitamente que la Luna mueve los océanos porque están hechos de agua. Si estuvieran hechos de amoníaco, ¿no habría mareas? Si se observaran mareas en un océano de amoníaco, ¿argumentaríamos que la Luna no puede influirnos, pues nuestros cuerpos no contienen esa sustancia? La Luna mueve los océanos no porque sean de agua, sino porque son de materia. Y, efectivamente: al igual que la Luna afecta a los océanos, que son de materia, también nos afecta a nosotros, que estamos hechos no en un 70 o en un 80, sino en un 100% de materia. Aún es más: nos afecta exactamente del mismo modo que afecta a los océanos. Igual que afecta a la atmósfera, igual que afecta a los continentes, igual que afecta a todo lo que se le acerca. Nos afecta, y ese efecto, conocido con toda precisión, consiste en alargar o encoger nuestros cuerpos. El cambio de longitud es el mismo que sufriríamos debido al cambio de peso al quitarnos un centenar de bacterias de la cabeza. El peso de una mota de polvo nos comprime y encoge muchísimo más que los cambios de la atracción de la Luna. Estamos hablando de cambios de longitud de los cuerpos inferiores al tamaño de los átomos. El efecto es estrictamente nulo, cero, nada, a todos los efectos prácticos, teóricos y filosóficos. Pero estamos sobre la Tierra, y la Tierra, debido a su mayor tamaño, se deforma y estira una cantidad apreciable debido a las mareas. Así, de manera indirecta, a través del cambio de nivel del suelo, la Luna tiene el efecto de elevar nuestros cuerpos, rítmicamente a lo largo del día, arriba y abajo una distancia de varios centímetros. Quien piense que el influjo de la Luna sobre los océanos implica que la Luna altera nuestra personalidad, está afirmando que un pequeño cambio de elevación afecta nuestra manera de ser, y debería plantearse, entonces, qué le ocurre a nuestro temperamento cuando nos levantamos o sentamos en las sillas, cuando tomamos un ascensor o, cómo no, cuando viajamos en avión. Volvamos a las mareas oceánicas y a sus causas físicas. Hasta ahora hemos hablado de la Luna, pero también el Sol ejerce su atracción gravitatoria sobre la Tierra, así que cabe esperar que intervenga en las mareas. El influjo gravitatorio responsable de que los astros giren unos en torno a los otros disminuye con el cuadrado de la distancia. Pero el segundo efecto de la gravedad, el poder deformador que llamamos marea, decrece mucho más rápido: con el cubo de la distancia. El Sol, aunque es mucho más masivo que la Luna, está considerablemente más alejado, y del balance de masas y distancias, las mareas solares resultan dos veces y media más débiles que las mareas lunares. En una primera aproximación a las mareas, por tanto, es legítimo dejar el Sol de lado y concentrarse sólo en la Luna. Consideremos la Tierra junto a la Luna. La hidrosfera está alargada, tiene una forma de elipsoide con su eje mayor apuntando al satélite. Pero si ahora ponemos la Tierra a girar, tenderá a arrastrar el abultamiento de los océanos en su giro. El resultado es que la deformación de los mares no está exactamente alineada con la Luna, sino algo desviada. Si observamos desde el norte, la situación es la mostrada en la figura 8.1.

Figura 8.1: Bajamar. Para el observador terrestre en la figura, la marea está baja. Obsérvese que el abultamiento elipsoidal del océano no está exactamente dirigido hacia la Luna, por efecto de la rotación de la Tierra.

Para el observador representado en la figura 8.1 es marea baja, o bajamar. A medida que la Tierra gira, el observador se va adentrando en el abultamiento del océano y la marea sube poco a poco. Pasado un tiempo, el observador tiene la Luna directamente encima de su cabeza (figura 8.2), pero la marea no ha alcanzado todavía su punto más alto. En este momento se dice que la Luna está en culminación superior. La marea alta, o pleamar, ocurre algo después de la culminación superior de la Luna (figura 8.3).

Figura 8.2: Culminación superior de la Luna. La marea está subiendo, pero todavía no está alta.

Figura 8.3: Pleamar. Pasada la culminación superior de la Luna, el observador presencia la pleamar local.

Pasadas la horas, el observador volverá a presenciar la bajamar y, más tarde, la Luna estará en su punto más bajo, en culminación inferior (figura 8.4). Como es natural, la Luna no es visible cuando se halla en culminación inferior, porque yace bajo el horizonte y la Tierra nos la oculta. Un poco después de la culminación inferior, ocurre la segunda pleamar de la jornada.

Figura 8.4: Culminación inferior de la Luna. La Luna está en su punto más bajo, fuera del alcance de la vista del observador. La marea vuelve a estar subiendo.

Así, cada día hay dos mareas altas: una un poco después de la culminación superior y otra un poco después de la culminación inferior de nuestro satélite. Si sabemos a qué hora culmina la Luna, sabremos que algo más tarde habrá pleamar. El retardo de la marea alta respecto de las culminaciones lunares es muy diferente de unos lugares del mundo a otros. Las mareas son un fenómeno global, pero poco intenso (apenas unos metros), por lo que las irregularidades del fondo oceánico, la forma de los continentes y aun las corrientes marinas las perturban mucho. Este retardo es fundamental para predecir las horas de pleamar y de bajamar, por lo que está muy estudiado y bien determinado: recibe el extraño nombre de establecimiento del puerto. El establecimiento del puerto es de unas tres horas en las costas del norte de España, dos horas en el Atlántico andaluz y una hora en Canarias. En la costa pacífica americana suele valer unas nueve horas, mientras que en la costa atlántica de este continente, el establecimiento del puerto suele rondar las cinco horas. En Malabo es de cuatro horas. Sin embargo, estos valores pueden cambiar mucho en distancias muy cortas, dependiendo de la orografía de cada lugar. La influencia de las condiciones locales en las mareas puede ser drástica. Es bien sabido, por ejemplo, que en mares pequeños y cerrados, como el Mediterráneo, las mareas son casi imperceptibles. Sin embargo, en golfos profundos el efecto puede acumularse y hacerse notar, como pasa en Venecia, al fondo del estrecho y alargado Adriático. En Barcelona (costa mediterránea) las mareas son muchísimo menos intensas que en Sevilla. Aunque el puerto de Sevilla es fluvial, está al nivel del mar y en comunicación directa con un gran océano, por lo que las oscilaciones llegan a ser hasta de dos metros. Sin embargo, el río Guadalquivir es un canal angosto y largo, que trasmite los cambios de altura oceánicos con mucha lentitud. El resultado es que el establecimiento del puerto de Sevilla es de cuatro horas, mientras que en la costa de Cádiz es de sólo dos: la onda de marea tarda dos horas en remontar el Guadalquivir desde la desembocadura hasta el puerto sevillano. Éste es sólo un ejemplo (y no extremo) de cómo las condiciones locales pueden alterar el ciclo de las mareas. Si se conoce el establecimiento del puerto de una localidad, no es necesario mucho esfuerzo para predecir de manera aproximada las horas de pleamar y bajamar. Sólo hay que estimar las horas de culminación superior e inferior de la Luna. ¿Es posible hacerlo con facilidad? Sí, lo es: tal y como explicamos en el capítulo «La Luna de enero», hay una relación sencilla entre la fase de la Luna y las horas a las que culmina, sale y se pone. El caso más sencillo es el de la Luna nueva. La Luna nueva está alineada con el Sol: sale a la vez que el Sol, culmina con el Sol a mediodía, se pone al atardecer y tiene su culminación inferior, como el astro rey, a medianoche. Así que en época de Luna nueva es de esperar que haya pleamar hacia mediodía y hacia medianoche, y bajamar al amanecer y al atardecer11. No es más difícil el caso de la Luna llena. La Luna llena se comporta exactamente al contrario que el Sol: sale cuando cae la oscuridad, culmina superiormente a medianoche, se pone al clarear el día y tiene culminación inferior a mediodía, cuando el Sol está en lo más alto. Pero como para la pleamar la culminación superior y la inferior son indiferentes, concluimos que el ciclo de mareas en épocas de Luna llena es igual que en épocas de Luna nueva: alta a mediodía y a medianoche, y baja al principio y al fin del día de luz. Razonamientos análogos pueden hacerse cuando la Luna está en fase de cuarto. Pensemos, por ejemplo, en el cuarto creciente. La Luna en cuarto creciente sigue al Sol un cuarto de vuelta por detrás. Por tanto, todo lo que haga el Sol, la Luna en cuarto creciente lo repite seis horas más tarde. El Sol culmina a mediodía, y a esa hora la Luna en cuarto creciente está saliendo por el este: la marea está baja. Cuando el Sol se pone, si la fase es de cuarto creciente, la Luna está en culminación superior: marea alta al atardecer. A medianoche, la Luna en cuarto creciente se está escondiendo y la marea vuelve a ser baja. A1 amanecer, en fin, la Luna está en culminación inferior (si su fase es de cuarto creciente) y la marea está alta. El cuarto menguante tiene un comportamiento opuesto al creciente, pero su ciclo de mareas es igual. En resumen, si la fase es exactamente de cuarto, habrá pleamares al amanecer y al anochecer, y bajamares a mediodía y a medianoche12. En fases intermedias no es muy difícil interpolar. Puede ser de ayuda un pequeño truco: de un día al siguiente, la marea (sea alta o sea baja) se retrasa en casi una hora13. Por eso, en una semana (tiempo aproximado entre fase nueva y cuarto, o entre cuarto y llena), la marea se atrasa en unas seis horas. Todo lo anterior se refiere a las horas de la marea alta o baja. ¿Qué decir de la intensidad? Un observador constante percibe que no todas las pleamares son igual de intensas. Aquí desempeña un papel fundamental el Sol. Hasta ahora hemos olvidado su influjo, menor que el de la Luna pero no despreciable. Las mareas solares se superponen con las lunares y perturban en varios sentidos el cuadro (estrictamente lunar) descrito más arriba. Una primera reflexión es que las mareas solares son altas siempre hacia el mediodía y hacia la medianoche. Por tanto, cuando las pleamares lunares coincidan a esas horas, sus efectos se sumarán con los de las pleamares solares y la marea lunisolar resultante será más intensa. La pleamar lunar ocurre a mediodía y a medianoche cuando la Luna está llena y cuando está nueva. Entonces (figura 8.5) se habla de mareas vivas: el Sol y la Luna tiran de los océanos terrestres en la misma línea.

Figura 8.5: Cuando la Luna y el Sol están alineados, sus efectos de marea se refuerzan. Esto ocurre en épocas de Luna llena (como se muestra en la figura) y nueva.

Por el contrario, en las fases de cuarto (figura 8.6), la Luna y el Sol deforman los mares según direcciones perpendiculares y sus efectos se contrarrestan en parte. Por eso las mareas altas de los atardeceres y amaneceres suelen ser menos intensas que las del centro del día o de la noche: son las mareas muertas.

Figura 8.6: Mareas muertas. Con la Luna en fase de cuarto creciente o menguante, los efectos del Sol y de la Luna se contrarrestan en parte.

No es el ciclo mensual de las fases el único que afecta a la intensidad de las mareas. Superpuesto a este ciclo hay otro anual, relacionado con la máxima altura alcanzada por el Sol sobre el horizonte. La marea alta más intensa posible ocurrirá si tenemos la Luna y el Sol alineados y directamente en la vertical del lugar. En esas condiciones, poco después de la culminación (superior o inferior) del Sol, nuestro observatorio estará ubicado con exactitud en la cima del abultamiento oceánico provocado por la acción conjunta del Sol y de la Luna. El Sol sólo puede llegar a estar en la vertical del lugar en puntos de la Tierra situados entre los trópicos. A1 norte del trópico de Cáncer o al sur del de Capricornio, las mareas altas nunca pueden alcanzar los extremos máximos absolutos, porque la cima del abultamiento oceánico nunca rebasa los 23 grados de latitud norte ni los 23 grados sur. A una u otra latitud, en cualquier caso, siempre es cierto que para tener mareas altas de gran intensidad, la Luna y el Sol deben estar en configuración de mareas vivas (figura 8.5). Por tanto, las mareas extremas ocurren siempre en Luna nueva o Luna llena y por ello, según lo comentado más arriba, cerca de la medianoche o cerca del mediodía. Consideremos, para fijar ideas, el caso de España. España está situada en latitudes intermedias del hemisferio norte, más allá del trópico de Cáncer. El máximo absoluto del abultamiento de los océanos alcanza el punto más cercano a las costas españolas en el plenilunio y el novilunio más próximos al principio del verano, cuando el Sol tiene sus culminaciones superiores más elevadas y está alineado con la Luna. En estas condiciones, además, la marea alta más intensa ocurrirá hacia el mediodía. Las intensas mareas vivas del mediodía en España hacia el principio del verano son bien conocidas por los habitantes de la costa atlántica y la gente de mar: en algunos lugares las llaman «las mareas de Santiago». Una situación parecida ocurre al principio del invierno. Los plenilunios y novilunios más próximos al solsticio de invierno provocan mareas altas especial mente intensas, pero alrededor de la medianoche (con el Sol en su culminación inferior extrema), razón por la cual no son tan conocidas. Las mismas afirmaciones son válidas para otros países fuera de la zona entre los trópicos: en el norte de México, en Uruguay, Argentina y Chile, las mareas más intensas del año ocurren a mediodía con la Luna llena y la Luna nueva del principio del verano, y a medianoche con la Luna llena y la Luna nueva del principio del invierno. Entre los trópicos, donde están la mayoría de los países de habla hispana, las fechas de mareas altas extremas no coinciden con los solsticios. En el ecuador ocurren con los plenilunios y novilunios de los equinoccios (marzo y septiembre), y en otras latitudes en fechas intermedias (tabla 8.1). De cualquier manera, siempre hay que tener presente que todas las afirmaciones generales sobre las mareas pueden dejar de ser válidas localmente, dependiendo de las condiciones concretas de la costa. Cambios estacionales de corrientes, o incluso oscilaciones de la presión atmosférica, pueden ocultar los sutiles efectos comentados: así de ligero y perturbable es el fenómeno de las mareas comparado con otros agentes a escala planetaria.

Pleamar extrema a medianoche Plenilunios y novilunios de Pleamar extrema a mediodía Latitud > 23° Diciembre Latitud < -23° Latitud 20° Enero y noviembre Latitud -20° Latitud 10° Febrero y octubre Latitud -10° Latitud 0° Marzo y septiembre Latitud 0° Latitud -10° Abril y agosto Latitud 10° Latitud -20° Mayo y julio Latitud 20° Latitud< -23° Junio Latitud > 23° Tabla 8.1. Fechas de mareas altas extremas en distintas latitudes

Hoy día disponemos de varios ejemplos muy buenos de que las mareas son un efecto universal de la ley de la gravitación. Si las mareas oceánicas de nuestro planeta nos parecen un fenómeno importante, nos sobrecogerá la magnitud y las consecuencias de las mareas que los planetas gigantes inducen en los astros de su entorno. Ío, satélite de Júpiter, es un objeto helado de dimensiones parecidas a las de nuestra Luna. Sería un cuerpo inerte si girara aislado en torno al Sol, o si es tuviera bastante más lejos de Júpiter. Pero su cercanía al planeta rey lo somete a unas fuerzas de marea descomunales, suficientes para fundir parcialmente su interior y hacer que vomite gases y materiales sulfurosos a través de las decenas de volcanes que pueblan su superficie. Si en la Tierra el vulcanismo es accionado por el calor interno de nuestro planeta, en el diminuto Ío es la gravedad de Júpiter la que pone la energía. El resultado: Ío es el cuerpo geológicamente más activo de todo el Sistema Solar. Su superficie se renueva cada pocos siglos, y en ella no se aprecian cráteres de impacto, porque se rellenan instantáneamente (en términos astronómicos) con productos volcánicos tras su formación. Aún más catastróficos han podido ser los efectos de las fuerzas de marea en el sistema de Saturno. Los famosos anillos de Saturno están formados por mate rial disperso que podría haber llegado a constituir un satélite, pero que no pudo agregarse porque, tan cerca del planeta, las fuerzas de marea destrozarían cualquier objeto de cierto tamaño. A veces se ha sugerido que los anillos podrían ser los restos de un viejo satélite formado más lejos de Saturno, pero que cometió la imprudencia de acercarse demasiado a su planeta padre, cuyas mareas lo devoraron. Esta hipótesis es físicamente posible, pero parece hoy poco probable. De cualquier modo, los anillos de Saturno son una muestra de que las fuerzas de marea pueden llegar a ser destructivas. Y, efectivamente, se conoce al menos un caso de disgregación de un objeto por efectos de marea. El cometa Shoemaker-Levy 9, que en 1994 fue captura do por Júpiter y que acabó impactando con el planeta, en uno de sus primeros acercamientos al coloso del Sistema Solar fue literalmente triturado por las fuerzas de marea. Quedó convertido en un rosario de escombros. Ío, los anillos de Saturno y el cometa Shoemaker-Levy 9, ejemplos extremos del poder de las mareas, ponen aún más de manifiesto que el plácido ir y venir lunisolar de nuestros océanos es un caso muy discreto a escala cósmica. 9 - El oscurecimiento del limbo (Atmósferas en el Sistema Solar) Cuando sale la luna de cien rostros iguales, la moneda de plata solloza en el bolsillo. La luna asoma FEDERICO GARCÍA LORCA,

La Luna llena a simple vista parece plana, un disco sin relieve. Este detalle implica que nuestro satélite no tiene atmósfera. La clave está en el fenómeno del oscurecimiento del limbo, que aplicado a observaciones elementales con telescopios pequeños permite hacer afirmaciones sobre la existencia o no de atmósfera en otros mundos de nuestro Sistema Solar. Un disco brillante, redondo y perfectamente plano, ésa es la apariencia de la Luna llena, como una moneda de plata. Es cierto que su rostro está salpica do de manchas irregulares, pero el tono, la textura de esos detalles es muy uniforme: las zonas claras hacia el centro del disco son igual de luminosas que las cercanas al borde, y tampoco hay diferencias de color o de brillo entre las manchas oscuras centrales y las próximas al limbo. Antes de la invención del telescopio, la Luna era el único objeto celeste con disco observable con facilidad y a simple vista. Sin otros objetos con los que comparar, este rasgo de nuestro satélite no llamó la atención de nadie. Hoy, incluso el telescopio más pequeño muestra con cierto detalle los discos de otros mundos, y no todos son de un brillo tan uniforme como el de la Luna. Muchos objetos celestes aparecen más luminosos en el centro que hacia los bordes. Este fenómeno es conocido como el oscurecimiento del limbo. También el Sol, como la Luna, tiene un tamaño aparente considerable cuando se observa a simple vista desde la Tierra, pero su intenso brillo hace difícil reparar en los detalles. Un cristal oscuro y de buena calidad permite estimar cómodamente las dimensiones aparentes de nuestra estrella (que resultan ser casi las mismas de la Luna). Además, un observador atento puede percibir que el Sol presenta oscurecimiento del limbo. Es un rasgo difícil de apreciar a simple vista, pero muy evidente si se emplea cualquier ayuda óptica. El Sol es uno de los objetos celestes más fáciles de observar con instrumentos ópticos, porque es sencillo localizarlo en el cielo, no requiere un aparato potente y para verlo no hace falta trasnochar. Como contrapartida surge el inconveniente de que la luz solar directa es dañina; aumentada por cualquier instrumento, incluso el más pequeño, resulta fatal. Jamás se debe observar el Sol directamente con un aparato que no esté preparado, dotado de filtro solar o algún dispositivo equivalente. Si no tenemos tal accesorio, siempre podemos proyectar la imagen del Sol sobre una pantalla o una hoja de papel: este método funciona incluso con unos prismáticos. Empleando un método de observación, seguro, unos prismáticos o un telescopio rudimentario permiten ver con claridad el oscurecimiento del limbo en el Sol. La Luna, en cambio, muestra siempre el mismo brillo hacia el centro que en los bordes, incluso vista al telescopio. ¿Cuál es la causa de esta diferencia? El Sol es un astro gaseoso con una superficie luminosa bien definida, pero por encima de ella continúa habiendo material solar, gases menos densos y brillantes que constituyen su atmósfera, como se representa esquemáticamente en la figura 9.1. Un observador situado en la Tierra recibe luz procedente de todo el disco solar, pero los rayos que parten de las zonas centrales (A) atraviesan un grueso de atmósfera solar mucho menor que los procedentes de los bordes (B). La atmósfera del Sol, como cualquier otra, difunde y absorbe parte de la luz que la atraviesa. Por tanto, la radiación que nos llega del limbo solar ha sido atenuada bastante más que la procedente del centro, debido a la propia atmósfera de la estrella. Por eso el limbo parece más oscuro que el centro del disco. La ausencia absoluta de oscurecimiento del limbo en la Luna, la apariencia plana de su disco, indica que carece de atmósfera apreciable.

Figura 9.1: Oscurecimiento del limbo en el Sol. La luz del centro del disco solar (A) atraviesa un grosor de atmósfera menor y, por tanto, es menos atenuada que la luz que nos llega desde el borde (B).

Las grandes manchas oscuras que podemos ver a simple vista en la Luna, aparecen como superficies lisas y con pocos cráteres a través del telescopio. Los primeros observadores de nuestro satélite las llamaron mares. Parecen mares, pero sabemos que no pueden serlo: en ausencia de atmósfera, la presión en la superficie lunar es nula y cualquier líquido al descubierto se vaporizaría instantáneamente. Los mares lunares son en realidad llanuras de lava solidificada. La carencia de atmósfera y de hidrosfera en la Luna tiene varias consecuencias importantes sobre su orografía. Los fenómenos de erosión y transporte usuales en la Tierra no ocurren allí. Las montañas, cráteres y otros rasgos lunares casi no sufren desgaste. Incluso los detalles más pequeños permanecen inalterados durante millones de años: ésa será la duración de las huellas dejadas allí por los astronautas estadounidenses, a no ser que algún turista despistado las borre antes por accidente. Sólo hay dos mecanismos capaces de alterar la orografía lunar. Uno de ellos es la meteorización térmica. Debido a la falta de aire, en la Luna hay un con traste muy intenso entre las temperaturas diurnas y las nocturnas. Las rocas pasan de más de cien grados centígrados a pleno sol a menos de ciento cincuenta bajo cero en la sombra. Como consecuencia de estos cambios de temperatura, los intensos ciclos de dilatación y contracción acaban fracturando las rocas grandes. El otro mecanismo, más importante, también es posible gracias a la inexistencia de atmósfera: el bombardeo meteorítico. La envoltura gaseosa de nuestro planeta destruye todos los meteoroides de pequeño tamaño que chocan con la Tierra, de modo que en la superficie sólo recibimos el impacto ocasional de los cuerpos más masivos, aquellos que la atmósfera no es capaz de frenar y destruir. En la Luna, en cambio, incluso el meteoroide más pequeño alcanza directamente la superficie e impacta a velocidades astronómicas. Los grandes impactos son poco frecuentes, pero los micrometeoroides, de dimensiones microscópicas, bombardean la Luna sin cesar, y son capaces de erosionar una capa de un milímetro de profundidad en un millón de años. Esta molturación micrometeorítica constante es la razón de que la superficie lunar, en vez de ser roca pelada, esté cubierta por una capa de polvo fino, el regolito. Como vemos, determinar la presencia o ausencia de atmósfera en un astro es una cuestión crucial para conocer las condiciones físicas en su superficie. Antes de la aplicación de la fotografía y del análisis espectral en astronomía, la inspección visual era el único recurso para aclarar esta cuestión. El oscurecimiento del limbo era uno de los criterios tenidos en cuenta, aunque no el único.

Figura 9.2: La difusión del terminador. Un astro sin atmósfera (izquierda) muestra un terminador bien definido, al contrario que un objeto con atmósfera (derecha). Venus es un planeta muy fácil de observar con telescopios pequeños. Este mundo posee una cobertura atmosférica muy gruesa y, a pesar de ello, se aprecia de inmediato que no presenta oscurecimiento del limbo. Ello es debido a que lo que vemos en su disco no es la superficie sólida filtrada por el velo de la atmósfera, sino la parte superior de una capa tupida de nubes blancas muy altas, y por encima de ellas la atmósfera está tan enrarecida que no basta para inducir un oscurecimiento del limbo apreciable. Sin embargo, desde los primeros tiempos de la observación telescópica se admite que Venus posee atmósfera, porque hay otros indicios fiables al respecto. El más sencillo es la difusión del terminador. En un cuerpo carente de atmósfera, el terminador, o frontera entre la zona iluminada y la oscura, debe aparecer como una línea bien definida (figura 9.2, izquierda). Eso es lo que ocurre en la Luna, donde el terminador, con una forma más o menos irregular debida a elevaciones y depresiones, constituye siempre una frontera nítida entre iluminación total y oscuridad absoluta. En Venus, en cambio, vemos que el terminador es una banda difusa, una zona indefinida en la que el paso del hemisferio diurno al nocturno es gradual. La razón es que hacia el terminador los rayos solares caen muy inclinados y, al chocar con la atmósfera, no se extinguen bruscamente, sino que penetran cierta distancia hasta que son difundidos o absorbidos (figura 9.2, derecha). Pero hay otras observaciones que apuntan a la existencia de atmósfera en Venus, aunque no son tan sencillas. Una de ellas es el aspecto del planeta cerca de la fase nueva. Cuando Venus pasa entre la Tierra y el Sol, su disco aparece casi totalmente oscuro: como en la Luna nueva, sólo una pequeña fracción del disco está iluminada y su aspecto es el de una fina tajada de melón. En el caso de la Luna, si unimos los cuernos de su delgado creciente cerca de la fase nueva mediante una línea imaginaria, esta línea pasa exactamente por el centro geométrico del disco. En Venus, en cambio, esto no ocurre. Los cuernos de Venus en fase nueva abarcan algo más de la mitad del disco: las regiones altas de la atmósfera del planeta esparcen parte de la luz que reciben más allá de los límites estrictos del hemisferio iluminado. De hecho, hoy sabemos que esta difusión de la luz hacia la zona nocturna del planeta es de una intensidad extrema en la atmósfera baja, de modo que en Venus, al nivel del suelo, todo el hemisferio nocturno está iluminado por luz difundida y no hay diferencia entre el día y la noche. La observación más contundente en favor de la presencia de atmósfera en Venus es, también, la más difícil de hacer. Por tratarse de un planeta más cercano al Sol que nuestra Tierra, a veces Venus pasa por delante del disco solar. Entonces la atmósfera del planeta produce toda una serie de fenómenos visuales que, como puso de manifiesto Lomonósov en 1761, no dejan lugar a dudas. Por desgracia, los pasos de Venus ante el Sol ocurren sólo unas treinta veces cada dos mil años. Los próximos serán en 2004 y 2012. Marte es un planeta más difícil de observar con medios modestos que Venus. Marte no presenta casi oscurecimiento del limbo cuando se observa visualmente, y la posible difusión del terminador, caso de ser importante, tampoco podría observarse, porque los planetas que están más lejos del Sol que la Tierra siempre muestran fase casi llena, de manera que el terminador está cerca del limbo y no es bien visible. Aun así, podemos hacer algunas observaciones simples que sugieren la existencia de atmósfera en Marte. La primera es la visión de los casquetes polares. Sean de hielo, de agua o de dióxido de carbono, no podrían perdurar a la distancia del Sol a la que se halla Marte si la presión atmosférica allí fuera nula, porque se habrían evaporado. Este argumento exige creer los cálculos de los astrónomos, pero también es posible hacer observaciones directas que evidencian por sí solas actividad atmosférica en Marte. Por un lado, a veces son visibles formaciones nubosas. Por otro, con cierta frecuencia ocurren en Marte tempestades de polvo globales, muy difíciles de explicar si no admitimos que hay una cobertura gaseosa de cierta entidad. Llegar a observar cualquiera de estos dos fenómenos en Marte requiere buenos instrumentos, suerte y cierta paciencia. Mercurio es un planeta muy difícil de observar en buenas condiciones. Los astrónomos más agudos de todos los tiempos aseguran que no presenta ni oscurecimiento del limbo, ni difusión del terminador, ni nubes o tormentas ocasionales. Además, los pasos de Mercurio ante el disco solar (más frecuentes que los de Venus) no ofrecen ni el indicio más ligero de atmósfera. La visita de la sonda estadounidense Mariner 10 en 1974 demostró que Mercurio no tiene atmósfera: tanto por su tamaño como por su aspecto superficial, se parece mucho a nuestra Luna. Sí es sencillo comprobar, incluso con telescopios pequeños, que Júpiter tiene una atmósfera importante: en su disco, el oscurecimiento del limbo se advierte de inmediato. De hecho, todo Júpiter es atmósfera, salvo, tal vez, un núcleo rocoso pequeño. E1 mayor de los planetas está compuesto casi íntegramente de gases. Lo mismo ocurre con Saturno, Urano y Neptuno, aunque en ellos el oscurecimiento del limbo es menos evidente. Sobre todo en Urano y Neptuno, cuyas reducidísimas dimensiones aparentes requieren una vista aguda, buenos telescopios y mejores condiciones meteorológicas. Esas tres condiciones, pero sobre todo la primera de ellas, condujeron al descubrimiento de la atmósfera de Titán a principios de siglo. Titán es el mayor satélite de Saturno y la segunda luna más grande de todo el Sistema Solar. Su peculiaridad más destacada es la de ser el único satélite conocido con una atmósfera digna de tal nombre. El descubrimiento de la envoltura gaseosa de Titán constituyó una hazaña sorprendente, realizada por observación visual directa y en base al argumento del oscurecimiento del limbo. Cedamos la palabra al autor del hallazgo, Josep Comas i Solá, quien en su obra Astronomía escribe: Saturno posee nueve satélites conocidos; el descubrimiento de un décimo satélite por W. H. Pickering en 1904 no ha sido confirmado. El mayor es Titán, cuyo volumen es superior al de Mercurio. Observado con el ecuatorial del Observatorio Fabra, he podido observar diferentes veces que los bordes del mismo son más obscuros que las regiones centrales, lo que demuestra la existencia de atmósfera. Comas i Solá fue un observador de una agudeza visual fuera de lo común. Para valorar el caso de Titán en su justa medida, tengamos en cuenta que el diámetro aparente de este satélite nunca supera un segundo de arco. Aunque es difícil llegar a apreciar su disco (y aún más su oscurecimiento del limbo), Titán es fácilmente observable junto a Saturno con e1 telescopio más rudimentario. Hoy día, con la herramienta del análisis espectral desde el suelo y con las sondas espaciales visitando casi todos los mundos de nuestro sistema, el oscurecimiento del limbo es poco más que una curiosidad para los científicos, pero constituye un argumento sólido para interpretar observaciones a simple vista o con instrumentos modestos. 10 - Rotación capturada (Algunos sistemas gravitatorios en el Sistema Solar) La Luna nos presenta siempre la misma cara. Nunca veremos el otro hemisferio, a menos de descubrir el punto de apoyo fuera de la Tierra que pedía Arquímedes. CAMILLE FLAMMARION, Las tierras del cielo

Mucha gente ve un rostro humano en el disco de la Luna llena. El aspecto de las manchas que forman esa cara no cambia con el paso de las semanas o los meses, porque la Luna evoluciona en el espacio mostrando siempre el mismo hemisferio a la Tierra. No se trata de una casualidad, sino de un hecho provocado por las leyes de la gravitación universal. Estas leyes dan lugar a diversos fenómenos parecidos cuando juegan con la variedad de astros que componen el Sistema Solar. La Luna es un astro rocoso cuya superficie, árida y pulverulenta, presenta accidentes geográficos de tipos muy diversos. Los más grandes son los llamados mares lunares, extensas llanuras de lava solidificada cubierta por una capa de polvo fino de unos metros de espesor. Los mares recibieron ese nombre en los primeros tiempos de la exploración telescópica de nuestro satélite, cuando se ignoraba casi todo sobre las verdaderas condiciones físicas que reinan en la Luna. Aunque su aspecto sea oscuro y liso, no tienen nada que ver con el agua ni con los océanos terrestres. Los mares lunares contrastan con las regiones circundantes por su color marcadamente oscuro. Esto, unido a su gran tamaño, los convierte en los únicos rasgos de la superficie del satélite perceptibles a simple vista. Al contemplar el disco de la Luna, en especial en fase llena, se observa un círculo claro salpicado de sombras oscuras que dibujan formas fáciles de reconocer; tanto es así que muchas personas relacionan en el subconsciente los patrones de manchas y reconocen en el disco lunar objetos familiares de distintos tipos: un conejo, un escarabajo, un hombre fumando en pipa... Tal vez la asociación más frecuente (sobre todo entre los habitantes del hemisferio norte de la Tierra) sea la que identifica el disco de la Luna con un gran rostro humano congelado en un gesto de sorpresa, grito o llanto. No entraremos a discutir ahora por qué semejantes asociaciones inconscientes están tan extendidas en todas las sociedades ni sus posibles razones psicológicas14. Pero sí repararemos en un hecho curioso: la identificación de los rasgos de la superficie lunar es siempre inmediata, al primer golpe de vista. No es necesario «buscar» de un día para otro la ubicación del que se identifica con el ojo izquierdo o con la del rostro de la Luna, porque los detalles se mantienen siempre en la misma posición. Como sabemos que la Luna es un cuerpo aproximadamente esférico que se mueve alrededor de la Tierra, la única manera de que ofrezca siempre el mismo aspecto vista desde nuestro planeta es que su movimiento en el espacio, sea el que sea, ocurra de modo que el satélite dirija siempre el mismo hemisferio a la Tierra. Tal coordinación de movimientos a escala cósmica no deja de ser sorprendente. ¿Se debe al puro azar o hay alguna razón física que convierta el fenómeno en inevitable?

Figura 10.1: Si la Luna no rotara alrededor de su eje, a lo largo de cada giro en torno a la Tierra iría mostrando sucesivamente las diferentes partes de su globo.

Como es bien sabido, la Luna completa una traslación alrededor de la Tierra en algo menos de un mes. En contra de lo que pudiera parecer, el hecho de que la Luna muestre siempre la misma cara a la Tierra no quiere decir que nuestro satélite no gire alrededor de su eje. Como se aprecia en la figura 10.1, si la Luna no rotara se movería alrededor de la Tierra conservando siempre la misma orientación y entonces, a lo largo de una traslación completa, iríamos observando sucesivamente todas las áreas del globo desde nuestra posición en el planeta: el disco lunar cambiaría de aspecto poco a poco y la Luna quizá no tendría un «rostro», sino muchos. La figura 10.2 ilustra la situación real. La traslación del satélite en torno al planeta y la rotación de la Luna alrededor de su eje tienen exactamente el mismo periodo. De este modo, cuando la Luna ha recorrido, por ejemplo, un cuarto de vuelta en su órbita, el globo lunar ha rotado ese mismo cuarto de vuelta y así el aspecto que muestra a la Tierra se mantiene inalterado. El fenómeno recibe el nombre técnico de rotación capturada (o rotación sincrónica). La coincidencia de los dos periodos lunares es tan perfecta que no cabe atribuirla al simple azar. Hay causas físicas que explican la rotación capturada. Como se describe en el capítulo 8, la gravitación es una fuerza universal que se manifiesta de dos modos distintos: altera las trayectorias de los objetos y, también, deforma los cuerpos celestes de grandes dimensiones. El poder deformador de la gravedad recibe el nombre de fuerza de marea. La Luna altera ligeramente el movimiento de la Tierra en el espacio y, además, en virtud de las fuerzas de marea, deforma el planeta, en especial sus capas fluidas más externas (océanos y atmósfera). Análogamente, la Tierra ejerce fuerzas de marea sobre la Luna, y éstas son mucho más intensas que las provocadas por el satélite, dada la gran masa de la Tierra, ochenta veces mayor. Las teorías sobre la formación y evolución del sistema Tierra-Luna admiten que al principio la rotación del satélite no era capturada: la Luna giraba en torno a su eje en un tiempo bastante más corto que el que necesitaba para completar una traslación alrededor de la Tierra.

Figura 10.2: Rotación capturada: el satélite tarda el mismo tiempo en rotar alrededor de su eje que en completar una vuelta alrededor del astro central. En consecuencia, desde el astro central sólo es observable un hemisferio del otro cuerpo.

Desde el principio de la existencia de la Luna, las mareas terrestres actuaron sobre toda su masa, apartándola de la forma esférica y confiriéndole un perfil alargado. La dirección del alargamiento de la esfera lunar siempre estaba dirigida hacia la Tierra, fuente de la deformación. La Luna giraba en torno a su eje con rapidez: a lo largo de un «día lunar», todos los lugares del ecuador de ese astro iban pasando sucesivamente por el punto que miraba hacia Tierra, donde se hallaba la cima del abultamiento provocado por las mareas. La situación era del todo análoga a la representada en las figuras 8.1 a 8.4 para la Tierra en la actualidad. Dicho en otras palabras, la deformación causada por las fuerzas de marea se desplazaba sobre la superficie de la Luna y, en rotaciones lunares sucesivas, iba deformando, amasando, toda la esfera del satélite. Como bien sabe cualquiera que alguna vez haya preparado masa para un pastel, amasar un objeto requiere una inversión de energía e implica cierto rozamiento. Pero la energía no se crea de la nada y debe suministrarla algún proceso físico. El roce de los abultamientos de marea con la masa lunar consume energía, la cual es robada a la rotación del astro. Así, en el transcurso de millones de años, las mareas terrestres fueron frenando por rozamiento la rotación lunar, hasta alcanzar la situación actual de estabilidad: cuando la rotación de la Luna se frenó tanto que el periodo de rotación coincidió exactamente con el de traslación, entonces el abultamiento de marea quedó anclado, fijó en un lugar determinado de la Luna. Al dejar de desplazarse la deformación a través del globo lunar, cesó el roce del amasado y la rotación capturada fue un hecho desde entonces hasta hoy. Si este proceso ocurrió en la Luna, cabe preguntarse si no le está sucediendo algo parecido a la Tierra. la completa analogía con la historia relatada para la Luna, en la actualidad la Tierra es un astro en rápida rotación y sometido a las fuerzas de marea de su vecina. El roce debido al amasado de mares y continentes está, de hecho, frenando la rotación terrestre. El efecto se ha podido medir y hoy se sabe que el giro de la Tierra se hace cada vez más lento: la duración de los días se alarga en la actualidad a razón de unas dos milésimas de segundo por siglo. El baile de las mareas tiene aún otra consecuencia inesperada. Los abultamientos que las mareas lunares provocan en la superficie terrestre no están estricta mente alineados con la Luna debido a la rápida rotación del planeta, que arrastra las deformaciones y las orienta en una dirección ligeramente adelantada respecto del satélite. Así, los abultamientos ejercen sobre la Luna una ligera fuerza de atracción, muy pequeña pero constante, que tiene como consecuencia la aceleración de la Luna en su órbita. Y, según las leyes de la mecánica celeste, la aceleración de la Luna debe alejarla del planeta. La conclusión es que, mientras dure el proceso de frenado de la rotación terrestre debido a las mareas lunares, la Luna se irá alejando poco a poco de la Tierra. En la actualidad, el ritmo de alejamiento es de unos cuatro centímetros al año. La evolución mareal del sistema Tierra-Luna tiende a estabilizarse, y podría hacerlo en un futuro muy lejano, cuando los tres periodos de giro implicados (rotación lunar, traslación lunar y rotación terrestre) tuvieran idéntica duración. Los cálculos indican que entonces los días tendrían una longitud igual a 47 días actuales, pero el lapso de tiempo requerido para alcanzar esa estabilidad supera con mucho la vida estimada del Sol. Si hacemos retroceder en el tiempo los procesos recién descritos, nos encontramos con el sistema Tierra-Luna en las remotas épocas de la formación del Sistema Solar. Entonces, tanto la Tierra como la Luna rotaban en torno a sus ejes bastante más rápido que en la actualidad. Los días eran más breves en nuestro mundo, la Luna estaba más cercana y, por tanto, tenía unas dimensiones aparentes bastante mayores. La mayor proximidad de los dos astros inducía en los jóvenes océanos terrestres mareas mucho más intensas que las que presenciamos hoy en día. El conocimiento de todos estos hechos del pasado y del futuro remotos de nuestro mundo se basa en última instancia en una observación visual muy sencilla: el rostro de la Luna llena nos parece siempre el mismo. La Luna nos muestra siempre el mismo hemisferio. Un observador pesimista podría invertir la frase y convertirla en una queja: «la Luna nos oculta siempre una mitad de su superficie.» Es costumbre en astronomía hablar de la cara visible y de la cara oculta de la Luna. A veces, los angloparlantes denominan «el lado oscuro de la Luna» a la cara oculta. Curioso ejercicio de antropocentrismo: si no podemos verla nunca, ¿para qué iluminarla? Sabemos, sin embargo, que e1 Sol baña con generosidad la cara oculta durante la mitad de cada revolución lunar. Durante siglos, los astrónomos han soñado con descubrir los secretos de ese rincón del universo, tan cercano a la Tierra pero tan cerrilmente inaccesible. Peor sería la situación si habitáramos la cara oculta de la Luna: la astronomía podría haber evolucionado allí durante siglos sin descubrir ni tan siquiera la mitad del planeta más cercano, la Tierra, siempre oculto bajo el horizonte. El siglo XX ha asistido a la realización del sueño de tantas generaciones de astrónomos: hoy es posible adquirir un mapa de la cara oculta de la Luna en cualquier librería. El logro se materializó en 1959, cuando la pequeña sonda soviética no tripulada Luna 3 se aventuró fugazmente más allá de la Luna y volvió sus cámaras para mostrar a los terrícolas, por primera vez en muchos millones de años, el otro lado de nuestro satélite. Sin duda Flammarion no pensaba en un punto de apoyo como la modesta sonda Luna 3 cuando en 1891 escribió las palabras que encabezan este capítulo. Las fotografías obtenidas resultan de muy baja calidad para los patrones actuales, pero son, aun así, sobrecogedoras. En esa época la tecnología de la captación electrónica de imágenes no estaba tan desarrollada como hoy, por lo que en aquélla como en otras misiones lunares posteriores la sonda llevaba consigo todo un laboratorio miniaturizado de fotografía química clásica, con película, sistema de revelado y mecanismo de digitalización del negativo resultante para su transmisión posterior a la Tierra. Los científicos esperaban acceder a todo un hemisferio lunar repleto, como el hemisferio visible, de mares extensos y oscuros esperando ser bautizados. Para sorpresa y consternación de los exploradores rusos, la cara oculta de la Luna no poseía ni un solo mar parecido a los de la cara visible. Esta asimetría radical parece estar relacionada con la presencia de la Tierra, que podría haber provocado, a través de sus fuerzas de marea, un adelgazamiento de la corteza lunar en la cara orientada hacia nosotros, lo que habría favorecido las efusiones magmáticas causantes de los mares en este hemisferio y no en el opuesto. Se cuenta en veintiséis el número de los afortunados seres humanos, todos ellos estadounidenses y varones, que han contemplado con sus propios ojos la cara oculta de la Luna. Uno de estos hombres estuvo allí dos veces. Los nueve viajes de las misiones Apollo a la Luna entre 1968 y 1972 no sólo realizaron en seis ocasiones la proeza de desembarcar en otro mundo, sino que también permitieron cumplir este otro sueño algo menos romántico que el paseo lunar pero considerado durante siglos igual de irrealizable: la visión del otro hemisferio. La pareja Tierra-Luna no constituye una excepción en el Sistema Solar, pero sí es un caso poco frecuente debido al tamaño considerable del satélite comparado con las dimensiones del planeta. En el resto de los planetas que cuentan con satélites, siempre ocurre que los astros centrales son muchísimo más masivos y grandes que sus lunas, salvo en Plutón. Plutón, el más pequeño y misterioso de los grandes planetas que giran alrededor del Sol, cuenta con un satélite muy cercano al planeta y cuyas dimensiones son grandes comparadas con las del planeta central: 1.500 km frente a los 2.300 km de diámetro de Plutón. Este satélite, llamado Caronte, se halla a una distancia de apenas 20.000 km del planeta, veinte veces menos que la separación entre la Tierra y la Luna. Entre Plutón y Caronte median sólo 17 radios planetarios, en contraste con los más de 60 radios planetarios que separan la Tierra de la Luna. Además, Caronte tiene una masa que constituye más del 20% de la masa de Plutón, mientras que nuestra Luna reúne una sólo un poco mayor que el 1 % de la masa terrestre. En estas condiciones, es de esperar que las fuerzas de marea actúen de manera mucho más eficaz en el sistema Plutón-Caronte que en el sistema Tierra-Luna. Plutón, por su lejanía y pequeñez, es muy difícil de estudiar desde la Tierra. A pesar de ello, y desde el descubrimiento de su satélite Caronte en 1978, los astrónomos han empleado todo su ingenio y los recursos técnicos más avanzados y han logrado descubrir los rasgos más importantes que caracterizan a ambos astros. Uno de ellos es que la evolución mareal del sistema Plutón-Caronte ha llegado a su fin, y que los dos cuerpos presentan rotación capturada: Caronte recorre su órbita alrededor de Plutón en 6 días, 9 horas y 17 minutos, exactamente el mismo tiempo que invierte en rotar en torno a su eje, y justo lo que tarda el propio Plutón en completar una rotación. Ninguna sonda espacial ha visitado aún Plutón, pero la NASA está estudiando enviar una misión ligera, conocida provisionalmente como Pluto Express, en los próximos años. Si la rotación capturada ha inducido una asimetría notable entre los hemisferios visible y oculto de nuestra Luna, es de esperar que en el sistema Plutón-Caronte tales asimetrías sean mucho más espectaculares. Algunas observaciones realizadas desde la Tierra y mediante el telescopio espacial Hubble sugieren que tales asimetrías existen, pero su verdadero aspecto sólo será revelado cuando se reciban las fotografías enviadas por las futuras sondas espaciales automáticas. Como queda dicho, el resto de los satélites del Sistema Solar son muy pequeños comparados con sus planetas respectivos. Por tanto, son de esperar efectos mareales intensos de los planetas sobre las lunas, pero no al contrario. Las observaciones desde la Tierra y desde sondas espaciales han demostrado que son muchos los satélites que presentan rotación capturada. Este fenómeno está presente en las dos lunas minúsculas de Marte (Fobos y Deimos) y en la mayoría de los satélites de los planetas gigantes (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno), en particular en los satélites de mayor tamaño. Si las fuerzas de marea entre planetas y satélites provocan los efectos comentados, ¿no podrían encontrarse situaciones análogas entre el Sol y algunos de sus satélites, esto es, los planetas? Sabemos que el Sol ejerce unas fuerzas de marea sobre la Tierra que, aunque son más pequeñas que las debidas a la Luna, no resultan despreciables y deben tenerse en cuenta al predecir los flujos y reflujos de los océanos. Antes hemos comentado que las mareas lunares no serán capaces de capturar la rotación terrestre ni aun en todo el tiempo de vida que le resta al Sol. Con menos razón, pues, podrían lograrlo las fuerzas de marea debidas al Sol. Y si a la distancia que separa la Tierra del Sol las mareas solares ya no son capaces de capturar las rotaciones planetarias, menos lo serán a distancias mayores. Pero ¿y a distancias menores del astro rey? Mercurio es el planeta más cercano al Sol. Esta cercanía y la gran excentricidad de su órbita conllevan que las mareas solares sean particularmente intensas sobre este astro. Mercurio es diminuto y, visto desde la Tierra, aparece en el cielo siempre muy próximo al Sol, lo cual dificulta en gran medida la observación de su superficie. Durante mucho tiempo se especuló sobre la posibilidad de que la rotación de Mercurio estuviera capturada por las mareas del Sol. A finales del siglo pasado, el astrónomo italiano Giovanni Schiaparelli, un gran observador planetario, realizó una campaña de observaciones de Mercurio con la intención de determinar su periodo de rotación. La superficie de Mercurio presenta, por desgracia, pocos detalles bien contrastados. Las manchas registradas por Schiaparelli y otros astrónomos son de identificación difícil y no han sido confirmadas. Sin embargo, estas observaciones parecían indicar que Mercurio tenía rotación capturada. Como la mayoría de la comunidad astronómica esperaba este resultado, se asumió que las observaciones de Schiaparelli eran correctas y, hasta los años 60 del siglo XX, los libros de texto de astronomía incluyeron el dato de que Mercurio tiene periodos de traslación y de rotación idénticos. Si Mercurio tuviera rotación capturada, las consecuencias medioambientales para su superficie serían drásticas. Un observador ubicado en el Sol podría emplear con toda propiedad la expresión inglesa que identifica la cara oculta con «el lado oscuro»: el hemisferio siempre dirigido hacia el Sol sería el lugar más caliente del Sistema Solar (después de la superficie solar, por supuesto), mientras que en la cara opuesta, siempre en tinieblas, reinaría un frío glacial con temperaturas cercanas al cero absoluto. Si Mercurio tuviera atmósfera, el aire actuaría como conductor del calor y equilibraría en parte este contraste extremo, pero es bien sabido que este planeta carece de envoltura gaseosa. En 1962 se efectuaron las primeras observaciones sistemáticas de Mercurio por medio de ondas de radio. Si existiera una diferencia tan radical de temperaturas entre los hemisferios de Mercurio, sus brillos en emisión radioeléctrica deberían resultar también muy distintos. Sin embargo, la radiación procedente de las zonas no iluminadas del planeta indicaba que su temperatura está muy por encima del cero absoluto. La explicación más sencilla habría llevado a aceptar que la rotación de Mercurio no es capturada y que, por tanto, no hay zonas permanentemente privadas de luz solar. Pero los astrónomos estaban tan apegados a la idea preestablecida sobre el movimiento de Mercurio que se resistieron a aceptar las conclusiones de las medidas radioeléctricas hasta confirmarlas por otros medios. La confirmación llegó en 1965, cuando se enviaron señales de radar a la superficie de Mercurio. El estudio del eco devuelto por el planeta permitió definir su estado de rotación, y el resultado fue sorprendente: Mercurio tarda en rotar alrededor de su eje un total de 58 días, 15 horas y 30 minutos. Lo curioso de esta cifra es que coincide exactamente con las dos terceras partes del periodo de traslación de Mercurio alrededor del Sol: 87 días, 23 horas y 15 minutos. Este resultado implica un acoplamiento extraño entre rotación y órbita: por cada dos vueltas alrededor del Sol, Mercurio rota tres veces en torno a su eje. Los astrónomos estaban preparados para una rotación capturada (equivalencia 1:1 entre rotación y traslación), o para una rotación totalmente libre, pero nadie había predicho la situación real (equivalencia 3:2). Los cálculos realizados a posteriori demuestran que el comportamiento de Mercurio es estable para un planeta situado en una órbita como la suya y que, efectivamente, la correspondencia exacta 3:2 entre los periodos responde a la acción gravitatoria del Sol. En 1974, la sonda espacial estadounidense Mariner 10 se situó como un planeta artificial en órbita en torno al Sol. Su trayectoria estaba calculada para permitir repetidos acercamientos a Mercurio en varias órbitas del aparato alrededor del Sol. Con este fin, el periodo orbital de la sonda se ajustó cuidadosamente para que coincidiera con el doble del periodo del planeta. Durante los tres primeros encuentros, Mariner 10 envió fotografías y otros datos científicos sobre Mercurio. Como coincidía con el planeta cada dos vueltas de éste alrededor del Sol, Mercurio había tenido tiempo de completar en ese tiempo tres rotaciones exactas y, en consecuencia, Mariner 10 solamente fue capaz de explorar un hemisferio del astro. El combustible que permitía estabilizar la sonda se agotó, como estaba previsto, tras el tercer encuentro. Desde entonces Mariner 10 y Mercurio acuden puntuales a su cita cada 176 días y en cada ocasión la sonda sobrevuela el mismo lado del planeta, pero las cámaras de la nave, ya inerte, no envían información. No ha habido más misiones a Mercurio desde entonces. A pesar de que la rotación de Mercurio no es, en rigor, capturada, y por tanto es posible explorar la totalidad de su globo, este planeta sigue teniendo una «cara oculta» por descubrir. La Agencia Espacial Europea cuenta entre sus planes con el envío de una sonda que entraría en órbita alrededor de Mercurio y permitiría cartografiar por fin este planeta al completo. Las fuerzas de marea del Sol han sido capaces de doblegar el giro de Mercurio y conducirlo al extraño comportamiento descrito en los párrafos anteriores. ¿Ha ocurrido lo mismo con el siguiente planeta en orden de distancia a la estrella, Venus? El periodo de rotación de Venus ha constituido uno de los misterios más profundos de la historia de la astronomía planetaria. Debido a la densa capa de nubes blancas que cubre Venus de forma permanente, las observaciones directas de su superficie son del todo imposibles. Las especulaciones sobre la rotación venusiana se sucedieron con los siglos y sólo en 1962 se descubrió la verdad. Como en el caso de Mercurio, el éxito se debió al empleo del radar. Las ondas radioeléctricas no son absorbidas por las nubes de Venus, por lo que fue posible cartografiar la superficie sólida del planeta vecino en las épocas de mayor cercanía entre éste y la Tierra. Los científicos volvieron a quedar boquiabiertos: nadie estaba preparado para el descubrimiento de que Venus gira sobre su eje no de oeste a este (como la Tierra), sino de este a oeste. Aparte de girar «al revés» (en sentido retrógrado), Venus lo hace con una lentitud sin igual en todo el Sistema Solar: invierte nada menos que 243 días y 14 minutos en completar cada vuelta. Pero las sorpresas no acaban ahí. En sucesivas aproximaciones de Venus y la Tierra, los astrónomos comprobaron que, cuando pasa entre la Tierra y el Sol, Venus muestra siempre la misma cara a nuestro planeta. Parece haber un acoplamiento casi perfecto entre los movimientos orbitales de ambos planetas y la rotación de Venus. De hecho, si Venus tardara tan sólo un 0,06% más en rotar en torno a su eje, la coincidencia sería perfecta. ¿Hay un vínculo causal entre el influjo gravitatorio de la Tierra y la rotación de Venus? La respuesta no está clara. Si el acoplamiento fuera exacto no habría lugar a dudas. A1 no serlo, es necesario introducir argumentos adicionales en la discusión para decidir. Los modelos teóricos no son lo bastante finos como para aclarar si las fuerzas de marea que la Tierra ejerce sobre Venus son capaces de alterar el giro de un astro tan grande (Venus y la Tierra son casi iguales en tamaño y masa). Si existe una relación, entonces la rotación de Venus debería continuar frenándose con el paso de los siglos y tender al periodo de 243 días y 4 horas que harían perfecto el acoplamiento, pero el ritmo de cambio podría ser tan lento que pasara inadvertido. Medidas de extrema precisión de posibles cambios en la rotación de Venus a lo largo de enormes periodos de tiempo permitirán determinar si este frenado paulatino de la rotación venusiana está teniendo lugar o no. Nuestros antepasados contemplaban el flujo y reflujo de los océanos y el rostro invariable de la Luna sin sospechar la relación tan estrecha que existe entre ambos fenómenos: los ciclos de pleamar y bajamar por un lado y, por otro, el hecho de que la Luna tenga siempre el mismo aspecto al observarla desde la Tierra, son dos caras de una misma realidad, el juego de la gravitación universal con los cuerpos del Sistema Solar. La astronomía moderna y la exploración espacial han puesto al descubierto la pluralidad de resultados de ese juego. Tercera parte: El cielo estrellado 11 - Sancho y la Bocina (Cómo leer la hora en las estrellas) […] que a lo que a mí me muestra la ciencia que aprendí cuando era pastor, no debe de haber desde aquí al alba tres horas: porque la boca de la bocina está encima de la cabeza, y hace la media noche en la línea del brazo izquierdo. MIGUEL DE CERVANTES, Don Quijote (I, cap. 20)

Antaño, la gente de campo sabía leer la hora en el cielo. Este arte se ha ido perdiendo, pues los relojes de pulsera lo han hecho prescindible. Hogaño, recordar y aplicar esta tradición, aunque sea sólo como curiosidad, está al alcance de cualquiera: los métodos para leer el reloj del cielo pueden resumirse en unas pocas reglas. Todo el mundo sabe estimar la hora diurna observando la posición del Sol. Es algo que hacemos incluso de manera inconsciente y, aun no siendo un método muy preciso, podemos apreciarla con un error de una o dos horas. De noche, sin embargo, la desorientación temporal suele ser total. Incluso un método tan tosco como la observación del Sol en pleno día sería bienvenido. Imaginémonos durmiendo sin reloj en el campo. En caso de despertar en mitad de la noche, ¿habría alguna manera de saber aproximadamente qué hora es? Así es: existen varios métodos para estimar la hora en la noche. El primero de ellos, al que llamaremos el reloj estacional, se basa en el conocimiento del cielo. A medida que pasan los meses, el aspecto del firmamento nocturno va cambiando. A una hora determinada y según la estación, se hacen visibles unas constelaciones u otras. Si es octubre y Orión brilla muy alto, entonces seguro que es muy tarde. Si Pegaso está saliendo y el mes es julio, hace muy poco que empezó la noche. De este modo, un buen conocimiento de las constelaciones y los ciclos del firmamento permite saber con cierta aproximación la hora sin ver el Sol. El reloj estacional no es muy exacto y requiere una larga experiencia de observación a simple vista. Hay otros métodos a disposición de quienes no conocen las constelaciones con detalle. El más simple, al que llamaremos el reloj lunar, se basa en nuestra querida Luna. Como se explicaba en el capítulo «La Luna de enero», hay una relación entre la fase de la Luna y las horas a las que nuestro satélite sale y se pone. El caso más sencillo es el de la Luna llena. La Luna llena se comporta en varios sentidos como un anti-Sol. Sale al atardecer, culmina a medianoche y se esconde al amanecer. Por eso se puede emplear para estimar la hora de noche igual que lo hacemos con el Sol de día. Cuanto más llena sea la fase, mejor resultado da este método. De hecho, en noches de plenilunio perfecto, incluso se puede leer la hora correcta en los relojes de Sol usando la sombra arrojada por la Luna. Cuando la fase no es llena la estimación de la hora a partir de nuestro satélite no es tan inmediata pero, aun así, da buen resultado. Sabemos que la Luna creciente, antes del cuarto, sólo es visible en la primera mitad de la noche. Cuanto más delgado es el creciente, antes se pone. Una Luna creciente delgada hacia poniente indica que la noche acaba de empezar. Si la fase es exactamente de cuarto, la puesta ocurre hacia la medianoche. A medida que la Luna crece, la hora de su puesta se va retrasando, hasta que en fase llena se retarda hasta el amanecer. La Luna menguante es observable sólo de madrugada. Cuanto más delgado es su perfil, más tarde asoma por levante. Una Luna menguante y fina colgada sobre el horizonte oriental anuncia que viene la aurora. El reloj lunar, como vemos (salvo en plenilunio), sirve de un modo cualitativo y poco exacto. Además, requiere que la Luna esté sobre el horizonte. Pero queda aún el método tradicional más sorprendente y preciso para la medida del tiempo en la noche: el reloj estelar. Esta manera de leer la hora en el cielo, aplicable en cualquier noche despejada, se conoce en España desde hace siglos: su uso está documentado como mínimo desde el siglo XV y sin duda es anterior. Se hallan indicaciones del mismo en el diario de a bordo de Cristóbal Colón (fecha 30 de septiembre de 1492), y el navegante español Martín Cortés Albácar lo describe en detalle en su Breve compendio de la esfera y del arte de navegar (1551). El mismo Cervantes incluye referencias a él en sus obras Los trabajos de Persiles y Sigismunda (1617) y en la primera parte de Don Quijote (1606), en uno de cuyos pasajes Sancho finge emplearlo para convencer a su amo de no acometer la temible aventura de los batanes hasta la llegada del alba, pues en el cielo se lee que está cerca. Las descripciones tradicionales del reloj estelar son algo enrevesadas y se restringen al uso de la constelación de la Osa Menor, también llamada La Bocina antiguamente en España. Aquí daremos una explicación más concisa, clara y exacta, basada en la traducción de los meses del año a números con los que hacer cálculos mentales simples. A la vez, generalizaremos el método para hacerlo aplicable a otros asterismos, no sólo a la Osa Menor, para facilitar su uso también en el hemisferio austral empleando, por ejemplo, la Cruz del Sur. El reloj estelar se basa en que, debido a la rotación de la Tierra, el firmamento parece girar sobre sí mismo una vuelta entera cada día15. Elegida una estrella de referencia, a la que llamaremos estrella horologial, su posición a lo largo de la noche indicará la hora solar local si se sabe en qué época del año se hace la observación. Recurriremos al ejemplo clásico, la Osa Menor, para explicar el método general. Luego lo extenderemos a otras constelaciones de los hemisferios norte y sur. La Osa Menor no es una constelación especialmente destacada. Su figura principal la forman siete estrellas que sólo se perciben bien bajo un cielo oscuro y con vista aguda. El astro más brillante de la Osa Menor es la Estrella Polar. Para encontrar la Polar es conveniente usar como referencia otra constelación cercana, la Osa Mayor. El asterismo principal de la Osa Mayor consta de siete estrellas bastante brillantes y parecidas entre sí. Cuatro de ellas forman un trapecio irregular. De una de las esquinas del trapecio arranca la cola de la Osa, formada por tres estrellas más. Este asterismo se conoce también como El Carro: el trapecio forma la caja del carro, mientras que la cola es la lanza a la que se uncirían las bestias para tirar de él. Las dos estrellas del trapecio más alejadas de la cola se llaman Dubhe (α Ursae Majoris) y Merak (β Ursae Majoris). Prolongando la línea que va de Merak a Dubhe unas cinco veces su longitud (véase figura 11.1), vamos a dar en las cercanías de la Estrella Polar (α Ursae Minoris), más débil y bastante aislada.

Figura 11.1: Localización de la Estrella Polar y la Osa Menor a partir de la Osa Mayor.

La Polar ocupa en la Osa Menor el lugar que en la Osa Mayor corresponde a la punta de la cola, la cual completan en la Menor dos estrellas más. El asterismo se remata con un trapecio más regular que el de la Mayor. Del trapecio, las dos estrellas más alejadas de la Polar son también las más brillantes y reciben tradicionalmente el nombre de Las Guardas. La Guarda más débil es γ Ursae Minoris y la más brillante se llama Kochab (β Ursae Minoris). Kochab ha sido tradicionalmente la estrella horologial por antonomasia. La Estrella Polar está en la actualidad y por casualidad muy cerca de la posición del polo norte celeste. El primer paso para la lectura del reloj consiste en imaginárselo allí arriba, centrado en el polo celeste (Estrella Polar). Pero este reloj (figura 11.2) es algo especial. Para empezar, está graduado no en 12, sino en 24 horas. Además, las horas en él avanzan en sentido levógiro, contrario al de los relojes mecánicos normales. Así, arriba, en la vertical que desde el suelo pasa por la Polar, tenemos las 24 horas. A la izquierda las 6, abajo las 12 y a la derecha las 18.

Figura 11.1: Localización de la Estrella Polar y la Osa Menor a partir de la Osa Mayor. En el segundo paso hay que visualizar una gran aguja que parte de la Polar y va hasta la estrella horologial (en nuestro caso Kochab, aunque dará resultados algo mejores trazarla hasta el punto medio del segmento que une Kochab y γ Ursáe Minoris). Es importante estimar con la mayor finura posible la hora que indica esta aguja imaginaria. En el ejemplo de la figura 11.2, la estrella horologial marca las 9. El tercer y último paso consiste en hacer un par de cálculos mentales: sumar 33 a la hora leída, y al resultado restar el número de la quincena del año en que se hace la observación. Si suponemos que es alrededor del 20 de agosto, la quincena en curso es la 16. Así pues, 9+33-16=26, y ésa debería ser la hora. Pero la hora no puede pasar de 24, así que reduzcamos esa cantidad restando 24 y el resultado, las dos de la madrugada, es la hora solar local. Nada impide usar otras estrellas como horologiales, pero entonces la cantidad que hay que sumar a la hora leída directamente en el cielo ya no es 33, sino otra que depende del astro de referencia elegido. A esta cantidad la llamaremos número de ajuste. Si tomamos como estrella horologial Dubhe o Merak (que antes nos ayudaron a localizar la Polar), entonces el número de ajuste no es 33, sino 29. En la figura 11.2, Dubhe marca las 13 horas. Sumando 29 y restando el número de la quincena en curso (supongamos otra vez que es 16), volvemos a obtener 26, que reducido al intervalo 0-24 da, como era de esperar, las dos de la madrugada. Si elegimos como horologial Caph (o Cassiopeiae), el número de ajuste es 42, y si empleamos El Nath (β Aurigae), 24. El método descrito puede aplicarse al hemisferio austral, pero hay varios problemas para ello. El primero es la ausencia de una estrella brillante que mar que el polo sur celeste, lo que dificulta visualizar el reloj estelar centrado en ese punto. El segundo es que la región que rodea el polo sur celeste (figura 11.1) es pobre: faltan candidatas a estrella horologial y las mejores de ellas hacen que el número de ajuste no sea un entero.

Figura 11.3: Localización de la Estrella del Sur, Ácrux.

Figura 11. 4: El reloj estelar austral.

Si la noche es lo bastante oscura, con algo de práctica puede localizarse la débil estrella Sigma del Octante (σ Octantis), muy cercana al polo sur celeste. Busquémosla casi en el centro de la línea que une la pareja α-β Muscae con β Hydri (unos cinco grados más cerca de esta última). Allí debemos centrar el reloj austral. Pero este reloj es distinto al del norte: Para los observadores meridionales, el giro del cielo alrededor del polo celeste es dextrógiro, por lo que el reloj celeste está dividido en 24 intervalos ordenados en el mismo sentido que los relojes normales (figura 11.4). Arriba están las 24 horas, a la derecha las 6, abajo las 12 y a la izquierda las 18. Como estrella horologial resulta conveniente usar la brillante Ácrux (α Crucis). Ácrux es la estrella más brillante de la constelación de la Cruz del Sur, muy fácil de reconocer. Además, el travesaño mayor de la Cruz, formado por las estrellas Gágrux (γ Crucis) y Ácrux, tomado en este sentido, apunta casi directamente al polo sur celeste, lo que facilita la lectura del reloj estelar incluso si no tenemos bien ubicado su centro. El procedimiento es análogo al explicado para el norte. Después de visualizar el reloj estelar hay que leer la hora indicada por la estrella horologial. En la figura 11.4, Ácrux señala 11,5 (las once y media). A la hora leída hay que sumar 30,5 (número de ajuste para Ácrux) y restar el número de la quincena en la que se observa. Si seguimos alrededor del 20 de agosto, la quincena es otra vez 16 y el resultado de efectuar las operaciones mentalmente vuelve a ser 26, que reducido al intervalo 0-24 da las dos de la madrugada. Si se usa Hadar (β Centauri) como horologial, el número de ajuste es 32. Para (β Hydri, 42,5. Si se opta por β Carinae, 27. Finalmente, si se emplea como horologial la brillante Achernar (α Eridani), hay que sumar el número de ajuste 43,5 a la hora obtenida del cielo. El resultado del proceso puede mejorar si se consideran fracciones de quincena. Afinar a la media quincena proporciona una precisión de media hora o mejor. El número de quincena tiene un valor entero exacto en las fechas 7 y 22 de cada mes. Por ejemplo, si observamos el día 1 de enero, es preferible considerar que la quincena es 0,5 en vez de 1 (falta todavía una semana para alcanzar el centro de la quincena 1). Para el 15 de mayo la quincena es 9,5, etcétera. Hay que insistir en que la hora medida con el reloj estelar es la hora solar local. En tiempos de Cervantes y aun hasta principios del siglo XX, la hora solar local era la vigente en cada población. Sin embargo, hoy día tenemos los relojes sincronizados en amplias zonas geográficas, llamadas husos horarios. En cada huso horario se ha elegido un meridiano de referencia, de manera que todas las poblaciones adoptan como hora oficial la hora solar de ese meridiano. Así, nuestros relojes no marcan la hora solar del lugar donde vivimos, a no ser que habitemos justo en el meridiano de referencia de nuestro huso. Por ejemplo, en España rige como hora oficial la hora solar del meridiano de Europa Central, cuya longitud geográfica es de 15 grados este. Sin embargo, la España continental yace casi por entero entre las longitudes de 0 grados y 10 grados oeste. Como cada grado de diferencia implica un desfase de hora solar de cuatro minutos, el reloj estelar aplicado en la España peninsular va siempre por detrás de la hora oficial. El retardo va desde más de hora y media en Galicia hasta una hora en Levante, pasando por una hora y veinte minutos en el meridiano del País Vasco y Málaga. Para convertir la hora solar local dada por el reloj estelar en la hora oficial que indican los relojes es necesario, pues, saber la diferencia de longitud entre el meridiano local y el meridiano de referencia del huso horario. Si esto parece complicado, siempre queda el recurso de estimar esta corrección de manera empírica: aplicando el reloj estelar repetidas veces y comparando el resultado con un reloj de pulsera, se puede comprobar cuál es su desfase sistemático con la hora oficial. Una vez determinada esta diferencia, que será constante, es fácil descontarla en todas las observaciones. Con el reloj estelar calibrado, saber la hora oficial en cualquier noche despejada del año estará a nuestro alcance.

SÍNTESIS DEL MÉTODO Los pasos que hay que seguir para leer la ¡hora en el cielo son los siguientes: 1) Elegir la estrella horologial (aconsejamos Kochab para el hemisferio norte y Ácrux para el hemisferio sur. 2) Leer la hora indicada por la estrella horologial en el reloj celeste imaginario. 3) Sumar a la hora leída el número de ajuste que corresponda a la estrella empleada (33 para Kochab, 30,5 para Ácrux), 4) Restar al resultado el número de la quincena en curso. De los pasos anteriores se obtiene la hora solar local. Si se desea estimar la hora oficial habrá que aplicar una corrección (véase texto). SI NO TE ASUSTAN LAS FÓRMULAS El método del reloj estelar tiene un fundamento científico riguroso que puede traducirse en fórmulas. Los lectores algo familiarizados con las coordenadas celestes (ascensión recta y declinación) y con la medida del tiempo en astronomía (hora solar y hora sidérea) encontrarán aquí la información necesaria para emplear cualquier estrella del cielo como horologial. La expresión matemática general del método del reloj estelar es: T = H + α – S Donde T es la hora solar local media, H es la hora marcada en el cielo por la estrella horologial (estrictamente hablando se trata del ángulo horario de la estrella), α es la ascensión recta de la estrella horologial, y S representa la hora sidérea actual en los lugares del mundo donde son las cero horas en tiempo solar medio. De esas cantidades, H se lee directamente en el cielo, y la ascensión recta de la estrella elegida como horologial puede consultarse en los catálogos. Pero S es un número que varía continuamente. La clave del éxito al aplicar el reloj estelar está en hacer una buena estimación de S. Un número muy parecido a S, e incluso equivalente a él para todos los efectos en el tema que estamos tratando, aparece tabulado en los anuarios astronómicos. Se llama «tiempo sidéreo en Greenwich a las cero horas TU» y suele representarse con el símbolo θ. Pero no querríamos sustituir los relojes por la consulta de un anuario, sino disponer de algún modo para saber aproximadamente el valor de S. Por suerte, ocurre que es verdad con una buena aproximación (de minutos) que S = Q + s horas donde Q es el número de la quincena en que se observa. Esto significa que la hora sidérea a las 0 horas solares locales hacia la mitad de la primera quincena de enero (alrededor del 6 de enero) es muy aproximadamente 7 horas, y que esta cantidad crece a razón de una hora cada dos semanas. Que esto es cierto todo el año puede comprobarse consultando las tablas de θ en los anuarios. Incorporando esta información, la expresión general queda en: T = H + (α – 6) – Q que para evitar números negativos puede reducirse (sumando 24 horas) a la expresión definitiva: T = H + (α + 19) – Q La cantidad entre paréntesis, la ascensión recta de la estrella horologial más 18 horas, es el número que hay que sumar a la hora marcada por la estrella en el reloj celeste, esto es, el número de ajuste. Volviendo al ejemplo de la estrella Kochab, como su ascensión recta es de unas 15 horas, el ajuste será de 33 horas. 12 Estrellas verdes (Los colores de las estrellas) Verde como el trigo verde y el verde, verde limón. RAFAEL DE LEÓN, Ojos verdes

Hay razones para desconcertarse cuando los astrónomos tratan de colores. Hablan sin pudor de «supergigantes rojas», «gigantes azules», «enanas blancas»... y, sin embargo, las estrellas están ahí y casi todo el mundo las ve de color blanco. ¿Qué hay de cierto en los colores de la astronomía? Por otro lado, oímos hablar de astros de todos los colores excepto el verde. ¿No hay estrellas verdes? En cualquier libro de astronomía moderna, al llegar al capítulo dedicado a las estrellas, las referencias continuas a los colores están aseguradas. Los astrónomos acostumbran a hablar de los colores siguientes: azul, blanco, amarillo, anaranjado y rojo. Esta clasificación de las estrellas está en contradicción con la experiencia visual directa y, sobre todo, con las opiniones de la gente de la calle. Si preguntamos a cualquiera de qué color cree que son las estrellas, pocas personas darán una respuesta distinta a «blancas, naturalmente». ¿Son los colores de las estrellas un invento de los astrónomos? ¿Es que la gente de la calle no se ha fijado bien en lo que tiene a la vista? En cierto sentido, la respuesta a las dos preguntas podría ser sí, pero la verdadera razón de que las descripciones de los libros de ciencia no se correspondan con lo que percibimos es que, al igual que en otros campos del conocimiento, los expertos emplean las palabras con un significado diferente al que les da la mayoría de los hablantes. Como acabamos de decir, es verdad que buena parte de la gente no se ha fijado bien en las estrellas y sus colores, porque en realidad, aunque la mayoría de las estrellas visibles aparecen blancas, cierta cantidad de ellas sí presenta tonalidades ligeramente coloreadas fáciles de percibir. Esto es especialmente válido para algunos astros muy brillantes de tonos anaranjados o amarillentos. El color naranja de estrellas como Antares, Aldebarán o Betelgueuse se aprecia sin problemas, sobre todo si comparamos su aspecto con estrellas manifiestamente blancas (o incluso un poco azuladas) y brillantes. Comparemos Antares con Vega, o Aldebarán y Betelgueuse con Rigel o Sirio. Una observación cuidadosa muestra tonos anaranjados o amarillentos en otros astros brillantes. Pero esto es casi todo lo que podemos percibir a simple vista: entre las estrellas brillantes, algunas son algo azuladas, mientras que otras tienden sin duda al anaranjado. De ahí a los inequívocos rojos, amarillos y azules de los libros hay un abismo. Los científicos no se han inventado sus colores, pero sí el uso convencional que hacen de las palabras. En astronomía, el color no es una sensación o una percepción, sino una magnitud física cuantificable y medible. El proceso de medida requiere tomar la luz integral que proviene de una estrella y dispersarla en todos sus constituyentes: descomponer la luz en su espectro. La luz integral contiene todos los colores mezclados, pero hay estrellas que emiten con más intensidad en unas zonas del espectro, y estrellas que lo hacen en otras. El astrónomo, para medir el color, toma la energía emitida por la estrella en una parte del espectro (por ejemplo, en la correspondiente a los tonos azules) y la compara con la energía correspondiente a otra zona (por ejemplo, la de los tonos verdes). El resultado de la comparación es un número, una cantidad medible con la que se pueden hacer cálculos16. Este número, llamado índice de color o, sencillamente, color, puede tomar valores entre -0,5 y +2. Las estrellas de color menor, más negativo, emiten la mayor parte de su luz en las zonas del espectro correspondientes a los tonos azules. Las estrellas de colores más positivos emiten más luz roja. Este sistema numérico permite distinguir con sutileza los detalles del espectro de la luz estelar y, por tanto, separar los astros en grupos según criterios cuantitativos. Si el color está entre -0,5 y 0, las estrellas se denominan azules. Entre 0 y 0,5 blancas. Amarillas entre 0,5 y 0,8. Anaranjadas entre 0,8 y 1,1, y, finalmente, rojas si el color es mayor que 1,1. Es muy interesante que el color astronómico se relaciona directamente con la temperatura superficial de las estrellas. Desde los más de 20.000 grados de las estrellas más azules hasta los escasos 3.000 grados de las más rojas. El Sol, de color 0,62, es una estrella amarillenta con unos 6.000 grados de temperatura en su superficie. Sirio, la estrella más brillante del cielo, tiene color cero y, por tanto, 9.700 grados de temperatura. Por cierto, el color de Sirio ha sido objeto de polémica en varias ocasiones a lo largo de la historia: alguien ha sugerido, basándose en ciertos textos clásicos, que pudo ser de color rojo en la antigüedad. Esta cuestión parece hoy día resuelta (véase artículo de Ceragioli en la bibliografía) y no hay de qué preocuparse: Sirio ha sido de color blanco, tal y como la vemos ahora. No deja de ser curioso que la relación física entre color y temperatura resulte inversa a la impresión subjetiva de la mayoría de las personas: tendemos a relacionar lo rojo o anaranjado con el calor, y lo blanco o azul con el frío, pero desde un punto de vista astrofísico, el grifo del agua caliente debería marcarse con un punto azul, y el de la fría con uno rojo. Cuidado con este detalle si se visita la casa de un astrónomo. ¿Cuál es la traducción perceptual de la definición científica astronómica de color? Es de esperar que los colores definidos por los astrónomos tengan algo que ver con esas tonalidades que percibimos a simple vista. En efecto así es, pero la fisiología y la psicología de la percepción interactúan de una manera compleja y la relación, entre color astronómico y visión resulta ser sutil y variada. La retina humana tiene dos tipos de células sensibles a la luz, los conos y los bastones. Los conos son los responsables de la visión diurna17: son sensibles a niveles elevados de radiación y distinguen el color de la luz que captan. Cuando la luz incidente es muy escasa, su percepción empieza a ser asumida por las otras células de la retina, los bastones, que responden a niveles de iluminación bajos, pero lo hacen sin distinguir el color de la radiación. Por eso por la noche tenemos dificultades para ver el color de los objetos y «todos los gatos son pardos». Y no sólo los gatos, sino también las estrellas. La primera razón por la que las estrellas parecen casi carentes de color es que las percibimos sobre todo con los bastones18, ciegos al color. Sólo los astros más brillantes nos hacen llegar una cantidad de luz suficiente como para que los conos empiecen a funcionar. Las estrellas de primera magnitud19 muestran sus colores sin demasiada dificultad, pero las débiles, por muy rojas o muy azuladas que sean, siempre parecen blancas. Pero incluso las estrellas más brillantes presentan colores muy sutiles. Hay varias razones que lo explican. Una de ellas es la limitación intrínseca de la vista humana para percibir el color de objetos pequeños. Nadie tiene dificultad para ver que el cielo diurno es azul, pero si tomamos una cartulina negra y practicamos un agujero pequeño en ella, el puntito de cielo que se ve a su través parece blanco. Basta ampliar el agujero para que el trozo de cielo que contiene recupere su color habitual. Ésta es la situación cuando observamos estrellas, y por eso suele ir bien, para mejorar la percepción del color, desenfocar un poco la vista de manera que en vez de parecer puntos parezcan pequeños discos luminosos. Este efecto también está presente en la fotografía astronómica: los colores de las estrellas suelen quedar mejor registrados en fotos ligeramente desenfocadas que en tomas nítidas, especialmente si se trata de astros muy luminosos. Otra razón que dificulta la percepción del color en las estrellas es el problema del blanco de referencia. El cerebro adapta su manera de percibir los colores a la tonalidad dominante en el entorno, y así se consigue una notable constancia de la percepción del color, incluso con cambios de luz ambiente importantes. Por ejemplo, al usar unas gafas de sol, que suelen ser de tonos marrones o verdes, nuestra percepción cromática se ve afectada, pero menos de lo que sería objetivamente esperable. Lo mismo ocurre cuando cambiamos de una iluminación natural a otra de interior. La mayoría de las luces en nuestros hogares son marcadamente rojas, y los tubos fluorescentes dan una luz verdosa, pero solemos no darnos cuenta de ello gracias a la capacidad de adaptación del sistema perceptual, que procesa como blanco la tonalidad dominante. Un ejemplo extremo y sorprendente de ello lo tenemos en nuestra querida Luna. La Luna, como bien sabemos, no emite luz propia, sino que se limita a reflejar la que recibe del Sol. La superficie de la Luna es de un gris muy oscuro, que refleja una parte pequeña de la radiación que recibe, pero lo hace casi sin alterar su color o, en todo caso, lo enrojece un poco (del 0,62 original pasa a 0,91). Si nuestro sistema perceptual no compensara la tonalidad promedio para ajustarla a un nivel subjetivo de blanco, el disco de la Luna debería parecernos más amarillo que el del Sol. La luz ambiente en las noches de Luna llena nos parece blanca en parte debido al fenómeno del ajuste subjetivo del blanco al tono promedio, y en parte porque su intensidad es casi medio millón de veces menor que la de la luz del día. Cuando contemplamos las estrellas, casi no hay referencias de tonalidad dominante en el entorno, y por eso tendemos a asimilar la coloración del objeto que observamos al blanco. Si no es noche cerrada y el cielo tiene aún cierto brillo, entonces las condiciones son mejores para percibir el color de las estrellas rojas más brillantes, porque el cielo permite construir una referencia de tonalidad subjetiva separada del color de los astros que vemos. También se entiende que para captar mejor los leves tonos cromáticos de las estrellas convenga comparar unas con otras: a falta de una referencia de color subjetiva, alternar rápidamente la vista entre Rigel y Betelgueuse ayuda a percibir que son distintas. Un ejemplo práctico que ilustra todos estos efectos lo proporciona la estrella Albireo, β del Cisne. Esta estrella, de segunda magnitud, tiene un color de 1,13 y los astrónomos la clasifican, por tanto, entre anaranjada y roja. Sin embargo, las estrellas de segunda magnitud empiezan a ser demasiado débiles como para que sus tonalidades puedan ser captadas por los conos, y a simple vista se percibe, igual que el resto de estrellas de segunda magnitud, de color blanco. Si apuntamos a esta estrella con un telescopio, empiezan las sorpresas. En primer lugar veremos que es una estrella doble: junto a la componente principal aparece, claramente separada, una estrella secundaria. Mientras que la principal tiene un color de 1,13, la secundaria lo tiene de -0,1 y es, por ello, un astro azul. Es posible que un primer vistazo al telescopio ya permita distinguir los dos colores, en parte debido a que a través del instrumento se capta más luz y los conos empiezan a funcionar, y en parte también porque en el caso particular de Albireo, la ausencia de una referencia de blanco subjetivo se suple por el contraste intrínseco entre las dos componentes del par. Pero aún puede mejorarse la percepción del color si se desenfoca ligeramente el telescopio, de manera que las dos estrellas dejen de aparecer como fuentes puntuales. Entonces se convierten en dos disquitos de tamaños iguales, pero colores claramente distintos. Albireo es una estrella muy fácil de localizar: es el pie de la conocida figura en forma de cruz de la constelación del Cisne, en plena Vía Láctea. Es visible en el verano boreal, invierno para los observadores del hemisferio sur. Los efectos del contraste cromático pueden ser sorprendentes, como muy bien saben los aficionados a la observación de estrellas binarias. Muchos pares de estrellas son famosos (como Albireo) por sus combinaciones de colores, a veces descritas en términos más poéticos que científicos. Hay que tomar con mucha precaución estas descripciones: más que la física de las estrellas, en ellas pesan los efectos sicológicos subjetivos provocados por el contraste. Junto a los efectos de contraste, en el caso de las estrellas binarias es importante la influencia cultural y la formación previa. Tengamos presente que en algunas culturas no existen palabras separadas para azul y verde, lo cual dificulta a sus miembros la distinción de estos colores. También se han comprobado experimentalmente los efectos de las connotaciones emocionales: en occidente, tendemos a ver más roja una cartulina naranja si está recortada en forma de corazón que si lo está en forma de cuadrado. Y, por supuesto, está el peso de la autoridad: tratándose de tonos tan sutiles como los de las estrellas, los observadores con frecuencia se sienten movidos subconscientemente a percibir los colores que los catálogos y libros dicen que tienen las estrellas. No terminan aquí las paradojas de la percepción del color en la observación astronómica. Cuando el nivel de iluminación es tal que los bastones dominan la percepción pero los conos todavía participan marginalmente, entonces los colores captados son algo caóticos, difíciles de predecir e incluso de describir por el propio observador. Ocurre que a medida que baja la iluminación y los conos van perdiendo su sensibilidad, la sensación de azul es la primera en desaparecer, seguida de la de rojo y, finalmente, la de verde. Ello explica que algunos observadores afirmen percibir tonos verdosos en algunas estrellas de segunda magnitud que, por su color astronómico, aparecerían como blancas o azuladas si fueran más brillantes. Volveremos a las estrellas verdes más adelante. Las nebulosas son cuerpos celestes con un brillo superficial muy bajo, por lo que cabe esperar que su tonalidad esté dominada por la acción de los conos y, por tanto, parezcan grises, sin color. Sin embargo, se trata de objetos extensos, y ya hemos comentado que en objetos extensos la percepción del color es más sencilla que en los puntuales. La mayoría de las nebulosas yacen por debajo de la frontera de la sensibilidad de los conos de la retina, pero no pocos observadores afirman percibir en ellas una coloración verdosa. Es una ilusión provocada por los conos actuando en el umbral de su capacidad de respuesta. Si pudiéramos de algún modo intensificar la luz de las nebulosas, veríamos que la mayoría son de colores rojizos o rosados, aunque es difícil emitir hipótesis al respecto, porque se trata de algo que nadie ha visto nunca: los telescopios permiten ampliar el tamaño aparente y mejorar la definición de las nebulosas, pero no incrementar su brillo superficial. Lo que sabemos sobre su color se lo debemos a la fotografía, y la película fotográfica tiene una respuesta al color diferente a la del ojo humano. En muchos libros y revistas vemos fotografías en color de multitud de objetos celestes. Además, muchos aficionados toman sus propias vistas del cielo con películas en color. ¿Qué puede decirse de los colores captados de esta manera? En general, las películas fotográficas en color se han desarrollado para reproducir la visión humana. De todos modos, las tendencias comerciales y las preferencias de los compradores han inducido a los fabricantes a ofrecer películas que dan colores bastante más vivos (más saturados) que los que percibimos directamente con nuestros ojos. La conclusión es que al hacer fotos del cielo, los colores de las estrellas siempre aparecen mejor contrastados que observándolos a simple vista. Otro asunto son las fotografías científicas modernas, como las captadas con el telescopio espacial o con las sondas interplanetarias. En estos casos no se trata de imágenes obtenidas y reproducidas para copiar la percepción humana, sino para extraer el máximo de información. En el caso del telescopio espacial, las fotos multicolor que circulan son, cromáticamente, pura ficción, en el sentido de que tienen poco que ver con lo que percibiría un ojo humano. Son imágenes sin duda muy atractivas desde muchos puntos de vista, pero nada realistas en cuanto al color. Algo parecido ocurre con las fotografías del sistema solar que llenan muchos libros. Un caso claro es Júpiter: cualquiera puede tomar un telescopio y comprobar cuál es su verdadero color, pero las imágenes de las sondas Voyager y Galileo presentan espectáculos multicolor que esta vez sí tienen un remoto parecido con lo que podríamos ver estando allí, pero deben tomarse como aproximaciones groseras a nuestra percepción humana. No es frecuente publicar análisis colorimétricos de las imágenes de las sondas espaciales, que incluyan estimaciones razonables de cómo veríamos esos objetos desde cerca. ¿Es Ío tan rojo como lo pintan? ¿De qué color son de verdad los asteroides Ida y Gaspra? La conclusión más importante que podemos extraer es que la visión humana, incluso con todas sus limitaciones, nos permite estimar de un modo aproximado las temperaturas de algunas estrellas brillantes con sólo apreciar su tonalidad (véase tabla 12.1). Si pudiéramos acercar todas las estrellas de manera que su brillo aparente fuera comparable al de las más brillantes, tendríamos a la vista el catálogo completo de colores y temperaturas estelares. Todas las estrellas emiten luz de todos los colores, pero el resultado perceptual depende por un lado de cuánta luz se produzca de cada color y por otro de la complicada respuesta de nuestro organismo. Estrellas muy calientes irradian mucha luz azul e incluso ultravioleta, pero la contribución de las otras zonas del espectro hace que la percepción que tenemos de ellas no sea azul, sino sólo blancoazulada. A medida que la temperatura estelar baja, la intensidad máxima se desplaza hacia el verde, pero cuando el máximo de emisión está ahí, en el verde, las contribuciones azul y roja de otras partes del espectro hacen que nuestro ojo perciba el total como blanco o amarillo, jamás verdoso. Estrellas más frías tienden al anaranjado. La situación se puede comparar con toda exactitud a lo que ocurre con los metales cuando se calientan en los hornos siderúrgicos: cuando el hierro está frío, casi no emite luz visible; al acercarse a 1.000 grados empieza a refulgir y decimos que «está al rojo», aunque en realidad su brillo es de un naranja macilento; luego, a 2.000 grados, el tono del metal empieza a ser amarillo, y a temperaturas superiores decimos que está «al rojo blanco». Si calentáramos el hierro hasta los 20.000 grados, lo cual no es necesario, veríamos que su blanco, purísimo, empieza a tomar tintes azulados. La comparación con el hierro fundido no es una simple analogía: en realidad, todos los cuerpos calentados emiten de una manera muy similar a como lo hacen las estrellas. Y al igual que el hierro nunca se pone «al verde», tampoco hay estrellas verdes en ningún rincón del universo. Sólo existen en el interior de las mentes de los astrónomos observacionales, cuando niveles bajos de luz o el efecto de contraste les hacen ver lo que no hay.

Denominación convencional Color Temperatura absoluta Azul -0,45 35.000 Azul -0,31 21.000 Azul -0,17 13.500 Azul 0,00 9.700 Blanca 0,16 8.100 Blanca 0,30 7.200 Blanca 0,45 6.500 Amarilla 0,57 6.000 Amarilla 0,70 5.400 Naranja 0,84 4.700 Naranja 1,11 4.000 Roja 1,39 3.300 Roja 1,61 2.600 TABLA 12.1. Relación color-temperatura. Colores de algunas estrellas: Bellátrix (-0,22), Régulo (-0,11), Sirio (0,00), Vega (0,00), Megrez (0,07), Altair (0,08), Sol (0,62), Aldebarán (1,54), Betelgueuse (1,85). 13 Terciopelo negro (El color del cielo nocturno y la infinitud del universo) Tan honda era la noche, la oscuridad tan densa [ ..] ROSALÍA DE CASTRO MURGUÍA, Santa Escolástica, VI Una, dos, tres estrellas, veinte, ciento, mil, un millón, millares de millares... DIEGO DE SILVA Y MENDOZA, Soneto

De noche el cielo es oscuro. Un hecho tan sencillo y tan obvio resulta estar cargado de implicaciones cuando lo interpreta la astronomía moderna. La negrura del cielo nocturno está relacionada íntimamente con la infinitud del espacio y del tiempo. ¡Claro que el cielo de la noche es negro! ¿Acaso podría ser de otro modo? La humanidad ha convivido con el azul celeste de los días y la oscuridad de las noches durante varios millones de años, y nunca ha sido necesario buscar una explicación para realidades tan inmensas y evidentes como el color del cielo... nunca hasta el siglo XVII. La interpretación más intuitiva de lo que se ve en el cielo incorpora la idea de que el firmamento es una esfera inmensa cuyo centro es la Tierra, y que gira como un objeto sólido que da una vuelta cada día. Esta descripción, con unos matices u otros, ha sido la aceptada casi siempre y en casi todas las culturas. En particular, en el occidente medieval europeo, la llamada esfera de las estrellas fijas se consideraba una superficie sólida real, verdadero límite del universo, una gran cáscara impenetrable y opaca de la que pendían las estrellas como faroles. En el contexto de la visión medieval del universo, cerrado, limitado y autocontenido, el fondo del cielo es un objeto que gira, una cosa con entidad física real. Su color es negro como las plantas son verdes o el suelo marrón: no tenía mucho sentido pensar más en ello. La revolución copernicana, a partir de mediados del siglo XVI, introdujo un cambio notable. La novedad más clara propuesta por Copérnico (1543) fue colocar el Sol en el centro del universo y poner la Tierra en movimiento como un planeta más. Pero este cambio de punto de vista implica que la esfera de las estrellas fijas, que en el modelo medieval tenía varios movimientos combinados, se convierte en un objeto totalmente estático. Copérnico, tal vez inconsciente de las posibilidades que ofrecía este hecho, mantuvo el concepto de esfera sólida para sostener las estrellas, todas ellas a la misma distancia del Sol. Pero si esta esfera pierde la función de arrastrar en su movimiento las estrellas que cuelgan de ella, ¿qué nos impide colocar las estrellas a distancias diferentes, tal vez sobre esferas fijas sucesivas? O, incluso, ¿por qué no prescindir de las esferas y considerar las estrellas inmóviles, pero separadas y distribuidas ocupando un espacio indeterminado? Digges (1576) fue el primero en incorporar la idea de un espacio ilimitado lleno de estrellas en su descripción del sistema copernicano. Giordano Bruno (quemado vivo por hereje en 1601) se atrevió a formular explícitamente la opinión de que el universo puede ser infinito. Ello combinado con la sorprendente idea, que Bruno defendía, de que las estrellas no son faroles, sino soles distantes, planteaba una visión del cosmos radicalmente distinta al restringido modelo medieval. El sistema de Copérnico no sólo retiraba la Tierra del centro del cosmos, sino que abría la puerta al infinito: infinidad de soles, algunos tal vez con planetas y algunos, quizá, habitados como el nuestro. Hacia finales del siglo XVII y comienzos del XVIII, la identificación de las estrellas con el Sol y su distribución a distancias muy variadas de nosotros eran aceptadas por todos los astrónomos. Pero estas ideas no encajaban con la nueva ley de la gravitación universal, o al menos no lo hacían de una manera suave y evidente. Las estrellas deberían tender a agruparse y colapsar en una masa única, según la nueva física newtoniana. El propio Newton sugirió que una manera de salvar esta dificultad aparente sería postular un universo infinito y repleto uniformemente de estrellas: así no habría un centro de atracción privilegiado sobre el cual colapsar, y el cosmos se podría mantener estable. Desde Digges y Bruno hasta nuestros días, la idea de un universo infinito ha estado presente siempre en las especulaciones de los astrónomos. Pero esta concepción moderna convierte el color oscuro del cielo en una verdadera paradoja.

Figura 13.1: En un universo repleto de estrellas hasta el infinito, cualquier visual acaba cortando antes o después la superficie de una estrella: el cielo no puede ser negro.

Aunque Kepler hizo algún comentario al respecto en el siglo XVII, al parecer, fue Edmond Halley (1720) el primero que llamó la atención sobre este punto situándolo en el contexto de la nueva ciencia newtoniana. En el nuevo paradigma, el fondo del cielo ya no es una superficie sólida de color negro, sino que representa, ni más ni menos, la visión que tenemos del espacio vacío entre las estrellas. En un universo repleto de estrellas más o menos uniformemente distribuidas hasta el infinito, cualquier visual dirigida hacia el firmamento debería intersectar antes o después la superficie de una estrella. El cielo debería aparecer, pues, uniformemente iluminado con un brillo comparable al del disco solar (figura 13.1). Sin embargo, el cielo es negro. Para la astronomía moderna, el color oscuro del cielo nocturno es un misterio lleno de significado y que hay que explicar.

Hay varias maneras de construir un modelo de universo en el cual el cielo nocturno sea negro. Halley resolvió la paradoja admitiendo un universo infinito (como parecía requerir la ley de la gravitación de Newton), pero en el que la luz de los objetos lejanos se debilita con más fuerza que la de los astros próximos. Es sabido que el brillo aparente de los objetos disminuye con el cuadrado de la distancia. Si se acepta que para grandes distancias el ritmo de debilitamiento es ligeramente superior, entonces el cielo puede aparecer oscuro aunque el universo sea infinito y esté repleto de estrellas. Nadie pareció muy convencido por la idea de Halley: aparte de la paradoja de la negrura del cielo, no había ni hay ninguna razón para suponer un comportamiento tan extraño de la luz. Jean-Philippe Loys de Cheseaux (1744) propuso una solución diferente y que consiguió más adeptos. Manteniendo la infinitud del universo y del número de estrellas, De Cheseaux sugirió que el espacio interestelar está ocupado por una sustancia (el éter) que no es perfectamente transparente, sino que absorbe una pequeñísima fracción de la luz que lo atraviesa. Incluso una absorción muy ligera permite explicar un cielo negro en un universo infinito. La idea de De Cheseaux fue recogida y expuesta más tarde por Heinrich Olbers (1823), y desde entonces la paradoja de la oscuridad del cielo se conoce como la paradoja de Olbers, aunque este científico no fue ni el primero en plantearla, ni el primero en sugerir la explicación del éter absorbente. En tiempos de Olbers ya se había descubierto que, efectivamente, el espacio entre las estrellas está lleno de alguna sustancia absorbente, así que la argumentación parecía plausible. Esta explicación, sin embargo, contradice las leyes de la termodinámica, en gran auge durante el siglo XIX. La termodinámica demuestra que cualquier material que absorba luz, a la larga debe volver a emitirla. Incluso el éter de De Cheseaux y Olbers, pasado un cierto tiempo, habría acumulado una cantidad de energía tal, debido a la absorción de luz, que su temperatura sería la misma que la de las estrellas que emitieron la radiación original, y entonces el éter brillaría tanto como las propias estrellas. La termodinámica invalida la explicación de la absorción interestelar. La oscuridad del cielo vuelve a ser una paradoja y para resolverla parecen quedar sólo dos vías, y ambas exigen la renuncia al infinito. La opción más simple consiste en aceptar que tal vez el universo no esté repleto de astros hasta el infinito. Desde Wilhelm Herschel (finales del XVIII) la aparente contradicción entre un universo finito y la gravitación universal se había ido disipando. Se dibujaba cada vez más la visión del cosmos como una estructura limitada, aplanada y en rotación: lo que hoy llamamos la Galaxia. La rotación de la Galaxia impide su colapso, y si no hay más estrellas fuera de esta isla cósmica (como se pensaba en tiempos de Herschel), la paradoja del cielo oscuro se esfuma. Otra posibilidad es admitir un universo repleto de astros hasta el infinito, pero de edad limitada. Hasta Müdler (1861), nadie se había atrevido a plantear científicamente la finitud temporal del universo, ni siquiera la finitud hacia el pasado. Supongamos, con Müdler, un universo infinitamente vasto y poblado de estrellas. Si la edad del cosmos (desde su comienzo hasta la actualidad) es finita, entonces las estrellas más lejanas son del todo invisibles, porque su luz no ha tenido tiempo de alcanzarnos, lo cual permite mantener la negrura del cielo. Si esta hipótesis fuera correcta, con el paso del tiempo los objetos más alejados deberían ir haciéndose visibles y el cielo nocturno sería cada vez menos oscuro. Así pues, llegamos a la conclusión de que el cosmos puede ser infinito en el espacio, pero entonces debe tener una edad determinada. O puede ser infinitamente viejo, en cuyo caso debe poseer unas dimensiones finitas. Finalmente, también cabe imaginar un cosmos limitado tanto en lo espacial como en lo temporal. Cualquiera de estas tres opciones es compatible con el hecho observacional de la oscuridad del cielo nocturno. Antes de entrar a discutir cuál de esas alternativas parece más razonable según la cosmología moderna, convendrá hacer algunas precisiones. Hasta este momento hemos razonado sobre una visión simplificada del universo, hablando sólo de estrellas y materia interestelar. Desde los años veinte de este siglo sabemos que la organización del cosmos es algo más compleja: las estrellas y el gas se agrupan en galaxias, las cuales están agregadas en cúmulos de galaxias que, a su vez, constituyen supercúmulos que se extienden en el espacio según una estructura esponjosa que creemos (o queremos) homogénea a las mayores escalas. ¿Altera esta visión estructurada los argumentos sobre la paradoja de la oscuridad del cielo? La respuesta es que, en lo fundamental, no. Todos los razonamientos aplicados más arriba a estrellas aisladas, siguen siendo válidos cuando se habla de estrellas organizadas en galaxias y, éstas, en cúmulos. A pesar de los avances en cosmología, la situación actual sigue siendo esencialmente la misma: ver que el cielo de la noche es oscuro nos permite afirmar que el universo en que vivimos no puede ser infinitamente viejo y, a la vez, infinitamente vasto. La expansión del universo es uno de los mayores descubrimientos científicos de este siglo. Que los cúmulos de galaxias se alejan unos de otros no lo duda actualmente nadie: la expansión es un hecho bien asentado. Hace algunas décadas, varias teorías competían para explicar esta expansión. Una de ellas, la denominada teoría del estado estacionario, afirmaba que la expansión cósmica, que tiende a hacer disminuir la densidad media del cosmos, es compensada por la creación continua de materia a partir de la nada. Esta materia podría aparecer uniformemente distribuida, o en grumos de diversos tipos. La teoría del estado estacionario postula un universo infinito en el tiempo, y por tanto, para dar cuenta de la oscuridad del cielo, requiere algún tipo de limitación espacial. Esta teoría ha sido claramente desbordada por los hechos observacionales y se ha quedado sin adeptos. Todos los modelos cosmológicos con respaldo en astrofísica son variantes más o menos detalladas del esquema clásico conocido como teoría de la Gran Explosión. El punto esencial de estos modelos es admitir que el universo evoluciona, que su estado no es estacionario, que hubo un tiempo en que la densidad de materia fue mayor, y que incluso la composición química y los tipos de objetos que poblaban el espacio ha cambiado. Extrapolando la expansión cósmica hacia el pasado, se llega siempre (salvo en modelos teóricos poco explorados) a una singularidad: el universo fue una vez extremadamente denso y tuvo un inicio en el tiempo. Negada la infinitud temporal hacia el pasado, la oscuridad del cielo es compatible tanto con un universo espacialmente infinito como con uno finito. Los entresijos de la teoría general de la relatividad vinculan las propiedades del espacio y del tiempo de varias y curiosas maneras. Una de las implicaciones de esta teoría es que, si el universo en que vivimos es espacialmente finito, entonces tendrá un final en el tiempo. La finitud espacial está ligada a la finitud temporal hacia el futuro. Los modelos cosmológicos finitos tanto en el tiempo como en el espacio se suelen denominar universos cerrados. En ellos, el número de objetos que existen es limitado, el universo tiene un volumen y una masa (o, siendo estrictos, una masaenergía) definidos y se predice que la expansión que observamos actualmente se detendrá algún día para dar paso a una contracción y, por último, a una singularidad final, la Gran Implosión, que acabará con todo lo que hay, o al menos en la forma en que lo conocemos. Los partidarios más optimistas de los universos cerrados sueñan con una repetición infinita de los ciclos de Gran Explosión-Gran Implosión, una idea sin respaldo teórico ni observacional, pero que tiene atractivos filosóficos evidentes. En un universo cerrado, el cielo negro actual se irá haciendo cada vez más brillante, sobre todo en la época de contracción, hasta hacerse infinitamente brillante en la singularidad final. Una predicción interesante de los universos cerrados es que durante la contracción, algunas galaxias se hacen visibles dos veces, en direcciones opuestas del cielo y tal y como eran en dos edades distintas del cosmos. Otros modelos, llamados universos abiertos, describen un cosmos espacialmente infinito. La teoría de la relatividad impone, entonces, que estos universos sean infinitos también en el tiempo hacia el futuro, no hacia el pasado (el universo tuvo un inicio, pero no tendrá fin). En un universo abierto carecen de sentido conceptos como el número de objetos, el volumen o la masa totales del cosmos: se trata de cantidades no sólo imposibles de medir, sino incluso imposibles de definir. El diccionario de los universos abiertos no contiene esas palabras. En un universo abierto, la expansión continuará siempre, si bien cada vez a un ritmo más lento. A medida que pase el tiempo, se harán visibles objetos más lejanos, que hoy no vemos porque su luz no ha tenido tiempo de alcanzarnos desde la Gran Explosión. Así, al menos en principio, en un universo abierto el cielo nocturno debería irse haciendo cada vez más brillante, al estar cada vez más y más poblado. Pero, como les pasó a Olbers y De Cheseaux, la termodinámica viene a aguar la fiesta, y lo hace de una manera contundente e inapelable. En un universo infinito en el tiempo hacia el futuro, necesariamente ha de llegar el día en que la última estrella agote su último recurso energético. Antes o después, las últimas nebulosas habrán parido la última generación de estrellas, y desde la muerte del último astro luminoso, en el universo ya no ocurrirá nada que pueda parecernos interesante. Esta hecatombe, lenta y discreta comparada con el espectáculo de luz ofrecido por los modelos cerrados en su Gran Implosión, se llama muerte térmica. En un universo abierto, incluso nuestro cielo actual es muy luminoso comparado con la hondura de la noche, la oscuridad tan densa que el fenómeno de la muerte térmica garantiza. Todos los datos observacionales hasta el momento, así como las teorías cosmológicas actuales de más éxito, coinciden en describir nuestro universo como abierto. Infinito en el espacio, con un futuro infinito en el tiempo y abocado irremisiblemente a la muerte térmica. 14 - Recuperar el cielo (La polución lumínica) No, no dejéis cerradas las puertas de la noche, del viento, del relámpago, la de lo nunca visto. PEDRO SALINAS,

Y decidí ponerme de parte de los astros. La voz a ti debida LEOPOLDO LUGONES, La voz contra la roca

La población de los núcleos urbanos modernos vive apartada del espectáculo del cielo. El uso inadecuado de la iluminación artificial en los exteriores proyecta una gran cantidad de luz directa hacia el firmamento y hace imposible su observación. Eliminar esta contaminación lumínica permitiría un gran ahorro energético y, a la vez, el retorno a la convivencia con las estrellas. Antes de la invención de la luz eléctrica, todo el mundo vivía en un contacto cotidiano y directo con el firmamento: era el más lejano y a la vez el más accesible de los espectáculos. Toda la población conocía las estrellas y las constelaciones y era capaz de reconocer sus ciclos anuales. Incluso las grandes ciudades eran lugares aceptables para la práctica de la astronomía, y los observatorios importantes se establecían dentro de ellas o en sus cercanías, como el Observatorio de París o, en Madrid, el Observatorio Astronómico Nacional. Todavía a principios del siglo XX se instalaron algunos en ciudades grandes, como el de Fabra en Barcelona. Pero desde entonces los mayores centros de investigación astronómica han huido de las urbes hacia las cumbres montañosas, buscando por una parte altura y aires tranquilos y, por otra, la lejanía de la iluminación artificial. El Observatorio Astronómico Nacional dejó su bella sede neoclásica del Retiro convertida en museo, muestra de que el adiós a los cielos fue uno de los precios que hubo que pagar a cambio de las comodidades de la vida moderna en las grandes poblaciones. Bien lo saben los aficionados a la astronomía: alguien dijo alguna vez que para disfrutar de las maravillas celestes hay que tener vocación de trasportista y alejarse de las luces de la ciudad con el coche y todo el equipo. Mirar el cielo requiere hoy un esfuerzo adicional inimaginable para nuestros bisabuelos. Quizá sea ésta una de las razones por las que la mayoría de la gente lo ignora casi todo sobre el firmamento en esta época de avances científicos. Sin embargo, el crecimiento de las ciudades y el usó de avances tan importantes como la iluminación vial son compatibles con el respeto y el disfrute de los cielos. Lo único necesario es evitar el derroche de energía, emplearla racionalmente allí donde haga falta, proyectándola hacia el suelo y no hacia el cielo. De noche, en el centro de mi ciudad se levanta un enorme dedo luminoso visible a decenas de quilómetros, que desde el interior del casco urbano abarca mu chos grados del cielo. La base de la columna de luz son más de diez reflectores enormes que, de abajo arriba, alumbran la fachada anodina de la sede central de un banco. La luz se vierte sobre el edificio y rebosa a raudales por encima y por los lados, escapando directamente hacia el firmamento. Hay casos similares en cada ciudad y en cada pueblo, muestras del uso irracional de la energía con fines publicitarios. El alumbrado nocturno de las calles es imprescindible, pero a menudo se siguen criterios más de estética que de rendimiento, ahorró y eficacia. La mayoría de las luminarias urbanas proyectan una cantidad grande de luz directamente hacia el cielo, donde no hay nadie que la necesite. Aunque hay multitud de ejemplos, el más obvio es el de las farolas en forma de globo, que envían más de la mitad de su flujo luminoso al espacio. En estos y muchos otros casos de viviendas o empresas públicas y privadas, el alumbrado externo se emplea más como señal de ostentación que por necesidad. La luz irradiada hacia arriba choca con las partículas suspendidas en la atmósfera, que la devuelven hacia el suelo en forma de resplandor difuso procedente de todas direcciones: es la contaminación lumínica. La bóveda celeste deja de ser negra para tomar el color de las luces urbanas. Desde dentro del casco urbano es difícil apreciar la polución lumínica, porque un observador inmerso en ella no tiene posibilidad de contrastarla con un fondo realmente oscuro. Pero al acercarse de noche a una gran ciudad, el resplandor amarillento-anaranjado que despide y la envuelve llama poderosamente la atención contra el negro hondo del entorno no urbanizado. La primera consecuencia negativa de este uso irreflexivo de la luz artificial es el derroche de energía. La segunda, que los astros débiles desaparecen de la vista. En noches normales y claras es difícil contar más de diez estrellas desde las ciudades modernas, cuando podrían llegar a verse más de tres mil. Las estrellas fugaces, a pesar de su frecuencia, resultan insólitas o hasta desconocidas para casi todo el mundo. La vía láctea no se llega ni a intuir. Incluso los satélites artificiales, ese otro producto de la técnica moderna, se vuelven casi imperceptibles desde el casco urbano. Vivir al margen de estas realidades que antaño eran cotidianas supone una pérdida cultural grave y difícil de reparar. La defensa de la oscuridad del cielo nocturno no es un capricho de científicos marginales, sino la reivindicación de un derecho de todos. Así mucha gente ignora hoy que las estrellas salen y se ponen cada día, igual que el Sol. Varias veces he salido al campo en una excursión nocturna y me ha sido del todo imposible convencer a mis acompañantes de que esos puntos que se mueven son satélites artificiales, o de que esa mancha de luz borrosa que cruza el cielo (y que no habían visto nunca antes) no son nubes altas, sino nuestra propia galaxia vista desde su interior. Ellos sabían que esas cosas sólo se ven en la tele o en el cine, que el firmamento en realidad es un techo negro o gris ceniciento, un telón de fondo vacío; que ver tales maravillas no puede ser tan sencillo. Cuando se anuncia el paso de un gran cometa la decepción suele ser general, porque casi nadie logra verlo y quien lo consigue se siente defraudado. En 1910, el cometa Halley dejó una impresión imborrable en todo el mundo, incluso en los habitantes de las ciudades. En 1986 recibió mucha publicidad, pero pocos pudieron observarlo. Como luego con el Hyakutake (1996) o el Hale-Bopp (1997), las noticias en los medios de comunicación ilusionaron al público y movieron a bastantes personas a salir a la calle y buscar el cometa. Es cierto que en 1986 el Halley pasó más lejos que en 1910, pero era posible verlo en un cielo oscuro, y mucha gente perdió una ocasión única en la vida sólo porque desde las ciudades actuales es casi imposible ver algo en el firmamento. Se ha dado una situación parecida en las varias ocasiones en que se ha anunciado a bombo y platillo una lluvia de estrellas20 presuntamente espectacular. Aparte del significado que pueda tener la palabra «espectacular» en este contexto (extremo nunca bien aclarado en la mayoría de los medios de comunicación), parte de las dificultades para contemplar el fenómeno desde los núcleos urbanos provenía de la falta de negrura en el cielo. La contaminación lumínica no sólo limita el acceso del público en general a la contemplación del universo. También empieza a constituir un problema serio para los estudios profesionales avanzados. Los observatorios cercanos a las ciudades o bien han cerrado o bien han visto su campo de acción muy severamente limitado. En tiempos recientes ha sido necesario promulgar leyes especiales para proteger la calidad del cielo en las áreas cercanas a los observatorios astronómicos más importantes, como se ha hecho en Canarias para salvaguardar el futuro de instalaciones como el Observatorio del Roque de los Muchachos en la isla de La Palma. La preocupación entre los estudiosos del cielo es tanta que las organizaciones científicas internacionales han designado comisiones permanentes dedicadas a este asunto (por ejemplo, la comisión número 50 de la Unión Astronómica Internacional). ¿Significa esto que el progreso y el estilo de vida moderno están reñidos con la actividad de los astrónomos profesionales y aficionados o con la voluntad de quienes disfrutan mirando al cielo? La respuesta es que no. La adopción de las medidas adecuadas beneficiaría a todo el mundo. Se puede mantener o incluso mejorar la calidad de la iluminación vial y, a la vez, reducir significativamente la contaminación lumínica y lograr al mismo tiempo un ahorro energético muy importante. Los habitantes de las ciudades en las que se han llevado a cabo programas de reducción de la polución lumínica a menudo se han sorprendido al comprobar que sus calles quedaban mejor iluminadas después de los cambios en el alumbrado que antes. Son tres los campos en que se pueden emprender acciones: racionalización del uso, mejora del diseño de las lámparas y optimización del espectro de las luces utilizadas. Hoy día se hace un uso abusivo del alumbrado nocturno con fines ornamentales o publicitarios. Los grandes monumentos deben seguir iluminados, pero las técnicas pueden revisarse en cuanto a dirección, intensidad y horario para minimizar el flujo enviado al espacio. Por desgracia, los proyectos -actuales de este tipo se realizan sin tener en cuenta en lo más mínimo la necesidad de ahorrar electricidad o de reducir la contaminación lumínica. Es en las calles y en las carreteras donde más puede hacerse. Las pantallas de las luminarias, bien diseñadas, llegan a duplicar el flujo que una misma lám para proyecta hacia el suelo. La luz que dirigida hacia arriba se convierte en contaminación, reflejada hacia abajo resulta útil y permite reducir el consumo de energía y el número o la potencia de las farolas. Además, el tipo de luz empleado en el alumbrado vial no es siempre el que proporciona mayor rendimiento energético: si se concentra la emisión en la zona del espectro donde el ojo humano es más sensible, se reducen sus efectos perjudiciales para el estudio del cielo y, a la vez, se ahorra electricidad. Sin embargo, la iluminación resultante tiene un tono amarillento que no suele gustar, porque no estamos acostumbrados a ella y que requeriría de la ciudadanía cierto esfuerzo de adaptación. Cada haz de luz enviado al firmamento, obtenido de la quema de carbón o la fisión del uranio en las centrales atómicas supone un gasto innecesario y nos roba un trozo de cielo. Recuperarlo y a la vez ahorrar recursos energéticos es algo que está en nuestras manos. Apéndices El sistema de magnitudes estelares En astronomía se emplea un método especial para clasificar los astros según su brillo: el sistema de magnitudes estelares. Esta manera de medir el brillo apa rente de los cuerpos celestes fue introducida en el siglo II aC. por el griego Hiparco de Nicea, y aún sigue en pleno vigor entre los astrónomos tanto profesionales como aficionados. Sus fundamentos son muy sencillos: a) Las estrellas más brillantes se clasifican en la primera magnitud. b) Las estrellas más débiles perceptibles a simple vista son de sexta magnitud. c) Entre las magnitudes primera y sexta se extienden, en orden de brillo decreciente, la segunda, tercera, cuarta y quinta. Cuando los astrónomos modernos han cuantificado con mayor precisión este sistema general, han introducido algunas modificaciones: 1) La escala es continua: entre las magnitudes enteras hay estrellas con brillo intermedio a las que les corresponden magnitudes con decimales. Por ejemplo, la estrella Polar es de magnitud 2,02, y la estrella Wasat (en la constelación de Géminis) tiene magnitud 3,53. 2) La escala se prolonga más allá de la magnitud 6 para incluir en ella los astros más débiles, visibles solamente mediante telescopio. Con prismáticos se llegan a ver estrellas de magnitudes 8 y 9. 3) Para medir el brillo de algunas estrellas muy brillantes, de los planetas, el Sol y la Luna, es necesario considerar magnitudes menores que 1: un cierto número de estrellas tiene magnitudes cercanas a cero o incluso negativas: Vega tiene magnitud 0,03; Arturo, -0,04; Sirio, la estrella más brillante del cielo, es de magnitud -1,46. El planeta Venus en sus momentos de máximo brillo alcanza la magnitud -4,5. La Luna llena tiene magnitud -12. El brillo aparente del Sol tiene magnitud -26. Bibliografía 1 TERCIOPELO AZUL DAVID MALIN y PAUL MURDIN: COIOUYS Of the Stars. Cambridge University Press, 1984. EUGENE HECHT y ALFRED ZAJAC: óptica. (Sec. 8.5: «Esparcimiento y polarización.») Addison Wesley Iberoamericana, 1986. JUSTINIANO CASAS: Óptica. (Sec. 27.7: «Difusión de Rayleigh.») Editado por el autor, Zaragoza, 1985. 3. EL ESPEJO DE AIRE MARCEL MINNAERT: Licht en kleur in het landschap. B.V W.J. Thieme & Cie. 1974. (Versión inglesa, Light and Colour in the Outdoors; Springer Verlag,1993.) Cap. 4. 5. LAS ESTRELLAS TIEMBLAN A.E. Roy y D. CLARKE: Astronomy: Principles and Practice. Adam Hilger, 1988. Sec. 21.7.2. C. STERKEN y J. MANFROID: Astronomical Ahotometry: a Guide. Kluwer Academic, 1992. Cap. 7. MARCEL MINNAERT: Op. Ctt. Sec. SO a 54. 6. LA ILUSIÓN LUNAR IRVIN Rocx: La percepción. Ed. Prensa Científica-Labor, Biblioteca Scientific American, 1985. STAN GIBILISCO: Ilusiones ópticas. Ed. McGraw-Hill. Serie McGraw-Hill de divulgación científica, 1991. MARCEL MINNAERT: Gp. Ctt. Sec. 129 y 131. 7. LA LUNA DE ENERO GUSTAVO ADOLFO BÉCQUER: «A la claridad de la Luna», en Obras Completas, Ed. Aguilar. MANUEL FLAMIL CAÑETE: «Nuestra querida Luna», en Astrum (boletín de la Agrupació Astronómica de Sabadell), noviembre 1989. 8. LA LUNA Y LAS MAREAS Aunque anticuada en casi todo lo demás (lo que la hace interesante en otro sentido), en lo que respecta a las mareas, la obra Astronomía, de JosEP COMAS I SOLA (Editorial Sopena), en cualquiera de sus ediciones contiene un capitulito claro y sin fórmulas. Las personas interesadas en un enfoque más físico (y con fórmulas) pueden consultar, entre otras muchas obras, la de J. FEBRER CARBÓ y E. CABAL DALBY, Lecciones de astronomía elemental (Reverté, 1947). 9. EL OSCURECIMIENTO DEL LIMBO JOSEP COMAS I SOLA: Op. cit. Diversas ediciones, en 19751a más reciente de ellas. 10. ROTACIÓN CAPTURADA CARL SAGAN: El mundo y sus demonios. Ed. Planeta, 1997. En su capítulo tercero trata la apariencia de «rostro» de la cara visible de la Luna. M. MAROV: Planetas del Sistema Solar. Ed. Mir. Libro divulgativo de cierto nivel, que incluye explicaciones sobre acoplamientos mareales entre rotación y traslación. 11. SANCHO Y LA BOCINA JOSÉ MARÍA CASASAYAS: en el artículo «Sancho Panza a tres horas del alba» (revista Anales Cervantinos, tomo XXV-XXVI, 1987-1988, pp. 121-145), hace un estudio erudito detallado del pasaje de Don Quijote donde se menciona el reloj estelar. El artículo es muy interesante por las citas de fuentes antiguas en las que se describe la versión clásica del método. Todos los razonamientos de Casasayas al discutir tanto el texto de Don Quijote como los comentarios a otros críticos, son correctos desde un punto de vista astronómico. Capítulo XVII de la obra Breve compendio de la esfera y del arte de navegar, publicada en 1551 por MARTÍN CORTÉsSALBACAR. Existe una reedición moderna, trascrita a ortografía actual, publicada por la Editorial Naval en 1990. Las referencias al reloj estelar de COLÓóN en su diario de a bordo se conocen a través de la síntesis de ese diario que realizó BARTOLOMÉ DE LAS CASAS. Hay varias ediciones de esta obra, entre ellas el primer volumen de la Biblioteca Americana publicada por Historia 16 (1991). 12. ESTRELLAS VERDES DAVID MALIN y PAUL MURDIN: Op. Ctt. PHILIP C. STEFFEY: «The Truth about Star Colors», Sky and Telescope, sept. 1992, p. 266. R. C. CERAGIOLI: «The Debate Concerning "Red" Sirius», Journal for the History of Astronomy, 26 (1995), p. 187.