Movimientos del Sol: nuestro vecindario cósmico

El observador que se detenga a contemplar el cielo durante una noche despejada hallará, encima de su cabeza, una mancha lechosa: es la Vía Láctea, nuestra galaxia. Describiré nuestro vecindario estelar en breves pinceladas: se trata de un inmenso conjunto de más de doscientas mil millones de estrellas que tiene la forma de un disco gigantesco, tan enorme, que la luz tardaría cien mil años en atravesarlo longitudinalmente pasando por el centro, o doce mil años si hace la travesía en dirección transversal. Nosotros nos localizamos -en el disco- a mitad del camino al centro galáctico, aproximadamente.

El Sol, acompañado de los planetas, describe una trayectoria con forma de hélice alrededor del centro de la galaxia; tres movimientos constituyen la hélice. El movimiento más largo y rápido -cada segundo recorre doscientos diecisiete kilómetros- consiste en una órbita más o menos circular alrededor del núcleo galáctico; órbita singular porque nos movemos hacia el norte terrestre: considere el astuto lector que el plano que contiene al sistema solar está inclinado casi noventa grados respecto al plano de la Vía Láctea. Un dato más: el sistema solar completa una vuelta a la galaxia cada doscientos cincuenta millones de años, quizá algo menos (un año galáctico). Detengámonos un instante para valorar la magnitud de este tiempo: si usáramos el año galáctico como unidad para medir las edades geológicas, diríamos que el Sol tiene dieciocho años galácticos, hace quince que aparecieron las primeras bacterias en la Tierra y tres los primeros animales; menos de una milésima de un año galáctico habría transcurrido desde que apareció el primer humano. El segundo movimiento del sistema solar consiste en una oscilación -a siete kilómetros por segundo- hacia arriba y hacia abajo del plano de la galaxia; actualmente nuestro sistema solar se encuentra a sesenta y siete años luz, por encima del plano, que atraviesa cada treinta y cinco (o cuarenta) millones de años. El tercer movimiento, similar al segundo en dirección perpendicular, se trata de un vaivén –a veinte kilómetros por segundo- hacia el centro y hacia afuera de la galaxia.

El lector inteligente ya habrá deducido, igual que los científicos, que nuestro vecindario cósmico podría ser responsable de alguno de los cataclismos periódicos ocurridos en el pasado en la biosfera: abundan las hipótesis, pero faltan pruebas concluyentes.

Agotamiento de los abonos

     El final de este hermosísimo soneto de Luis de Góngora nos aporta un interesante asunto sobre el que reflexionar.

Goza cuello, cabeza, labio y frente

antes que lo que fue en tu edad dorada

oro, lirio, clavel, marfil luciente...

se vuelva...

tierra, humo, polvo, sombra, nada.

     El poeta minusvalora, como la mayoría de los humanos, el polvo; y el polvo es bastante más que nada. Si analizásemos las cenizas de un humano comprobaríamos que tres cuartos de kilo de su cuerpo son fósforo, un elemento relativamente abundante en nuestro organismo, que está destinado a adquirir una importancia fundamental a finales de este siglo.

     Las plantas necesitan cantidades relativamente grandes de los elementos -nitrógeno, fósforo y potasio- que no pueden reponer; hay que proporcionárselos mediante los abonos. Ya en la antigüedad se añadían al suelo, de manera empírica, el fosfato de los huesos (calcinados o no), el nitrógeno de los excrementos y el potasio de las cenizas. En el siglo XXI no escasea el potasio, existe en el agua del mar; los químicos han conseguido fijar el nitrógeno del aire; el fósforo es el recurso que limita la agricultura, porque no hay reservas de él en la atmósfera y su extracción se confina a los yacimientos terrestres (los mayores se sitúan en Marruecos).

     El fósforo se mueve por toda la Tierra: está en la corteza, en los océanos o forma parte de los seres vivos; sigue un ciclo diferente, sin embargo, al del carbono, nitrógeno o azufre porque, al contrario de ellos, no forma compuestos volátiles que le permitan pasar a la atmósfera y de allí retornar al suelo. Las rocas constituyen el almacén principal; a medida que se erosionan liberan los compuestos fosfatados al suelo y al agua, de donde lo absorben las raíces de las plantas; los animales lo obtienen alimentándose de los vegetales; tanto unos como otros, al morir, se descomponen y liberan el fósforo, que es utilizado de nuevo por otros seres vivos o es transportado al océano por los ríos; una vez en él sólo se recicla hacia los ecosistemas terrestres mediante los excrementos de las aves marinas o debido al levantamiento geológico de los sedimentos marinos, en un proceso que dura millones de años.

     Y ahora, ¡preocúpese el lector inteligente! Los geólogos pronostican que los yacimientos de fósforo se estarán agotando en el 2050.

Luces misteriosas: la triboluminiscencia

Una de las tareas más hermosas de los científicos consiste en buscar la explicación de fenómenos naturales, incluso cuando aparentemente resultan inexplicables; fijémonos en dos curiosas observaciones que, en un principio, no deberían guardar relación. Nicolás Monardes, un famoso médico y botánico español del siglo XVI, se fijó en que los porteadores sevillanos que transportaban sacos de azúcar emitían una luz, que notaba en las noches sin luna. Durante el terremoto del quince de agosto de 2007, los habitantes de Lima (Perú), apreciaron fogonazos de colores durante la noche.

¿Hay algún nexo de unión entre el suceso sevillano y el limeño? Quizá la posible explicación de ambos se halle en un inusual fenómeno. La triboluminiscencia consiste en la emisión de luz por algunos materiales debido a su fricción; y se observa cuando, en la oscuridad, se trituran cristales de azúcar o se desmenuzan algunas sales de uranio o de otras sustancias; el color, la intensidad y la duración de los destellos dependen del material. Resulta obvia la explicación del relato de Monardes: no eran los porteadores, sino los cristales de azúcar los que brillaban, cuando eran triturados a lomos del transportador durante el camino; y en cuanto a lo visto por los peruanos: la trituración del cuarzo u otros minerales durante el movimiento causado por el terremoto tal vez causase la luminiscencia nocturna.

Los científicos idearon una teoría para explicar el fenómeno: sospechaban que sólo los materiales cuyos cristales son asimétricos parpadean cuando se les tritura; al dividir el cristal en dos partes, una adquiría cargas positivas, la otra, negativas; la recombinación inmediata de las cargas produce la crepitación del aire y los pequeños relámpagos. Sin embargo algo fallaba porque varios materiales con cristales simétricos también chispeaban. Para explicar la discrepancia Linda M. Sweeting estudió detenidamente el fenómeno: se fijó en unos compuestos concretos y halló que todos los asimétricos brillaban, mientras que sólo la mitad de los simétricos lo hacían, además, un compuesto asimétrico perdió su capacidad de parpadear después de purificado. Infirió que las asimetrías del cristal, creadas por las impurezas, explican la triboluminiscencia. El estudio demuestra que no sólo la estructura cristalina, sino también las impurezas resultan fundamentales para establecer si un material es o no triboluminescente.

Como sin duda habrá comprobado el crítico lector, los científicos han avanzado en la búsqueda de una explicación, pero todavía no comprenden completamente el fenómeno.

¿Es posible aprender como en Matrix?

     ¿Cuánta realidad hay en las películas de ciencia ficción? Quienes disfrutamos con la lectura de los libros de Isaac Asimov, Arthur Clarke, Stanislav Lem o Michael Crichton nos hacemos preguntas como ¿es posible introducir conocimientos en nuestro cerebro como hace la máquina de Matrix? ¿Podríamos aprender sin esfuerzo?

     El profesor Takeo Watanabe asegura haber modificado un área cerebral concreta, logrando que una persona mejore su capacidad visual sin ser consciente de ello; dicho con otras palabras, ha introducido conocimientos directamente en el cerebro. El experimento consiste en exponer a individuos a señales visuales capaces de alterar una zona del cerebro muy plástica, conocida como área visual temprana (se localiza en la parte trasera –occipital- del cerebro, donde procesamos las imágenes que proceden del ojo). Las señales se diseñan para que cambien las conexiones neuronales del sujeto receptor y las hagan coincidir con otro patrón; el correspondiente a las conexiones neuronales de otra persona, la poseedora de las habilidades que se quieren aprender. Los investigadores han comprobado que quienes habían recibido los estímulos mejoraron sus habilidades visuales, incluso ignorando el fin del experimento. El aprendizaje visual no es nuevo: quienes trabajan diariamente con animales distinguen caras que para otro sujeto son iguales; lo nuevo consiste en que la visión de algo distinto a las caras permite reconocer las caras mejor. Aclaro que la corteza visual se ha manipulado mediante la tecnología de neuroretroalimentación fMRI decodificado, trabalenguas que significa que ciertos parámetros de la actividad cerebral se modifican usando imágenes por resonancia magnética funcional.

     Los resultados de los experimentos sugieren que podría usarse esta técnica para aprender a tocar el violín sin esfuerzo consciente: tal y como contemplamos en la película Matrix. Tal tecnología plantea interesantes problemas morales: nada que objetar si fuésemos capaces de imprimir en nuestro cerebro las habilidades cerebrales para tocar el violín; pero, ¿qué pasaría si nos introdujeran los parámetros de un asesino? Que no se preocupe el atribulado lector: es precipitado afirmar que los resultados del experimento puedan extrapolarse a las áreas del cerebro cognitivas o motoras. Por el momento los expertos se contentan con soñar que, en el futuro, tal vez aprendamos chino viendo durante unos segundos extrañas imágenes en nuestro ordenador; al fin y al cabo, ya hemos comprobado otras veces que la ciencia ficción puede convertirse en realidad.

Los rayos cósmicos

     El aficionado a la ciencia está habituado a leer en los periódicos que los descubrimientos en la física de partículas se deben a experimentos efectuados en grandes máquinas y supone que siempre ha sido así. Se equivoca: durante décadas, y hasta la construcción de los primeros aceleradores, la física de partículas se desarrolló gracias al estudio de los rayos cósmicos. ¿Qué son estos rayos que no se observan directamente, sino que se detecta su choque con las moléculas de la atmósfera?

     Descubiertos en 1912, los rayos cósmicos no son rayos, sino partículas (noventa y ocho de cada cien, núcleos de hidrógeno y de helio) procedentes del espacio extraterrestre. Tienen una energía enorme debido a su elevada velocidad, cercana a la de la luz; para darnos una idea, el rayo cósmico más energético registrado tenía trescientos trillones de electrón-voltios, se trata de la energía equivalente a la que tiene un ladrillo de cinco kilos, que cae desde un metro, en el momento de alcanzar tu pie, amigo lector; pero concentrada en una minúscula partícula subatómica. El Sol emite rayos cósmicos de baja energía, las supernovas los expulsan de energía media. La fuente de los rayos cósmicos de alta energía ha sido un misterio durante mucho tiempo; datos recientes tomados en el observatorio Pierre Auger sugieren que proceden del centro de galaxias cercanas a la nuestra (concretamente, del supercúmulo local, que se halla a menos de ciento cincuenta millones de años-luz), donde probablemente hay agujeros negros activos. Afortunadamente o desgraciadamente, la naturaleza parece que impone una frontera a estos intrépidos viajes: la interacción de los rayos cósmicos con los fotones de la radiación del fondo cósmico de microondas, que rellena el espacio, bloquea la marcha de la mayoría de los rayos cósmicos que poseen una energía superior a un límite (GZK), estimado en sesenta trillones de electrón-voltios.

     Es cierto que los rayos cósmicos ultraenergéticos son raros: el observatorio Pierre Auger sólo ha detectado cuatro en cuatro años; pero también lo es que son cientos de millones de veces más energéticos que cualquier partícula producida por el hombre en los grandes aceleradores, el famoso LHC incluido. Me pregunto entonces ¿por qué los físicos no se arman de paciencia y usan preferentemente los rayos cósmicos en vez de los grandes aceleradores? Al fin y al cabo, las instalaciones son muchísimo más baratas.