Astrofísica

Astrofísica
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Concepto:Parte de la astronomía que estudia la constitución física, formación y evolución de los cuerpos celestes:la astrofísica busca la explicación de los fenómenos observados a escala cósmica a través de las teorías de la física.


Astrofísica . El término astrofísica se refiere al estudio de lafísica del universo. Si bien se usó originalmente para denominar la parte teórica de dicho estudio, la necesidad de dar explicación física a las observaciones astronómicas ha llevado a cabo que los términos astronomía y astrofísica sean usados en forma equivalente. La astrofísica es una ciencia tanto experimental, en el sentido que se basa en observaciones, como teórica, porque formula hipótesis sobre situaciones físicas no directamente accesibles. Uno de los capítulos más importantes de la astrofísica moderna está constituido por el Sol. Hasta los años treinta, el mecanismo energético que alimenta a nuestra estrella era un misterio; en 1938, el físico Hans Bethe explicó los principales procesos de fusión nuclear que están en condiciones de alimentar por largos períodos de tiempo el horno solar, como tantas otras estrellas.

Historia

La astrofísica nace con la observación, realizada a comienzos del siglo XIX por J. Frauhofer (1787-1826) de que la luz del Sol, atravesando un Espectroscopio (aparato capaz de descomponer la luz en sus colores fundamentales), da lugar a un espectro continuo sobre el cual se sobreimprimen líneas verticales. Fue mérito de G. Kirchoff (1824-1887) descubrir que aquellas líneas eran la huella de algunos de los elementos químicos presentes en la atmósfera solar, por ejemplo el hidrógeno y el sodio. Este descubrimiento introdujo un nuevo método de análisis indirecto, que permite conocer la constitución química de las estrellas lejanas y clasificarlas. Otros medios de investigación fundamentales para la astrofísica son la Fotometría (medida de la intensidad de la luz emitida por los objetos celestes) y la Astrofotografía o fotografía astronómica.

Intereses como ciencia.

Otra gran zona de investigación de la astrofísica está constituida por el estudio de las características físicas de las estrellas.

La moderna astrofísica ha logrado también explicar la estructura interna de nuestra estrella y la distribución de las temperaturas, que van desde veinte millones de grados en el centro, a seis mil grados en la superficie visible, para subir nuevamente a cuatro millones de grados en la atmósfera o corona solar. Sin embargo, aún queda sin explicar el llamado “ciclo de actividad oncenal”, en virtud del cual las manchas y otros tipos de perturbaciones que se observan en los estratos más externos del Sol alcanzan un máximo de frecuencia, precisamente, cada once años. Otra gran zona de investigación de la astrofísica está constituida por el estudio de las características físicas de las Estrellas: dimensiones, masa, luminosidad, temperaturas y categoría espectral (tipo de espectro que muestra su luz); y por el estudio de la Evolución estelar. Entran aquí los estudios sobre las estrellas dobles (formadas por dos o más soles), sobre las novas y supernovas (estrellas que brillan de improviso lanzando grandes cantidades de energía y materia al espacio y aumentando su luminosidad) y sobre otras fuentes estelares aún poco conocidas como los pulsar (estrellas que laten) y los agujeros negros (estrellas que entraron en colapso). La astrofísica también estudia la composición y la estructura de la Materia interestelar, es decir de aquellas nubes de gases y polvos que ocupan amplias zonas del espacio y que en una época eran consideradas absolutamente vacías. Los métodos de investigación astrofísica son también aplicadas al estudio de los Planetas y cuerpos menores del sistema solar, de cuya composición y estructura, gracias a las investigaciones llevadas a cabo por satélites artificiales y sondas interplanetarias, se ha podido lograr, en estos últimos años, un conocimiento más profundo, que en muchos casos ha permitido modificar convicciones muy antiguas. Una reciente y vigorosa rama de la astrofísica es la Radioastronomía: el estudio de la física de los objetos celestes por medio de la escucha de las ondas de radio naturales que ellos emiten. Debido a las metodologías sustancialmente diferentes, la radioastronomía es considerada por algunos como una especialización de la astronomía, independiente de la astrofísica clásica.

Investigaciones

El espectro electromagnético. La luz visible, que podemos separar en sus diferentes componentes (los colores), es solo una fracción mínima del mismo (cortesía de NASA).

En cuanto a la Astrofísica, sencillamente existen varios rangos del espectro electromagnético que no son accesibles desde la superficie del planeta,afortunadamente. Como es bien sabido, la luz visible es un parte muy reducida de este espectro, que comprende tanto radiación muy energética (como son los rayos gamma y losrayos X) hasta las ondas de radio. La atmósfera terrestre tiene la propiedad de dejar pasar parte de esta radiación, en lo que denominamos ventanas, como sería el caso de la luz visible, pero absorbe, total o parcialmente, la mayor parte de las mismas. Por tanto, solo saliendo fuera es posible observar ciertos fenómenos que emiten preferentemente en los rangos que no son accesibles desde los observatorios normales. Además, la ausencia de atmósfera presenta otras ventajas, tales como la posibilidad de alcanzar una resolución espacial óptima (la capacidad de distinguir dos objetos muy cercanos, que depende de la apertura del instrumento que estemos utilizando). La NASA desarrolla misiones en tres grandes áreas de investigación:

I) Exploración planetaria.

Dentro de esta categoría, podemos encontrar las misiones cuyo destino son los planetas del Sistema Solar y sus cohorte de satélites (como sería el caso de la misión Cassini-Huygens), o las sondas que estudian o analizarán las propiedades de cometas y asteroides. Entre ellas encontramos: Cassini-Huygens (en colaboración con las ESA y la agencia espacial italiana), Dawn, Deep impact, Hayabusa (misión japonesa con apoyo de NASA), Mars Express (de ESA, con soporte de NASA), Mars Exploratory Rovers (Opportunity y Spirit), Mars Odyssey, Mars Recognnaissance Orbiter, MESSENGER, New Horizons, Phoenix Mars Lander, Rossetta (ESA, con colaboración de NASA), SMART-1, (ESA, con colaboración de NASA) y Stardust . Por otra parte, no olvidemos que la sonda Voyager II se encuentra todavía activa, investigando los confines del Sistema Solar. Toda una proeza tecnológica, después de 30 años de misión interplanetaria bajo los efectos de un ambiente extremo.

Ia) Planetas enanos, Asteroides y Cometas.

El Sistema Solar posee, verdaderamente, una gran complejidad. Ocho planetas agrupados en dos grupos (rocosos y gigantes gaseosos), planetas enanos (una categoría definida hace relativamente poco por la Unión Astronómica Internacional, y que incluye a Plutón, Ceres y Eris), familias de asteroides (Troyanos, Centauros, Apolos, etc), y millones de cometas(la mayor parte de ellos relegados a las profundas obscuridades de losextremos del Sistema Solar). NASA tiene en marcha varias misionesdestinadas al estudio de los objetos más pequeños de nuestros sistema planetario. El objetivo, aprender más sobre su origen y su evolución, ya que cometas y asteroides son remanentes del proceso de formación del Sol y de los planetas. New Horizons.- Esta emblemática y larga misión cierra un ciclo en la exploración planetaria. Cuando se lanzó la sonda su destino, Plutón, todavía se catalogaba como planeta. En agosto de de 2007 la IAU definió oficialmente el término planeta y lo reclasificó como planeta enano, dado que no cumple las condiciones dede esa clase. New Horizons fue lanzada el 19 de enero de2006. Hace unos meses, en febrero de 2007, visitó Júpiter,con objeto de ser acelerado en un tipo de maniobra utilizada con frecuencia en la navegación interplanetaria. Además, se aprovechó esta oportunidad para poner a punto los instrumentos de la misión y captarinteresantes datos del sistema joviano. El encuentro con el sistema Plutón-Caronte (casi diríamos que se trata de un planeta enano doble) y sus dos satélites Nix y Hydra re producirá en julio del2015. La misión continuará después hacia objetos del cinturón deKuiper, durante los años 2016-2020). Necesitaremos algo de paciencia,pero estoy seguro de que la espera merecerá la pena. Dawn.- Un amanecer sobre el asteroide Vesta y el planeta enano Ceres … La nave se lanzó el 10 de septiembre de 2007, y posee un innovador sistema de propulsión iónica (que también ha sido probado en sondas japonesas y europeas). La Sonda pasará por las inmediaciones de Marteen marzo de 2009, con objeto de incrementar su velocidad y reducir el tiempo de vuelo. La llegada a Vesta se producirá en septiembre de 2011. Allí realizará un estudio exhaustivo de este gigantescoasteroide, para partir un año más tarde. Llegará al planeta enano Ceres en febrero de 2015.

Deep Impact.- Esta sonda hizo honor a su nombre, en el doble sentido. El 4 de julio de 2005un objeto del tamaño de una lavadora colisionó con el cometa Temple 1, mientras la nave nodriza observaba desde cierta distancia. Por otra parte, el impacto fue coordinado con observaciones desde tierra, en particular desde órbita con el telescopio espacial Spitzer. El objetivo: penetrar la capa de polvo y gas que generó el choque y ver el material del interior del cometa. Hayabusa o Muse C es una misión de la agencia japonesa JAXA. Lanzada el 9 de mayo de 2003, llegó al asteroride Itokawa dos años después, con el objetivo de orbitar a su alrededor durante tres meses y tomar una muestra de susuperficie, aunque en realidad, debido a diversos problemas técnicos,la maniobra de regreso a la Tierra no se inició hasta mayo de 2007. En la actualidad la nave se encuentra realizando diversasmaniobras de aproximación a la Tierra con su motor de propulsióniónica. La fecha actual de llegada es junio del 2010. NASA proporciona cierto apoyo a esta misión. Rossetta, la misión de la Agencia Espacial Europea al cometa 67 P/Churyumov- Gerasimenko, fue lanzada el 2 de marzo de 2004. El fin de la misión se estima en el 2015, cuando este cuerpo se encuentre en su punto más cercano delSol (perihelio). El objetivo es la caracterización de las propiedadesdel núcleo del cometa y el estudio de la evolución según se aproxima al Sol. Las maniobras de aproximación al cometa se iniciarán en mayo de 2014, aunque hasta entonces, con objeto de alcanzar la velocidad y posición adecuadas, realizará una serie de aproximaciones a la Tierra ya Marte. Por otra parte, está previsto que pase por las proximidades de dos asteroides: 2867 Steins, el 5 de septiembre de 2008, y 21 Lutetia,el 10 de julio de 2010. Nasa proporciona apoyo logístico a la misión. Stardust fue lanzada el 7 de febrero de 1999. Después de pasar por lasproximidades del asteroide Anne Frank, y de tomar muestras del polvo interplanetario, se encontró con el cometa Wild 2 el 2 de enero de[[2004]. Dos años después, el 15 de enero de 2006, la cápsula con las muestras de polvo hizo su reentrada en la atmósfera terrestre, de manera bastante accidental, aunque las muestras han podido seranalizadas.

Ib) Saturno y Titán.

Saturno, sus anillos y sus fascinantes sombras, en una reciente imagen de Cassini (crédito NASA/ESA/ASI)

Cassini-Huygens, una misión a Saturno y sus sistema fruto de la colaboración entre NASA, ESA y la agencia espacial italiana ASI, es una de las más espectaculares y complejas de los últimos años. Consta de un orbitador diseñado por NASA (Cassini), que sigue siendo operacional, y de una sonda que consiguió aterrizar en el satélite Titán, Huygens. Elconjunto se lanzó el 15 de octubre de 1997, pasó por lasinmediaciones de Júpiter el 30 de diciembre de 2000 y alcanzó el sistema de Saturno en el verano de 2004. El 14 de enero de 2005 la sonda aterrizó exitosamente en la superficie de Titán,proporcionándonos unas espectaculares imágenes durante el descenso.Entre los principales resultados, destaca la verificación de la presencia de lagos y mares de hidrocarburos, esencialmente metano, sobre la superficie de este satélite.

Ic) Marte.

Marte

Marte es, verdaderamente, el objeto del deseo, el destino más sugerente del Sistema Solar. Ha sido el destino de numerosas misiones, varias de las cuales se encuentran en activo, tanto en órbita como sobre lasuperficie de este hermano menor de la Tierra. Mars Exploratory Rovers: Opportunity and Spirit. Son dos sondas gemelas que se encuentran recorriendo la superficie del planeta. Diseñadas parafuncionar durante tres meses, ya llevan más de tres años allí.Más infomacione en la página del JPL para la misión Mars Exploratory Rovers JPL.Mars Odyssey. Lanzada el 7 de abril de 2001, alcanzó la órbita marciana el 24 de octubrede ese mismo año. Desde entonces ha venido realizando observaciones del planeta rojo. Además, actúa como antena de comunicación para los rovers Spirit y Opportunity. Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), o en búsqueda de agua en la superficie de Marte. Desde la inserción en la órbita del planeta, en marzo de 2006, esta sonda ha venido examinando la presencia de aguan y su evolución, contribuyendo de manera decisiva a la confirmación de su presencia en este planeta. Phoenix Mars Lander. El futuro … Todavía no ha sido lanzada, está en fase de construcción. Mars Express es una misión de la ESA, implementada con la colaboración de NASA. Junto con la MRO, ha sido crucial para el descubrimiento de aguay de la dinámica en Marte. Después de 4 años en órbita, sigue proporcionando unos datos extraordinarios.

Id) Mercurio.

Mercurio, visto por la sonda americana Mariner X (crédito NASA).

Mercury,Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging (MESSENGER)Mission. Lanzada el 3 de agosto de 2004, ha realizado varias maniobras de aproximación a la Tierra, Venus y el mismo Mercurio, con objeto deadecuar su velocidad a la del planeta más interior del Sistema Solar,un problema bastante complejo. La inserción en la órbita de Mercurio está prevista para el 2011, y las operaciones científicas seprolongarán durante un año.


II) Tierra-Sol.

La vencindad de nuestro planeta. Incluye las misiones: ACE, Cluster, Geotail, Hinode, SOHO, SORCE, STEREO, THEMIS, TIMED, TRACE, Ulysses, Wind

II) La conexión Tierra-Sol Son numerosas las misiones de NASA y de otras agencias espaciales (ESA con Cluster, China con Double star) que tienen por objeto el estudio de la vecindad terrestre y la interacción con el Sol y el flujo de partículas que de él nos llega (viento solar). El clima y diversas importante actividades económicas dependen de ello, desde las comunicaciones vía satélite hasta la distribución de energía eléctrica. Nos limitaremos a proporcionar un lista de las activas en la actualidad.

Advanced Composition Explorer (ACE) Cluster Geotail Hinode Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) Solar Radiation and Climate Experiment (SORCE) Solar TErrestrial RElations Observatory (STEREO) Time History of Events and Macroscale Interactions During Substorms (THEMIS) Thermospere Ionosphere Mesosphere Energetics and Dynamics Mission (TIMED) Transition Region and Coronal Explorer (TRACE) Mission Ulysses Wind

III) Astrofísica y Física Fundamental.

¿Qué hay en el universo? ¿Cómo fucniona? Para responder, en la actulidad disponemos de: Suzaku, Chandra, CHIPS, GALEX, Gravity Probe B, HETE-2, HST, INTEGRAL, RHESSI, RXTI, Spitzer, SWAS, Swift, WMAP, XMM-Newton

III) Astrofísica y Física Fundamental.- NASA tiene en funcionamiento tres grandes observatorios astronómicos, dedicados al estudio de diferentes rango de longitudes de onda, desde los rayos X (Chandra) hasta el infrarrojo medio y lejano (Spitzer), pasando por el archiconocido Hubble Space Telescope. Los tres están proporcionando una ingente cantidad de información que nos está ayudando a comprender gran número de fenómenos astronómicos, que incluyen desde los objetos más lejanos y antiguos hasta diferentes procesos de formación estelar y la aparición de sistemas planetarios alrededor de otras estrellas. En todos los casos las diferentes páginas de los observatorios proporcionan galerías de imágenes y videos muy espectaculares.

Chandra

Hubble Space Telescope (HST)

Spitzer Space Telescope

IIIb) Colaboraciones en: Suzaku (solar) XMM-Newton(rayos X) INTEGRAL(rayos gamma) Estas son misiones de la agencia espacial japonesa (JAXA, en el caso de Suzaku) y de su contrapartida europea (ESA, para XMM-Newton e INTEGRAL). NASA realiza diversas tareas de apoyo. IIIc) Otras misiones: CHIPS, GALEX, Gravity Probe B, HETE-2, RHESSI, RXTI, SWAS, Swift,WMAP Son múltiples las misiones actuales de NASA en el campo de la Astrofísica y la Física fundamente. Son sonda de tamaño pequeño y mediano con objetivos muy concretos, que van desde el estudio de loas Gamma Ray Bursa (las explosiones más violentas y energéticas del universo), hasta el propio origen del mismo.

Cosmic Hot Interstellar Plasma Spectrometer (CHIPS) GALEX Gravity Probe B High Energy Transient Explorer-2 (HETE-2) Mission Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) Mission Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) Submillimeter Wave Astronomy Satellite (SWAS) Swift Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP)

Fuentes