EL COSMOS EN EL CUERPO

Cada átomo de nuestro cuerpo hizo un viaje desde el corazón de las estrellas hasta la Tierra, reciclándose innumerables veces para formar cada célula de nuestro organismo. Somos solo una etapa en su eterno transitar por el cosmos, materia estelar en evolución.

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ÁTOMOS

NGC2997, Spiral Galaxy in Antlia constellation / Imagen cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America”, Thierry Demange,“Cap Nature”

⤒ Another World At Night / Imagen cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America”

La mayor parte de nuestro cuerpo y del resto de los seres vivos está formado principalmente de oxígeno, carbono, hidrógeno y nitrógeno, así como de otros elementos como calcio, potasio, hierro y magnesio. Sin embargo, el 65% de los elementos de cada ser humano es oxígeno.

La naturaleza funciona sola; crea espectaculares mundos y galaxias. La naturaleza no le pregunta a una mujer embarazada cómo quiere que sea su hijo, lo crea gracias a miles de millones de experimentos que ha llevado a cabo durante su evolución. Es decir, las leyes que rigen al universo deben ser relativamente simples, de otra manera no se crearían galaxias, no se formarían planetas con agua, ni hubiese aparecido la vida.

Los humanos formamos parte del universo y estamos compuestos de los elementos químicos más abundantes en el cosmos como el hidrógeno y el carbono. El hidrógeno se formó durante los primeros minutos del inicio de la expansión del universo. El carbono es el producto de las reacciones termonucleares en los núcleos de las estrellas, lo mismo que el oxígeno y el nitrógeno.

Una de las historias más fascinantes que los científicos han explorado es la del universo del que formamos parte como personas y como especie. El cosmos es todo lo que conocemos: el espacio, el tiempo, la materia y la energía. Habitamos en la Tierra junto con otros miles de cuerpos que giran en torno al Sol. A su vez, este forma parte de la Vía Láctea que está en la orilla del cúmulo de galaxias de Virgo. Existen cientos de miles de millones de galaxias, cada una con cien mil millones de estrellas y la gran mayoría con planetas orbitando alrededor de ellas.

El universo está en evolución. Su expansión se originó hace 13 mil 800 millones de años y durante los primeros minutos se formaron los elementos químicos más sencillos de todos: el hidrógeno y el helio. Mucho después nacieron las primeras estrellas, dentro de nubes de gas.

Más tarde las estrellas crearon nuevos elementos fundamentales para nuestra vida, como el carbono, el nitrógeno y el oxígeno y los arrojaron al espacio al final de su existencia. Conforme se sucedieron millones de generaciones estelares, las nubes de gas se fueron enriqueciendo con estos elementos. Cada nueva generación estelar y su sistema planetario, tuvo más elementos necesarios para crear planetas sólidos y vida.

Hace 4 mil 500 millones de años se formó el sistema solar. La vida apareció en la Tierra hace 3 mil 800 millones de años y nuestra especie, el homo sapiens sapiens, surgió apenas hace 100 mil años y continúa cambiando. Como seres vivos, somos parte del proceso evolutivo.

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La evolución del universo / Perimeter Institute

Ahora se han descubierto miles de planetas extrasolares, algunos similares a la Tierra, con agua líquida que, al menos en nuestro mundo, es un ingrediente necesario para que exista la vida.

Con los pies en la Tierra podemos conocer la historia de los elementos que nos formaron: la de los protones, neutrones y electrones que llevan 13 mil 800 millones de años pasando entre nubes y estrellas, hasta formar la Tierra y finalmente combinarse para crear seres humanos, capaces de reflexionar sobre el origen y las maravillas cósmicas.

EL UNIVERSO

La región Rho Ophiucus / Imagen cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America”

COSMOVISIONES

Durante siglos, los humanos han especulado cómo podría ser el universo. Los antiguos egipcios decían que la diosa Nut, con su vientre cubierto de estrellas, estaba colocada encima del dios Geb, el dios de la Tierra. El cuerpo de Nut formaba una bóveda sobre Geb y cada día Nut daba luz al Sol y en la noche lo devoraba. El dios del aire, Shu, evitaba que Nut y Geb estuvieran en contacto y consumaran su amor.

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Ciclo solar y nocturno de la Diosa Nut. Tumba de Ramsés VI. Valle de los Reyes, Egipto / Describing Egypt

En la cosmovisión mexica, la Tierra era un cuadrado rodeado de agua que se plegaba en el horizonte para formar la bóveda celeste. Esta agua que se curveaba hacia el cielo terminaba cayendo en forma de lluvia. El cielo estaba estratificado en regiones donde moraban los distintos dioses de acuerdo a su importancia.

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Para los griegos, la Tierra estaba en el centro del universo, y todo el resto de los astros giraba en torno suyo en órbitas perfectas y circulares. Los dioses, con sus pasiones encendidas, vivían en el Olimpo y de vez en cuando bajaban a la Tierra, algunas veces causando problemas; como Zeus que en forma de toro, cisne o lluvia de oro, embarazaba a doncellas y cuyos hijos más tarde tendrían que probar que eran hijos del dios de dioses y convertirse en héroes. Ideas que retomaron algunas religiones que surgieron en esa época y que tal vez dentro de algunos siglos, también se conviertan en mitologías.

'Hierbas Buenas' Valley Petroglyphs / Time Lapse cortesía © Stéphane Guisard, 'Los Cielos de America'

Sin embargo gracias a la curiosidad sin límite de grandes pensadores, la Tierra pasó de ser el centro del cosmos y el mundo preferido de los dioses a volverse uno más entre los miles y miles de planetas semejantes descubiertos a lo largo de este siglo, girando sobre ellos mismos y sus órbitas en galaxias cercanas. Es posible, dado que hay miles de millones de galaxias, cada una con miles de millones de estrellas, que existan billones de planetas.

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Constelación de Orión pasando sobre el Templo V en Tikal, Petén / Imagen cortesía © Stéphane Guisard, INGUAT, MCDINAH, “Los Cielos de America”

Constelación de Orión pasando sobre el Castillo en Chichen Itzá / Imagen cortesía © Stéphane Guisard, UNAM, INAH, “Los Cielos de America”

LOS ORÍGENES DE LA MATERIA

El estudio del universo es una ciencia. Los astrónomos hacen preguntas a la naturaleza y buscan la respuesta analizando los cuerpos sólidos que caen a la Tierra como los meteoritos o los rayos cósmicos, captando la radiación electromagnética de la que forman parte la luz y las ondas de radio. Todo ello nos permite conocer las propiedades de los astros, desde los más cercanos hasta los más remotos. Sin embargo, sólo conocemos las propiedades de los objetos celestes cuya radiación ha tenido el tiempo de llegar hasta nosotros. Debe existir mucho más en el universo de lo que podemos observar. Desde hace muy poco, los astrónomos cuentan con una herramienta nueva: las ondas gravitacionales que nos ayudan a descubrir cómo son los eventos más energéticos que involucran modificaciones en la gravedad y perturban el espacio tiempo, como la colisión entre hoyos negros masivos.

No sólo cada astro del cosmos cambia, sino que el universo en su conjunto evoluciona. Conforme la ciencia avanza, nuestras ideas sobre el universo se modifican. Para la ciencia no existe la verdad absoluta, sólo conocimientos parciales; los humanos estamos limitados en nuestra capacidad de entenderlo todo, no tenemos suficientes sentidos y los matemáticos han demostrado que el conocimiento total es inalcanzable.

El 90% de los elementos del universo son de hidrógeno y el 8% de helio. El resto de los átomos se crearon durante la evolución estelar.

La idea actual más sólida sobre la evolución del universo se conoce como el modelo estándar de la gran explosión o “Big Bang” en inglés. Propone que hace 13 mil 800 millones de años hubo una liberación de energía del vacío. Está se transformó en protones, neutrones y electrones. El universo se expandió y se enfrió. Lo mismo que le sucede a un gas al expandirse. Si soltamos vaho sobre la palma de nuestra mano lo sentimos tibio, en cambio si soplamos los sentimos frío. 

Cuando el cosmos tenía 3 minutos de iniciada la expansión, parte de los protones habían formado átomos de helio. La expansión fue tan rápida que ya no se formaron más elementos, hasta millones de años más tarde. Este el es motivo por el cual el 90% de los elementos del universo son de hidrógeno y el 8% de helio. El resto de los átomos se crearon durante la evolución estelar. Después de 200 millones de años de iniciada la expansión, los átomos se aglomeraron en nubes de hidrógeno y de helio y en su interior nacieron las primeras estrellas.

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Más tarde, las nubes y sus estrellas se unieron para formar pequeñas galaxias y éstas posteriormente se fusionaron para crear gigantescos conglomerados como la hermosa galaxia espiral de la que formamos parte; dónde el núcleo posee una gran cantidad de estrellas y los brazos contienen nubes de gas y polvo donde las estrellas recién nacidas las hacen brillar. No sólo se han observado galaxias durante el proceso de fusión, sino que se pueden estudiar las poblaciones estelares de las galaxias y así determinar su origen; es decir que provinieron de distintas galaxias más pequeñas.

A gran escala, la materia del universo forma una estructura conocida como la telaraña cósmica.

El universo temprano era casi perfectamente homogéneo, sin embargo gracias a las minúsculas diferencias de densidad se pudieron formar nubes, estrellas y galaxias. A gran escala, la materia del universo forma una estructura conocida como la telaraña cósmica. La materia forma filamentos que rodean huecos donde la materia es más escasa.

Además de la materia común que forma los elementos químicos de la tabla periódica, existe otro tipo de materia llamada oscura, porque no emite ni absorbe luz. Se descubre cuando los objetos visibles sienten su atracción gravitacional y giran en torno a ella. La materia oscura es crucial para formar las grandes estructuras del universo pues aglutina a la materia visible.

Tabla periódica de los elementos / Ilustración: Alejo Miranda

Las componentes fundamentales del universo son: la energía oscura, responsable de la expansión acelerada del espacio de nuestro universo, la materia oscura y la materia común. El tiempo es fundamental pues marca la evolución cósmica.

La composición del universo / Space FCF UNMSM

LA EVOLUCIÓN ESTELAR

Galaxia Sombrero / Imagen cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America” , Thierry Demange, “Cap Nature”

ESTRELLAS Y MATERIA

Todas las estrellas se forman a partir de nubes de materia interestelar. La densidad del universo temprano no fue homogénea; así que dónde la aglomeración de materia fue mayor, la fuerza de gravedad fue lo suficiente para crear conglomerados gaseosos donde se aglutinó la materia para formar una estrella. La fuerza de gravedad es una fuerza central, atrae a la materia hacia su centro, por eso la Tierra, la Luna y el Sol son esferas. Una estrella se enciende cuando la densidad y temperatura en el interior son tan elevadas que inician reacciones termonucleares.

Durante el inicio de la expansión del universo, la energía del vacío fue la que se transformó en la materia.

De manera muy simplificada en los núcleos estelares se fusiona hidrógeno para formar helio. Cuando ocurre este proceso, parte de la masa de los átomos originales de hidrógeno se transforma en energía. Tal y como lo predijo Albert Einstein: E = mc2. E representa la energía creada, m la cantidad de masa que se transforma en energía y c2 es la velocidad de la luz al cuadrado. c2 es una constante, para todo fin práctico un número muy grande. La masa de un átomo de helio es menor que la de los átomos de hidrógeno que lo constituyeron. Así que una pequeña cantidad de materia se transforma en una cantidad enorme de energía. Es interesante notar que durante el inicio de la expansión del universo, la energía del vacío fue la que se transformó en la materia. Para comprender ese evento también aplicamos la fórmula E = mc2

Durante la mayor parte de su existencia, las estrellas brillan porque producen energía transformando hidrógeno en helio. Por ejemplo el Sol, que está a la mitad de su evolución, ha pasado 4 mil 600 millones de años fusionando hidrógeno en helio. Como mencionamos antes, para que haya reacciones termonucleares en las estrellas se requiere una densidad y temperatura elevadas, ya que los protones de hidrógeno deben unirse entre sí venciendo la fuerza de repulsión eléctrica que tiende a separarlos. Si disminuye la temperatura de una estrella, la tasa de reacciones baja y la estrella se contrae, así que aumenta su densidad y se eleva el número de reacciones termonucleares. Por esta razón, las estrellas como el Sol están en equilibrio, es decir producen la misma cantidad de energía durante miles de millones de años. 

La vida incipiente que se formó en la Tierra pudo evolucionar gracias a esta cualidad de las estrellas. Al mantenerse constante la radiación del Sol, la temperatura de nuestro planeta se ha mantenido en un rango tal que puede existir agua líquida y retener una atmósfera. Esto a su vez ha permitido los cambios graduales en los seres vivientes que han logrado pasar de organismos unicelulares a conjuntos de células de diversos tipos que se integraron para evolucionar hasta formarnos como mamíferos y seres humanos. Este proceso tomó 3 mil 800 millones de años y continuará al menos otros 4 mil 600 millones de años, mientras el Sol siga transformando cada segundo 4.3 toneladas de materia en energía. A menos que ocurra algún fenómeno catastrófico, por ejemplo que un objeto como la Luna impacte sobre la Tierra. Mientras tanto, los humanos seguiremos evolucionando. Hace tan sólo 150 mil años había todavía cromañones y neandertales, ahora somos homo sapiens sapiens. Sería fascinante poder observar las modificaciones de nuestra especie dentro de algunos millones de años.

Las estrellas fabrican en sus núcleos carbono, nitrógeno y oxígeno a partir de helio.

Cuando las estrellas agotan el hidrógeno de sus núcleos, comienzan a fusionar helio. En general, los átomos de helio tienen cuatro partículas en el núcleo: dos protones y dos neutrones. Así que si se fusionan cuatro átomos de helio obtendremos un átomo con 16 partículas en el núcleo: el oxígeno. Y si se fusionan tres obtendremos carbono 12. Existen isótopos tanto de hidrógeno como de helio. Así el deuterio tiene un protón y un neutrón y existen átomos de helio que tienen dos protones y un solo neutrón. Las estrella fusionan dos átomos de deuterio para formar uno de helio y diversos isótopos de helio para formar nitrógeno. Así, las estrellas fabrican en sus núcleos carbono, nitrógeno y oxígeno a partir de helio. Carbono, nitrógeno y oxígeno son los elementos más abundantes en el universo, después del hidrógeno y el helio. Por número de átomos el 90% de la materia común del universo es hidrógeno, el 8% helio y poco menos del 2% restante es carbono, oxígeno.

 

En los núcleos de las estrellas más masivas se fusionan los distintos desde el hidrógeno hasta llegar al hierro / Hall

Una vez que las estrellas más masivas han consumido todo el helio de sus núcleos, comienzan a fusionar los elementos del núcleo en elementos más pesados hasta llegar al hierro. Así forman silicio y neón por ejemplo.

Una vez que las estrellas más masivas han consumido todo el helio de sus núcleos, comienzan a fusionar los elementos del núcleo en elementos más pesados hasta llegar al hierro. Así forman silicio y neón por ejemplo. Para fusionar hierro en elementos más pesados se requiere de energía. Y por eso las reacciones termonucleares en los núcleos estelares no forman elementos químicos más allá del hierro.

Cuando las estrellas terminan su evolución pierden materia, ya sea por medio de vientos estelares o por explosiones. Cuando estallan lo hacen con tal fuerza que fusionan los núcleos atómicos para formar los elementos químicos más pesados. Dado que este proceso de formación de nuevos elementos es menor que el producido durante las reacciones termonucleares los elementos químicos más pesados que el hierro son los menos abundantes.

Las estrellas más masivas de todas explotan al final de su evolución, creando nuevos elementos, fusionando elementos preexistentes con neutrones durante el proceso. Gracias a esas explosiones existen sustancias como el plomo o el oro.

Conforme se suceden las generaciones estelares, el medio interestelar, las nubes de gas y de polvo donde nacerán las nuevas estrellas, poseen cada vez una mayor cantidad de elementos químicos distintos al hidrógeno y al helio que se formaron hace 13 mil 800 millones de años.

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Total eclipse over Ahu NauNau on Anakena beach, Rapa Nui (Easter Island) / Imagen cortesía © Stéphane Guisard, ‘Los Cielos de America’

LUZ

En general, los astrónomos no podemos viajar a los astros, así que realizamos la investigación analizando lo que nos llega del espacio, especialmente la radiación; de las que forman parte la luz visible y las ondas de radio. Los astrónomos suelen emplear telescopios para tomar imágenes y sobre todo para analizar el tipo de radiación que reciben. Por ejemplo, una estrella como el Sol produce luz de varios colores que podemos apreciar cuando vemos un arco iris. Cada astro produce una gama de colores distinta, dependiendo de su composición química, densidad, temperatura y velocidad. Así analizando la radiación, no sólo en luz visible sino en otras frecuencias como los rayos X, las microondas y las ondas de radio, podemos conocer las propiedades físicas de objetos tan diversos como estrellas, nubes interestelares y galaxias.

Para analizar la composición química en el universo se pueden emplear las nubes de gas brillante dónde están naciendo estrellas nuevas. Estas cunas de formación estelar suelen ser muy brillantes así que se pueden observar aunque estén a grandes distancias. En la Tierra se pueden analizar las gamas de colores, los espectros, de los gases incandescentes de distintos elementos químicos y conocer qué colores emiten, dependiendo de su temperatura. Podemos comparar las fuentes celestes con las terrestres y así determinar la composición química de las nubes de formación estelar.

Conocemos las propiedades de los astros mediante el análisis de la radiación electromagnética: temperatura, densidad, composición química, velocidad. Además, con las imágenes que tomamos de los astros, podemos determinar su distribución y así tener una idea del universo observable del que formamos parte.

El universo observable es una fracción minúscula del universo.

Sin embargo, sabemos que existe mucho más de lo que podemos observar. Pero mucho más. Y un ejemplo es la materia oscura. Sólo observamos la luz de los astros que logra llegar hasta nosotros, pero debido a la expansión del universo y a la inmensidad del cosmos, existen objetos celestes que jamás lograremos detectar. Es decir el universo observable es una fracción minúscula del universo. Algunas teorías modernas sugieren también que existen una multitud de universos: el megaverso o Universo con mayúscula. Estos universos se pueden estar creando continuamente, tener condiciones físicas distintas a las nuestras, incluso producir nuevos universos. Es decir nuestra ignorancia sobre el Universo es infinita, pero a pesar de ello, lo que conocemos es extraordinario.

VÍA LÁCTEA

Vía Láctea sobre San Pedro Mártir / Imagen cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America”

LAS GALAXIAS

Las galaxias son los conglomerados estelares por excelencia. El Sistema Solar forma parte de una galaxia espiral. Para imaginaros su tamaño, al Sol le toma 250 millones de años dar una vuelta en torno de su núcleo, desplazándose a una velocidad de 230 km/seg. En los brazos de las galaxias espirales hay regiones gigantes de formación estelar, por eso se ven tan espectaculares.

San Pedro Martir Observatory, BC, México / Time Lapse cortesía © Stéphane Guisard, 'Los Cielos de America'

En las regiones centrales de las galaxias espirales hay muchas más estrellas que en las orillas. Por lo tanto, en los núcleos galácticos la cantidad de elementos químicos nuevos creados por las estrellas, como el oxígeno, son más abundantes que en las regiones externas. Si se miden las abundancias de oxígeno y de helio en diferentes sitios de las galaxias, desde el centro hasta la orilla, llega un momento en el que la cantidad de oxígeno es nula. En cambio, el helio es el que tenía la galaxia cuando se formó y se encuentra en regiones donde no hubo formación estelar. Está la misma cantidad de helio con la que se aglutinaron las primeras nubes que se formaron en el universo, el helio primordial, el que se creó al inicio de la Gran Explosión.

¿Porqué es tan importante medir el helio? Porque la cantidad de helio que se formó al inicio de la expansión del universo depende de varios factores, entre otros qué tan rápida fue la expansión, la vida media de los neutrones y el número de familias de neutrinos. Es decir, si la expansión fue lenta, se formó mucho helio y si fue rápida poco, ya que se requiere un mínimo de densidad y de tiempo para que los protones se fusionen en helio. Además si un neutrón está fuera de un átomo, se desintegra, vive unos 883 segundos, forma un protón un electrón y un neutrino de cierto tipo, de determinada “familia”.

Así que si medimos la cantidad de helio primordial, conoceremos la velocidad de expansión del universo cuando tenía menos de 3 minutos de iniciada, la vida media del neutrón y el número de familias de neutrinos. Es decir, sabiendo utilizar los datos podemos obtener mucha información. Además nos muestra cómo se consolida el conocimiento. En los grandes aceleradores de partículas se generan neutrinos de varias familias y en los laboratorios de física se puede medir la vida media de un neutrón. Si coinciden los resultados obtenidos a partir de la astronomía con los de los experimentos de la física, sabremos que nuestro conocimiento de la naturaleza se consolida.

Resumiendo lo escrito hasta ahora. Hace 13 800 millones de años se crearon los protones a partir de energía. Conforme el universo se expandió se enfrió y lo sigue haciendo. Cuando el cosmos tenía 380 mil años de existencia, los protones capturaron los electrones, es decir se produjeron los primeros átomos neutros, el universo radiaba como una estrella de color rojo. No era perfectamente homogéneo, en las regiones de mayor densidad de formaron nubes de hidrógeno y de helio.

Conforme se sucedieron las generaciones estelares las nubes de materia interestelar cada vez tuvieron composiciones químicas con elementos distintos al hidrógeno y el helio.

Cuando estas nubes de gas se enfriaron lo suficiente se formaron las estrellas y transmutaron hidrógeno y helio en elementos nuevos como el oxígeno que respiramos o el carbono de las moléculas una flor. Las estrellas arrojaron al medio interestelar parte su materia, ya sea en forma de vientos como de explosiones violentas. En estas últimas se produjeron nuevos elementos.Conforme se sucedieron las generaciones estelares las nubes de materia interestelar cada vez tuvieron composiciones químicas con elementos distintos al hidrógeno y el helio. Los protones de estos átomos son los mismos que se formaron hace 13 mil 800 millones de años, que estuvieron en distintas nubes y en diferentes elementos químicos.

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Partial Sun Eclipse 11th September 2007 from Paranal Observatory / Imagen cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America”

EL SISTEMA SOLAR

Todas las estrellas se forman dentro de nubes de gas y de polvo. Las más masivas poseen unas cien masas solares, pierden la mayor parte de su materia en forma de vientos estelares. Las menos masivas tienen masas veinte veces mayores que la masa de Júpiter y son las que viven un mayor número de años pues consumen su combustible lentamente. El Sol produce reacciones termonucleares durante unos diez mil millones de años. En cambio las estrellas gigantes estallan al cabo de unos cuantos millones de años.

La gran mayoría de las estrellas nacen en grupos y forman planetas. Las primeras generaciones estelares no poseían planetas rocosos como la Tierra porque todavía no existían suficientes elementos químicos masivos. Así que mundos como Marte o Venus se formaron dentro de nubes que estaban enriquecidas con elementos químicos producidos dentro de estrellas, después de millones de generaciones estelares. Dentro de una nube de gas y polvo, cuando la fuerza de gravedad domina, en el centro, se forman una o varias estrellas con la mayor parte de la materia. Y con el material restante se integran los planetas.

Etapas de formación del Sistema Solar / Antonio Herreras, Son Ferrer

El sistema solar se formó hace cuatro mil quinientos millones de años dentro de una nube que giraba lentamente. Los objetos celestes suelen ser redondos como la Luna o el Sol, porque la atracción gravitacional es una fuerza central, atrae a todo hacia el centro del objeto. Pero si los astros giran, como los anillos de los planetas o las galaxias espirales, se aplanan; por cierto lo mismo le sucede a la falda de una bailarina cuando da vueltas. Así que los planetas forman un sistema aplanado en torno a nuestra estrella.

Los planetas se formaron en etapas sucesivas, primero se aglomeraron objetos pequeños que se fueron uniendo a otros hasta tener tamaños considerables. Mercurio, Venus, la Tierra y Marte son distintos al resto de los planetas, son más pequeños y están compuestos por rocas, no poseen anillos y tienen pocos satélites o ninguno. En cambio Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno tienen una composición química similar a la del Sol, son ricos en gases como el hidrógeno y el helio, seguidos de carbono, neón, nitrógeno y oxígeno. Estos mundos gigantes poseen anillos y multitud de satélites. Más allá de la órbita de Neptuno existen miles de objetos como Plutón, cuerpos congelados por explorar.

Estas circunstancias se deben a las condiciones en las cuales se formaron. El Sol recién nacido tenía una temperatura superior a la actual por lo tanto la mayor parte del material volátil en la vecindad solar se evaporó. Sólo sobrevivieron los sólidos, de allí que los planetas cercanos son pequeños y rocosos. Sustancias como el agua llegaron en gran parte después cuando cantidades enormes de cometas colisionaron con estos mundos.

Sustancias como el agua llegaron en gran parte después cuando cantidades enormes de cometas colisionaron con estos mundos.

POLVO DE ESTRELLAS

Milky Way and Echinopsis Atacamensis / Imagen cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America”

VIDA EN LA TIERRA

Una de las reflexiones más interesantes que nos podemos plantear es pensar sobre lo extraordinario que ha sido que evolucione la vida en la Tierra hasta llegar al presente y las transformaciones por las que ha pasado el universo hasta formar la Tierra, la vida y nosotros.

El origen de la vida en la Tierra / Carlos Briones, Centro de Astrobiología

Estamos compuestos de los átomos que fabrica el universo. Cada uno de nuestros protones se formó hace 13 mil 800 millones de años. Cuando el cosmos tenía 380 mil años de existencia, los protones atraparon a los electrones, integrando a los primeros átomos. Estos se aglomeraron en nubes donde nacieron las primeras estrellas. Estas crearon elementos fundamentales para la vida, como el carbono, que es un elemento extraordinario, ya que se combina con otros formando compuestos como las proteínas que son las que dan las instrucciones a nuestro cuerpo para que funcione de manera tan fascinante.

Nuestro cuerpo también posee átomos que se crearon durante las explosiones de supernova, como el yodo, por ejemplo, necesario para que funcione nuestra glándula tiroidea, o el fósforo y el potasio, para que nuestras neuronas se comuniquen entre sí y podamos pensar.

Toda la vida en la Tierra requiere de agua. Esta favorece el intercambio de sustancias. El 75% del cuerpo humano está formado por agua. Se piensa que la vida surgió en un medio líquido, en sitios poco profundos, con abundancia de minerales y una fuente de energía intensa, como la que producen el Sol, las tormentas eléctricas o los impactos de meteoritos. Los primeros seres viviente fueron muy sencillos, posteriormente evolucionaron hasta formar células. Las células humanas existen gracias a las simbiosis de organismos que en el pasado eran independientes. Por ejemplo las mitocondrias, que son las responsables de generar la energía celular empleando azúcar y oxígeno. Como dato interesante sólo existen siete tipos de mitocondrias y se heredan por parte de la madre. Por eso sabemos que todos descendemos de siete posibles “Evas” que habitaron en nuestro mundo hacer unos 150 mil años. En la Tierra, la vida está formada por cadenas de ácido desoxirribonucleico, lo que nos dice que toda tiene un mismo origen. Es por eso que seres vivos pueden vivir a expensas de otros o en simbiosis. 

Las células humanas existen gracias a las simbiosis de organismos que en el pasado eran independientes.

El lector entenderá entonces que los anuncios comerciales que prometen destruir el 99,9% de las bacterias, por fortuna mienten, pues sin ellas, entre otras muchas cosas, las mucosas de nuestro sistema respiratorio no podrían funcionar adecuadamente. Asimismo, se comprenderá por ejemplo como funciona un remedio, que aunque pueda parecernos desagradable, permite eliminar los cólicos de los bebés dándoles una pequeña cápsula con excremento de sus madres que contiene las bacterias que los críos necesitan para digerir los alimentos, producir menos gases y no tener dolor abdominal.

Los estudios de las simbiosis ahora han recuperado nueva fuerza pues el ADN no explica todas las funciones del cuerpo humano; se ha tenido a recurrir a los tres kilos de bacterias que conviven con los adultos y que le facilitan funciones tan importantes como la digestión o la buena condición de la piel de nuestra espalda.

Los átomos en la Tierra se reciclan. Por ejemplo el oxígeno que respiramos es producto de plantas verdes que se nutren de agua, bióxido de carbono y otras sustancia. Las corrientes de circulación de aire y del mar transportan las sustancias de un sitio a otro. Así que todos tenemos átomos que pertenecieron a Barrabás, Lutero y Moctezuma. Cuando llueve podemos imaginar que nos bañamos en historia.

Zodiacal Light and Milky Way / Time Lapse cortesía © Stéphane Guisard, 'Los Cielos de America'

Dentro de 4 mil 500 millones de años, el Sol terminará de consumir el hidrógeno en el núcleo e iniciará las reacciones termonucleares del helio, esto aumentará su temperatura y nuestra estrella se convertirá en una gigante roja, comenzará a perder materia en forma de viento y millones de años después crecerá tanto que se desprenderá de toda su atmósfera extendida, se convertirá en una nebulosa planetaria, en su centro estará una estrella enana blanca, el antiguo núcleo estelar, a una temperatura de decenas de miles de grados, rodeada de una magnífica nube de gases incandescentes multicolores.

Para entonces la Tierra se habrá evaporado y formará parte del gas de la nebulosa planetaria. Su materia avanzará por es espacio y se integrará a nuevas nubes de materia interestelar, donde posiblemente se formarán nuevos sistemas planetarios, con los mismos átomos que alguna vez estuvieron en nuestros cerebros.

Tal vez nosotros podríamos provenir de materia reciclada de otro tipo de vida que evolucionó en planetas que giraban en torno de estrellas como la muestra o mayores y ahora sus gases son parte de nosotros, después de todo, venimos de las estrellas.

PEXELS

VIDA EN OTROS PLANETAS

A principios de este siglo se descubrieron los primeros planetas extrasolares. La idea es sencilla. Cuando una estrella cercana se mueve, se puede notar su desplazamiento respecto de estrellas más lejanas. Así como se nota el movimiento de una ambulancia respecto al de los peatones. A principios de siglo las técnicas observacionales y los procesadores de datos, permitieron medir que algunas estrellas en lugar de tener trayectorias rectilíneas la tenían ondulantes, lo cual mostraba la presencia de una compañera, que al girar en torno suyo la desplazaba en distintas direcciones. Algunas de estas compañeras resultaron ser planetas extrasolares.

Como sabemos, para que haya vida en la Tierra se requiere de agua líquida. En el caso de nuestro mundo, esta existe porque tenemos una atmósfera y una fuente de calor. El Sol es la principal y las plantas verdes utilizan su radiación para transformarla en azúcar que es la base de alimentación de los animales y demás especies. Otra fuente de calor proviene del las chimeneas hidrotermales en el fondo submarino que emiten energía proveniente del interior de nuestro planeta y producen compuestos azufrados que son la base de la cadena alimenticia de los seres vivientes que habitan en su vecindad. También se requieren elementos químicos variados. Es decir que mundos que sólo tuviesen hidrógeno y helio, que se hubiesen podido formar durante el universo temprano, no podrían albergar vida como la conocemos.

Se han descubierto miles de planetas extrasolares, la gran mayoría son mundos del tamaño de Júpiter, lo cual es lógico porque perturban más el movimiento de su estrellas y son más sencillos de descubrir. De hecho existen varios planetas similares a Saturno, con anillos espectaculares, uno de ellos tiene un diámetro 200 veces mayor que el de nuestro vecino.

La manera de conocer las propiedades de un planeta extrasolar es analizar lo que sucede a la luz cuando pasa delante de su estrella. Con este fin se construyó el telescopio espacial Kepler. Cuando un planeta pequeño o grande, con o sin atmósfera o anillos, transita delante de su estrella oculta parte de su luz. Es al analizar este proceso que se puede conocer el diámetro y la composición química de la atmósfera del planeta, de sus satélites y sus anillos.

El telescopio Kepler se construyó para estudiar exoplanetas/ NASA, Troy Cryder

Se han descubierto mundos parecidos a la Tierra, con agua líquida, que giran en torno de estrellas más viejas que el Sol. Es decir que si allí hubiese civilizaciones habrían tenido mayor tiempo que la nuestra para desarrollarse y por lo tanto su tecnología podría ser más avanzada. ¡El problema es que si les mandamos señales de radio que viajan a la velocidad de la luz, que es la más alta que existe, tardaría cientos de años en llegar hasta allá, y si nos contestaran otro tanto en regresar!

En fin la ciencia es tan fantástica que ya encontraremos maneras de descubrir vida extraterrestre, será interesantísimo.

NUEVAS FRONTERAS

M45, The Pleiades Imagen cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America”

Un gran matemático, de los miles que han existido, Kurt Gödel probó que nuestro conocimiento siempre será incompleto. En otras palabras no tenemos acceso a la verdad absoluta. Puesto en términos no matemáticos, estamos limitados, no sólo por la carencia de suficientes sentidos e instrumentos, sino por la estructura misma del conocimiento. Sin embargo la ciencia ha llegado a verdades parciales esenciales, lo cual se traduce en tecnología e innovación.

Si tuviésemos más sentidos, tal vez podríamos tener más y mejores instrumentos. Hasta hace poco conocíamos el cosmos gracias a objetos sólidos que caen a la Tierra, como los meteoritos que nos indican la edad del Sistema Solar. Todas las rocas de la superficie terrestre son demasiado jóvenes para decirnos cuándo se formaron pues continuamente la tectónica de placas y el vulcanismo las renuevan. Los rayos cósmicos son átomos provenientes de sitios remotos de la galaxia. Y por supuesto, la radiación electromagnética, como la luz y las ondas de radio nos permiten conocer las propiedades de los astros: como su temperatura, velocidad y composición química. Ahora tenemos una nueva herramienta: las ondas gravitacionales. Estas se producen cuando existen cambios súbitos en la gravedad de algún sitio del cosmos, por ejemplo la colisión de dos agujeros negros, como lo predijo Albert Einstein hace poco más de un siglo.

Nos toca aceptar que nunca tendremos acceso a la verdad en su absoluta totalidad y que el conocimiento cambia todos los días. Sin embargo, cada vez podemos sorprendernos más sobre el ingenio humano el cual permite a nuestra especie saber tanto sobre el universo desde aquí, desde la Tierra. Y esto es posible gracias a un cerebro compuesto principalmente de átomos que estuvieron alguna vez dentro de otras estrellas: oxígeno, carbono, hidrógeno, calcio, fósforo, potasio, azufre, sodio, magnesio, hierro, etc.

Potencias de diez / © Ray & Charles Eames, Eames Foundation

A lo largo de este recorrido sólo hemos mencionado los elementos químicos que constituyen al ser humano; sin embargo una vez que se organizan son mucho más que la suma de todas ellas. Durante este siglo por fin estamos analizando el cerebro con técnicas no invasivas, descubriendo cómo funcionan las redes neuronales, no sólo cómo las distintas partes del cerebro controlan las diversas funciones, sino cómo trabaja nuestra mente, esta maravilla que ha aprendido a autoanalizarse y a explorar el universo. 

¡Y pensar que venimos de las estrellas!

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J.F.

Manos de Tierra / Andrés Pico”

AGRADECIMIENTOS

A Stéphane Guisard. Astrofotógrafo. Los Cielos de América

PORTADA

Another World At Night / Imagen cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America”

ÁTOMOS

NGC2997, Spiral Galaxy in Antlia constellation / Imagen cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America” , Thierry Demange,“Cap Nature”

EL UNIVERSO

La región Rho Ophiucus / Imagen cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America”
“Hierbas Buenas” Valley Petroglyphs / Time Lapse cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America”
Constelación de Orión pasando sobre el Castillo en Chichen Itzá Imagen cortesía © Stéphane Guisard, UNAM, INAH, “Los Cielos de America”
Constelación de Orión pasando sobre el Templo V en Tikal, Petén http://sguisard.astrosurf.com/Pagim/Tikal1.html#Picture5 / Imagen cortesía © Stéphane Guisard, INGUAT, MCDINAH, “Los Cielos de America”

LA EVOLUCIÓN ESTELAR

Galaxia Sombrero / Imagen cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America” , Thierry Demange, “Cap Nature”
Total eclipse over ahu NauNau on Anakena beach, Rapa Nui (Easter Island) / Imagen cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America”
Galactic Center at zenith at Paranal observatory / Time Lapse cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America”

VÍA LÁCTEA

Vía Láctea sobre San Pedro Mártir / Imagen cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America”
San Pedro Martir Observatory, BC, México / Time Lapse cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America”
Partial Sun Eclipse 11th September 2007 from Paranal Observatory / Imagen cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America”
All Sky Aurora above Great Slave Lake Yellowknife, Canada Time Lapse cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America”

POLVO DE ESTRELLAS

Milky Way and Echinopsis Atacamensis / Imagen cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America”
Zodiacal Light and Milky Way / Time Lapse cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America”

NUEVAS FRONTERAS

M45, The Pleiades Imagen cortesía © Stéphane Guisard, “Los Cielos de America”

Para citar este artículo:

Fierro, J. (2019). El cosmos en el cuerpo. OC:TL, [en línea], Vol.1 (Gran Angular-02). Accesible en: https://https://https://https://https://https://octl.mx/atomos [Consultado el 29 Dec. 2019].

ISSN: 23959-290

Créditos texto: Julieta Fierro para OC:TL. Obra bajo Licencia Creative Commons CC-BY-ND 2.5

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El autor

Julieta Fierro Gossman ■ Investigadora en el Instituto de Astronomía de la UNAM y Profesora de la Facultad de Ciencias. Miembro de la Academia Mexicana de la Lengua y Honorable Miembro de la Royal Astronomical Society de Canadá. Fue Directora General de Divulgación de la Ciencia de la UNAM. Recibió las preseas Kalinga de la UNESCO, Klumpke-Roberts de la Sociedad Astronómica del Pacífico, Primo Rovis del Centro de Astrofísica Teórica de Trieste, Sor Juana Inés de la Cruz de la UNAM, Medalla de la Sociedad Astronómica de México, entre muchos otros.

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