martes, 29 de septiembre de 2009

El misterioso Jápeto

(Publicado originalmente en Madrid Sindical)

Jápeto, el tercer satélite de Saturno por tamaño, ha intrigado a los astrónomos desde que fue descubierto por Giovanni Cassini en 1671. Jápeto tiene un diámetro medio de unos 1.500 kilómetros y gira alrededor de Saturno en algo menos de 80 días. Todo en este satélite es raro, empezando por su órbita. Jápeto es, entre los satélites mayores de Saturno, el más alejado del planeta con diferencia: su distancia a Saturno, unos tres millones y medio de kilómetros, es el triple que la de Titán, el satélite grande más próximo. Además, su órbita está inclinada más de 15º respecto al Ecuador de Saturno, mientras que en los demás satélites mayores esta inclinación es casi nula.

Jápeto está formado en su mayor parte por hielo, con una pequeña proporción de materiales rocosos. Su superficie está marcada por enormes cráteres. El más grande tiene 580 kilómetros de diámetro y está rodeado por un empinado escarpe de 15 kilómetros de altura; su superficie constituye casi la décima parte de la superficie total del satélite. Así, no es de extrañar que pese a su tamaño relativamente grande, la forma de Jápeto sea irregular, no esférica.

Ya en el siglo XVII, Cassini se dio cuenta de que un hemisferio de Jápeto es mucho más oscuro que el otro. Esta característica, confirmada después por las imágenes de las sondas Voyager 2 y Cassini/Huygens, fue aprovechada por Arthur C. Clarke en su novela 2001, una odisea espacial, en la que Jápeto desempeña un papel fundamental que no voy a desvelar aquí. Desgraciadamente, la versión cinematográfica de la novela trasladó la acción de Saturno a Júpiter por razones técnicas: en la época no era posible recrear convincentemente los anillos de Saturno.

El hemisferio oscuro de Jápeto sólo refleja alrededor del 4% de la luz que recibe, y su color es pardo rojizo; el otro hemisferio, sin embargo, refleja más del 50%. Se cree que en la región oscura el hielo está cubierto por una sustancia orgánica de origen desconocido; se supone que dicha sustancia procede del material expulsado al espacio por la colisión de un enorme meteorito con otro satélite de Saturno, posiblemente Febe o Hiperión. Dado que Jápeto es un satélite síncrono, como nuestra Luna, siempre muestra la misma cara a Saturno; por la misma razón, en su movimiento a lo largo de su órbita el hemisferio oscuro se sitúa siempre en el sentido de avance del satélite, y el claro en el opuesto. Si el material oscuro procede del exterior de Jápeto, es lógico que se haya acumulado fundamentalmente en ese hemisferio, el delantero, que “barre” el espacio ocupado por la órbita del satélite. Tras la acumulación del material en un pasado lejano, se produjo un fenómeno de “segregación térmica”: la zona oscura absorbe más calor que la zona clara, por lo que se produce en ella más evaporación de hielo de agua, que posteriormente se condensa en la zona clara, más fría. Así, la zona oscura se ha hecho más oscura con el paso del tiempo, y en la clara se ha acumulado más hielo brillante.

Por si todo esto no fuera ya suficiente rareza, el 31 de diciembre de 2004 la sonda Cassini/Huygens descubrió que la zona ecuatorial del hemisferio oscuro está recorrida por una cordillera rectilínea de unos 20 kilómetros de ancho y 13 de alto, que se extiende como una rebaba a lo largo de 1.300 kilómetros. Esta cordillera ha sido bautizada con el nombre de “montes de Toledo”. Es una cordillera antigua, llena de cráteres; algunos picos alcanzan los 20 kilómetros de altura. Los montes de Toledo no se extienden a la zona clara, pero allí también se ha encontrado una serie de altas montañas aisladas a lo largo del Ecuador. Esta cordillera ecuatorial da a Jápeto el aspecto de una nuez. Aunque se han propuesto varias teorías para explicar su formación, ninguna es completamente satisfactoria. Jápeto se resiste a desvelar sus secretos.

jueves, 24 de septiembre de 2009

La cavitación (3): Pseudocavitación

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Al igual que el punto de ebullición, también la solubilidad de un gas en un líquido varía con la presión. A mayor presión, más gas se puede disolver en un volumen dado. Por eso, cuando se destapa un refresco con gas, que está embotellado a presión, el gas no puede permanecer disuelto y se libera en forma de burbujas. Aunque la causa, la disminución de presión, y el efecto, la liberación de burbujas de gas, son los mismos que en la cavitación, no se trata estrictamente del mismo fenómeno, puesto que el líquido en sí no se ve afectado. Aunque en muchas obras de divulgación se confunden, es éste un fenómeno distinto, llamado pseudocavitación.

La pseudocavitación se puede observar en las plantas vasculares, sobre todo si superan el medio metro de altura. La disminución de presión en la parte superior de los conductos que llevan el agua desde las raíces hasta las hojas, producida por la evaporación del agua en éstas últimas y responsable en parte de la succión que hace ascender el agua, puede provocar que el aire disuelto en ésta se libere en forma de burbujas, lo que puede interrumpir la columna de agua y provocar en ciertos casos la muerte de la planta. En algunos árboles, sobre todo en verano, el sonido de la cavitación en sus tejidos es claramente audible. La caída de las hojas de los árboles caducifolios en otoño también está provocada en parte por la pseudocavitación: Con el descenso de temperaturas, el aire se vuelve menos soluble en el agua y es más fácil la formación de burbujas y la interrupción del suministro de agua a las hojas, por lo que éstas se secan.

Otro caso de pseudocavitación es el crujido de los nudillos. En las articulaciones móviles, los huesos no rozan unos contra otros, sino que están separados por una cápsula llena de un líquido, llamado líquido sinovial, que sirve de lubricante. Al forzarse la articulación, la cápsula sinovial se dilata; el descenso de presión en el líquido sinovial no es suficiente para que éste se vaporice, pero sí para que se libere el aire que lleva disuelto. La explosión de las burbujas es la que produce el crujido de los nudillos, y también de otras articulaciones, que algunas personas parecemos a veces castañuelas andantes. Una vez que los gases se han liberado, hay que esperar unos minutos para que se disuelvan otra vez; por eso no es posible hacer crujir el mismo nudillo dos veces seguidas. Ésta es una diferencia importante con la cavitación: En ésta, la implosión de las burbujas resulta en la licuefacción instantánea del vapor, por lo que el fenómeno se puede repetir inmediatamente. A propósito del crujido de los nudillos, los escasos estudios médicos realizados al respecto no se ponen de acuerdo sobre la inocuidad de esta costumbre, así que, como con tantas cosas, es mejor no abusar.

En el ser humano, el crujido espontáneo de una articulación puede ser indicio de alguna lesión. Sin embargo, en varias especies de ciervos y antílopes, como el eland (Taurotragus), el crujido de las articulaciones de las patas cuando caminan es la norma.

Hay un animal, al menos, que posiblemente saca partido de la pseudocavitación. Se trata del rorcual común (Balaenoptera physalus). El rorcual común, que puede medir hasta 27 metros de longitud, es un cetáceo filtrador, que se alimenta de peces, crustáceos y calamares engullendo grandes cantidades de agua que luego filtra con las barbas de sus mandíbulas. Sin embargo, aún no se ha podido explicar cómo hace el rorcual para evitar que sus presas, ágiles y activas, escapen antes de que se cierre la boca. Los experimentos realizados con mecanismos artificiales de tamaño y forma similar son incapaces de capturar nada.

Los balleneros han comprobado que, al abrir las mandíbulas de un rorcual muerto para desmembrarlo, se produce un estruendo sordo, seguido del sonido de un golpe seco procedente del extremo de las mandíbulas inferiores, que se propaga por toda la mandíbula y la hace vibrar. (En los rorcuales, a diferencia del resto de los mamíferos, la mandíbula inferior está formada por dos huesos, conectados por una cápsula sinovial en el mentón.) Al abrir la boca, los huesos de la mandíbula del rorcual tienden a separarse, así que la explicación más plausible para esos sonidos es la pseudocavitación en la cápsula sinovial. También en los rorcuales vivos se han escuchado sonidos parecidos cuando se alimentan; es posible que los sonidos causados por pseudocavitación en el extremo de la mandíbula le sirvan al rorcual común, y quizá también a otras especies de rorcuales, para espantar a sus presas hacia el interior de la boca y evitar que escapen.

lunes, 21 de septiembre de 2009

La cavitación (2): En la naturaleza

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También en la naturaleza se produce cavitación, que afecta a algunos animales acuáticos. Para los nadadores rápidos, como los delfines y los atunes, la cavitación constituye una limitación en la velocidad que pueden alcanzar. Los delfines evitan nadar tan rápido como podrían por el dolor que les provoca el colapso de las burbujas de cavitación en las aletas, llenas de terminaciones nerviosas; los atunes, por su parte, no se ven afectados por ese problema, pero ven limitada de todos modos su velocidad por la pérdida de eficiencia que provocan las burbujas.

Otras especies animales han conseguido aprovechar la cavitación en su beneficio: dos grupos de crustáceos, los alfeidos o camarones armados y algunos estomatópodos -grupo al que pertenece la sabrosa galera (Squilla mantis)-, utilizan burbujas de cavitación para cazar.

En los crustáceos estomatópodos, las dos patas delanteras están más desarrolladas que las demás, y terminan en forma de mazo o de cuchilla; el animal las lleva dobladas debajo del cuerpo, en una postura semejante a la de una mantis religiosa. Para cazar, despliegan rápidamente sus patas y golpean a su presa; pueden infligir graves daños a presas mucho más grandes que ellos. Los estomatópodos dotados de mazos pueden desplegar éstos con una velocidad de hasta 23 metros por segundo, suficiente para generar burbujas de cavitación. Así, la presa recibe dos impactos: primero el del mazo e inmediatamente después el de las burbujas de cavitación. Incluso si el primer golpe falla, la onda de choque generada por la cavitación puede por sí sola matar o atontar a la presa.

Los camarones armados han llevado el uso de la cavitación aún más lejos. Tienen la pinza de un lado más grande que la del otro, y con ella producen un chasquido tan violento que genera burbujas de cavitación con una presión tan grande que puede matar peces pequeños a unos centímetros de distancia. De hecho, los camarones armados están entre los animales más ruidosos del océano. El arma de los camarones armados es tan importante para ellos que son capaces de invertir sus pinzas: Cuando un camarón pierde su pinza grande, en su lugar crece una pequeña, y la pinza pequeña original crece también para reemplazar lo antes posible la pinza grande perdida.


jueves, 17 de septiembre de 2009

La cavitación (1): Cavitación y supercavitación

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La temperatura de ebullición de un líquido depende de la presión. Es el principio que explica el funcionamiento de la olla a presión: Al estar cerrada herméticamente, el calentamiento del aire que contiene hace aumentar la presión, de manera que el agua no hierve hasta los 120º; a esa temperatura, los alimentos se cocinan mucho más deprisa. A la inversa, en la cima del Everest, donde la presión atmosférica es tan baja que el agua hierve a 71º, es muy difícil cocinar; por ejemplo, según el libro Tortilla quemada, del químico Claudi Mans, para hacer un huevo duro allí habría que cocerlo durante más de media hora.

Cuando un objeto se mueve a gran velocidad en un líquido, de acuerdo con el principio de Bernoulli, se produce una disminución de la presión. Puede ocurrir que esa disminución sea tanta que se alcance el punto de ebullición; entonces, el líquido se vaporiza en una estela de burbujas; es el fenómeno conocido con el nombre de cavitación. Las burbujas, rodeadas de líquido a mayor presión, se comprimen rápidamente, de manera que su temperatura y presión aumentan, hasta que colapsan violentamente liberando energía en forma de luz (sonoluminiscencia) y de ondas de choque; en ese momento, la temperatura del vapor puede alcanzar varios miles de grados, con una presión de cientos de atmósferas.

La cavitación suele ser un fenómeno indeseable: la formación de las burbujas disminuye la eficiencia de mecanismos como hélices, motores y bombas de agua, y la energía liberada en su implosión provoca ruido, vibraciones, desgaste y corrosión en los materiales. En la ingeniería naval se trata de evitar este fenómeno para conseguir barcos y submarinos más silenciosos y duraderos.

Cuando la velocidad del objeto en el líquido es muy alta, la burbuja de vapor puede llegar a englobarlo completamente, de manera que el objeto, literalmente, "vuela" dentro de ella; es lo que se llama supercavitación. La supercavitación reduce enormemente el rozamiento sufrido por el objeto, puesto que la resistencia al movimiento que opone el vapor es mucho menor que la que opone el líquido. Desde la Segunda Guerra Mundial se han desarrollado varios tipos de armamento basados en la supercavitación, como misiles y proyectiles aire-mar, pistolas y rifles de asalto submarinos, y sobre todo torpedos; el torpedo ruso VA-111 Shkval y el Hoot iraní (probablemente copiado del primero) alcanzan una velocidad de 370 km/h, y los constructores del Barracuda alemán afirman que éste llega a los 800 km/h. No sé los alemanes, pero los rusos, y los iraníes, "hacen trampa": el torpedo, propulsado por un cohete, puesto que una hélice no sería eficaz dentro de una burbuja de vapor, desvía parte de los gases de escape hacia el morro para agrandar la burbuja de cavitación.

Existe otro tipo de cavitación, en el que las burbujas se producen mediante ondas sonoras; así funcionan la litotricia extracorpórea, el método de destrucción de las piedras del riñón con ultrasonidos, y los dispositivos de limpieza ultrasónicos, en los que una fuente de ultrasonidos produce millones de minúsculas burbujas de cavitación en un fluido para arrancar la suciedad de objetos delicados, como joyas, instrumentos ópticos y quirúrgicos, relojes, componentes electrónicos, etc.

domingo, 13 de septiembre de 2009

Cincuenta años de la llegada a la Luna (de los rusos)


Hace cincuenta años, llegó a la Luna por primera vez en la historia una nave espacial. Se trataba de la sonda soviética Luna-2.

Luna-2 fue la primera misión lunar exitosa. Se estrelló, como estaba previsto, en el Palus Putredinis, una región del centro de la cara visible de la Luna, el 13 de septiembre de 1959 a las 21:02 UTC. Había sido lanzada desde el cosmódromo de Baikonur, en Kazajistán, el día anterior. Durante su viaje a la Luna, a 113.000 kilómetros de la Tierra, la fase superior del cohete lanzador liberó una nube de vapor de sodio cuyo brillo permitió a los científicos soviéticos seguir la trayectoria de la nave, además de constituir por sí misma un experimento sobre el comportamiento de los gases en el espacio.

Luna-2, una esfera de 90 centímetros de diámetro y 390 kilos de peso, llevaba varios instrumentos encargados de recoger datos científicos durante su viaje: detector de centelleo y detector de Cherenkov para la detección de partículas, contador Geiger, magnetómetro y detector de micrometeoritos. También llevaba dos esferas que al romperse en la colisión esparcieron por la superficie de la Luna cintas y emblemas soviéticos.

Sus principales resultados científicos fueron la confirmación de la detección del viento solar, que había realizada previamente por Luna-1, y el descubrimiento de que la Luna carece de campo magnético apreciable y de cinturones de radiación. También realizó mediciones en los cinturones de Van-Allen.

sábado, 12 de septiembre de 2009

Centenario del caucho sintético


Hace cien años, el químico alemán Fritz Hofmann patentó el primer caucho sintético, producido mediante la polimerización de dienos conjugados. Los dienos son hidrocarburos con dos enlaces dobles de carbono; en los dienos conjugados, los enlaces dobles están separados por un enlace sencillo, como en el 1,3-butadieno de la imagen. La polimerización es un proceso químico que permite sintetizar grandes moléculas (polímeros) a partir de unidades más pequeñas.

El caucho sintético permitió hacer frente a la creciente demanda de la industria del neumático. Así, aunque por un lado se evitó la destrucción de incontables hectáreas de selva tropical para el cultivo del árbol del caucho, por otro lado se propició la aparición y la expansión de la moderna civilización del automóvil. No sé si salimos ganando.



También se cumplen hoy cincuenta años del estreno de Bonanza, la primera serie de televisión en color.

jueves, 10 de septiembre de 2009

Científicos olvidados: George Bentham


Hoy se cumplen 125 años de la muerte del botánico inglés George Bentham.

George Bentham, hijo del ingeniero naval sir Samuel Bentham y sobrino del filósofo Jeremy Bentham, nació en Stoke, cerca de Portsmouth, el 22 de septiembre de 1800. Aunque no asistió a la escuela, tenía unas extraordinarias dotes intelectuales, y a los siete años ya hablaba francés, alemán y ruso. Poco después aprendió sueco durante una corta estancia en Suecia. Más tarde, su familia se estableció en Francia, donde estudió hebreo y matemáticas.

El interés de Bentham por la botánica comenzó como una aplicación práctica de los métodos lógicos desarrollados por su tío, cuando llegó a sus manos un ejemplar de la Flora francesa del botánico suizo Augustin Pyrame de Candolle. En 1826 comenzó a trabajar como secretario de su tío. Las herencias de su padre, muerto en 1831, y de su tío, fallecido el año siguiente, le proporcionaron una modesta independencia económica que le permitieron dedicarse por completo a sus aficiones: la botánica, la jurisprudencia y la lógica.

En 1826, Bentham publicó su Catalogue des plantes indigènes des Pyrénées et du Bas Languedoc, fruto de una cuidadosa exploración de los Pirineos en compañía del botánico escocés George Arnott Walker-Arnott. Un año más tarde, publicó Outline of a new system of logic, with a critical examination of Dr Whately’s Elements of Logic, en el que expuso por primera vez el principio de cuantificación del predicado, uno de los avances más importantes en lógica abstracta desde los tiempos de Aristóteles.

En los años 1830 visitó todos los herbarios europeos y publicó varias obras de botánica. En los años 1840 colaboró con de Candolle en su Prodromus Systematis Naturalis Regni Vegetabilis.

En 1855 se estableció en Londres, y comenzó a trabajar en los Reales Jardines Botánicos de Kew. En 1861, comisionado por el gobierno británico, publicó Flora Hongkongensis, el primer catálogo exhaustivo de la flora de China y de Hong Kong. Siguieron entre 1863 y 1878 los siete volúmenes de la Flora Australiensis, el primer catálogo completo de la flora de un continente. En 1883, con la colaboración de Joseph Dalton Hooker, culminó su obra magna, Genera Plantarum, comenzada en 1862. Pero su obra más conocida fue Handbook of the British flora (1858).

Bentham recibió la Medalla Real de la Real Sociedad de Londres en 1859, y fue elegido miembro de la misma en 1862. Entre 1861 y 1874 fue presidente de la Sociedad Linneana de Londres. Recibió la Orden de San Miguel y San Jorge en 1878 y, un año más tarde, la medalla Clarke de la Real Sociedad de Nueva Gales del Sur. Murió en Londres el 10 de septiembre de 1884.

jueves, 3 de septiembre de 2009

El cocodrilo desubicado

(Publicado originalmente en Madrid Sindical)

Desde pequeños nos han enseñado en el colegio que los vertebrados se dividen en cinco grupos: mamíferos, aves, reptiles, anfibios y peces. Aún hoy en día, por lo que veo en los libros de texto escolares que llegan a mis manos, se sigue manteniendo esa clasificación. Pero la taxonomía, la ciencia que se encarga de la clasificación de los seres vivos, ha avanzado mucho en los últimos años.

Actualmente, la taxonomía se basa en el método cladístico, que da más importancia a las relaciones de parentesco evolutivo entre las especies que a sus semejanzas anatómicas superficiales. En este sistema de clasificación, se define el grupo al que pertenecen dos seres vivos cualesquiera como aquél que está formado por el más cercano antepasado común de ambos y todos los descendientes de éste. Por ejemplo, si queremos mantener el grupo tradicional de los reptiles, éste debe incluir no sólo a las tortugas, lagartos y cocodrilos, sino también a los dinosaurios y a sus descendientes, las aves. Porque resulta que los parientes vivos más cercanos de los cocodrilos no son los lagartos, sino las aves.

De hecho, examinando su árbol evolutivo, los vertebrados terrestres actuales deberían dividirse en cinco o seis grupos separados: anfibios, mamíferos, quizá tortugas (la posición de este grupo en el árbol es dudosa), lepidosaurios (lagartos y serpientes), cocodrilos y aves. Y eso, dejando de lado los peces, que necesitan otros tantos grupos para ellos solos.

¿En qué se basan los científicos para afirmar el parentesco entre aves y cocodrilos? Del estudio de los fósiles y de las especies vivientes, han obtenido una serie de caracteres comunes que los diferencian de los demás vertebrados. Sin entrar en detalles sobre algunas características muy específicas del esqueleto, podemos citar el corazón de cuatro cámaras y la presencia de un talón marcado (que también evolucionaron independientemente en los mamíferos), la división del estómago en dos compartimentos (el primero de ellos, en las aves, es la molleja), la reducción del quinto dedo del pie y la presencia de varias aberturas características y de senos, cavidades llenas de aire, en el cráneo.

La semejanza de los cocodrilos con los lagartos sólo es un accidente histórico. De hecho, a lo largo de su historia, el grupo de los cocodrilos ha sido mucho más diverso que hoy en día; entre las especies fósiles hay pequeños cocodrilos bípedos, cocodrilos corredores con pezuñas o ventosas en las patas, o con aspecto de galgo o de coyote, cocodrilos marinos con patas palmeadas y cola aplanada, cocodrilos herbívoros de hocico corto erguidos sobre sus patas, etc. Si hoy en día todos los cocodrilos son grandes lagartos reptantes semiacuáticos es porque, primero los dinosaurios y después los mamíferos, les hemos ido sustituyendo en todas las demás posiciones ecológicas. Y a la inversa, a lo largo de las eras geológicas han existido especies muy semejantes a los actuales cocodrilos, pero que evolutivamente no tenían nada que ver con ellos: el anfibio Koolasuchus, el cetáceo primitivo con patas Ambulocetus, y varias estirpes independientes de reptiles, como los coristoderios y los fitosaurios. Este fenómeno, llamado evolución convergente, se explica porque la anatomía de los cocodrilos actuales, como la de aquellos otros animales, está perfectamente adaptada a su modo de vida de carnívoros semiacuáticos.