MIDIENDO EL UNIVERSO
ESCALA I : EL SISTEMA SOLAR

Por Miguel Guerrero

Una de las cosas que siempre me ha fascinado desde la niñez, ha sido el concepto de espacio. En aquella época ojeaba los atlas e intentaba asimilar las distancias que separaban mi ciudad (Gandía) con Valencia, Madrid, París, etc. Comencé a comprender y a tener unas referencias claras de las distancias al nivel de nuestro planeta. No tenía problemas para trabajar con cientos y miles de kilómetros, pero cuando el número tenía más de seis ceros la cosa se va complicando; cosa lógica, porque al nivel del planeta no se necesita hablar de millones de kilómetros. Para medir distancias en el universo los astrónomos utilizan varios patrones de medida. A nivel del sistema solar utilizan la unidad astronómica, que es la distancia media entre la Tierra y el Sol. El año luz (distancia que recorre la luz en un año). El “parsec” (a partir de las palabras “parallax” (paralaje) para el método que mide las distancias, y “second” (segundo) para el ángulo real), que corresponde a la distancia a la cual el ángulo entre la Tierra y el Sol es de sólo un segundo de arco y que resulta un valor que equivale a poco más de 30 billones de kilómetros o bien 3,26 años-luz. Múltiplos del “parsec” son el “kiloparsec”, equivalente a mil “parsec” y el “megaparsec”, equivalente a un millón. Cuando en nuestra ciudad intentamos medir las distancias entre las calles o la altura de los edificios, podemos conseguir medidas bastante aproximadas. Pero cuando salimos al campo o a la montaña y nos preguntan a qué distancia está un árbol, no somos capaces de dar una medida aproximada ya que las referencias no son tan familiares. De igual forma, cuando salimos de las distancias de nuestra Tierra y nos dicen que Plutón está a 5.900.000.000 de kilómetros, o que la estrella Deneb está a 1500 años-luz, nos quedamos indiferentes ante tales distancias.

Al tratar el tema del espacio, siempre nos encontraremos inevitablemente con una de las cuestiones que han hecho zozobrar a la conciencia humana: El infinito. En el espacio que conocemos siempre hay algo más pequeño y algo más grande. Una simple gota de agua contiene todo un mundo microscópico que a su vez se integra como una parte infinitesimal del universo. Constantemente la ciencia recoge el descubrimiento de una nueva partícula subatómica, cada vez más pequeña. En el otro extremo de la escala, la inexorable expansión del universo es superior a nuestra virtual capacidad de recorrerlo. Macrocosmos y microcosmos son parte siempre presente en la materia, y nosotros mismos formamos parte de ella.

El universo es el vacío salpicado por algunas motitas de lo que se llama “materia”. El gran físico nuclear Rutherford calculó que en 10 metros cúbicos de cobre sólo hay 1 milímetro cúbico de materia, y el gran astrónomo Eddington llegó a la conclusión de que nuestro cuerpo podría reducirse al tamaño de una mota de polvo sin perder peso. El resto del cuerpo es vacío. En efecto un átomo es un núcleo alrededor del cual dan vueltas, a considerable distancia, los electrones. Si el núcleo se hallase en Madrid, los electrones darían vueltas a la altura de Inglaterra o del desierto del Sahara.

Las condensaciones de materia constituyen un accidente excepcional en el vacío universal. Al agruparse, la materia dejó grandes espacios vacíos. Como vivimos cerca de una estrella, como pisamos un planeta mucho más denso que las estrellas, como nuestro cuerpo está hecho de carne, la materia nos parece la condición normal del universo. Grave error. El Universo, incluso en el seno de las galaxias, es un vacío en el cual flotan, muy separadas entre sí, algunas motitas de polvo. En efecto, como veremos más adelante las estrellas son motitas de polvo. ¿Qué supone el millón de kilómetros que mide el radio de las estrellas por término medio frente a los cuarenta billones de kilómetros que, también por termino medio, las separan entre sí. La primera cantidad es la cuarentamillonésima parte de la segunda.

Como hemos dicho, las estrellas son tan pequeñas en proporción a las distancias que las separan entre sí que si en nuestro imaginario viaje no contásemos con el punto de referencia que supone la viva luz que emiten, no tendríamos más que una remotísima probabilidad de encontrar una de ellas. Es decir, que si viajáramos de nuestra galaxia a la de Andrómeda y atravesáramos a mitad de camino una galaxia en la cual no brillaran las estrellas, la atravesaríamos sin darnos cuenta que era una galaxia.

Vamos a intentar hacer un viaje imaginario a través de las profundidades del espacio. En éste número nuestro viaje comenzará en nuestra estrella, atravesaremos las distintas órbitas de todos los planetas que componen el sistema solar. En próximos números nos acercaremos a nuestra estrella más próxima, atravesaremos nuestro vecino grupo de estrellas, continuaremos atravesando nuestra galaxia y seguiremos en dirección a la galaxia de Andrómeda. Para ello utilizaremos unas escalas de medida que nos permitirán reducir los planetas a pequeñas piedras y granos de arena.

Para comprender mejor las distancias en el espacio exterior he elegido tres escalas de medida. La primera, que se llamará “escala I” y que vamos a ver en éste número, nos servirá para que se puedan tener unas referencias claras de las distancias que nos separan de los distintos astros que componen el sistema solar así como sus diámetros. De esta forma podremos situar de una forma rápida y fácil cualquier cometa, asteroide, sonda espacial, etc. La segunda, que se llamará “escala II”, nos servirá para tener una idea de las distancias de nuestro sistema solar y su grupo vecino de estrellas. La tercera, “escala III”, nos dará una visión de nuestra galaxia, su grupo local, y los cúmulos de galaxias.

La escala I representa el sistema solar y será de 1: 100.000.000.000. Es decir, que un centímetro equivale a 100.000 Km. La razón por la cual he elegido ésta escala es para que la tierra y los planetas menores tengan un diámetro que sea mensurable. Así, el diámetro de la tierra tiene cerca de 1,2 milímetros y la distancia al sol es de casi 15 metros. Como ésta escala no podremos representarla en papel milimetrado, he creído conveniente situar esta escala del sistema solar en el Paseo Germanías de Gandía ya que es un lugar muy concurrido y nos permitirá darnos una idea de las distancias y diámetros planetarios mientras paseamos. Nuestro viaje en esta escala espacial comenzará con el Sol situado en el centro de la fuente que hay al principio del Paseo Germanías. Proseguiremos en dirección Oeste hacia el Hospital San Francisco de Borja, atravesando por el centro del paseo las distintas órbitas de los planetas del sistema solar. Las distancias del Sol a las órbitas planetarias serán las distancias medias ya que algunos planetas tienen una órbita muy excéntrica.

Vamos a intentar imaginar, desafiando algunas leyes de la física, que empezamos a crecer y crecer hasta que dejamos el Montdúber a la altura de nuestra rodilla. Seguimos creciendo y dando un solo paso llegamos a Valencia. Seguimos creciendo y la Tierra nos queda como un balón. Seguimos creciendo y por fin llegamos a nuestra escala y vemos a nuestros pies la Tierra tan pequeña como la cabeza de un alfiler. Seríamos tan grandes que podríamos abarcar el Sol con nuestras manos ya que para nosotros mediría 13.92 centímetros y lo tendríamos a una distancia de 14,9 metros. Ahora miramos a nuestro alrededor y vemos toda la inmensidad del espacio. Las estrellas y constelaciones apenas han variado, todo es casi igual como lo vería un astronauta en viaje a la Luna, pero sin las referencias de La Tierra y la propia Luna. Un dato curioso es que mientras crecemos veríamos que el tamaño angular del Sol no varía, ya que los ángulos no cambian con el aumento o disminución de las escalas. Si colocamos en cualquier sitio una pelota de aproximadamente 14 centímetros (el Sol) y nos alejamos de ella unos 15 metros (distancia que separa La Tierra del Sol), podremos comprobar cómo el tamaño angular del Sol es el mismo que el que observamos en la realidad. Ahora que somos tan grandes necesitamos unas referencias que nos sean familiares. Hay que aumentar a nuestro tamaño objetos que nos sirvan de referencia. ¿Qué mejor que el Paseo Germanías de Gandía?.

MAPA DE LA ZONA CENTRO DE GANDIA
Paseo Germanias

En este mapa están representados a escala la posición y tamaño de los planetas y del Sol.

Comenzamos nuestro paseo: En primer lugar tenemos al Sol con un diámetro de 1.392.000 kilómetros, que en nuestra escala corresponde a una bola de gas incandescente de 13,92 centímetros de diámetro y que situaremos en el centro de la fuente del Paseo Germanías.

Mercurio que está a 57.9 millones de kilómetros del Sol. Se situaría a 5 metros y 79 cm, es decir, justo en el borde que rodea la fuente. El diámetro de mercurio es de 4.878 kilómetros. Teniendo en cuenta que un milímetro representa 10.000 kilómetros, tenemos a Mercurio como un granito de arena de playa de casi ½ milímetro de diámetro.

Venus está a 108.2 millones de kilómetros y tendría un diámetro algo menor que la cabeza de un alfiler. Se situaría a 10.82 metros, es decir, en el centro de la primera travesía.

La Tierra se encuentra a 149.6 millones de kilómetros. Que corresponden a 14.9 metros y tendría como Venus un diámetro algo menor que la cabeza de un alfiler. Lo situaremos en el bordillo de la primera travesía.

Marte está a 227.9 millones de kilómetros. Representan en nuestra escala 22.7 metros y lo situaríamos en el centro del paseo a la altura de los primeros árboles que encontramos a ambos lados. Su diámetro sería el de un grano de arena de playa de algo más de ½ milímetro.

El cinturón de asteroides se encuentra a media distancia entre las órbitas de Marte y Júpiter. El diámetro de los asteroides no me he tomado la molestia de calcularlos ya que en esta escala en vez de un telescopio se necesitará un microscopio.

Júpiter está a 778.3 millones de kilómetros. Representan en nuestra escala 77.8 metros y se situaría a la altura de la Caja de Ahorros de Valencia. Su diámetro sería de 14.2 milímetros (una canica).

Saturno se encuentra a 1.429 millones de kilómetros. Representan 142 metros y se situaría la altura de la C.A.M.. Su diámetro sería de 12 milímetros.

Urano se encuentra a 2.875 millones de kilómetros. Representan 287 metros y se situaría a la altura del Banco Atlántico. Su diámetro sería de 0.51 centímetros (un guisante pequeño).

Neptuno se encuentra a 4.504 millones de kilómetros. Representan 450 metros y se situaría dentro de la zona ajardinada de la plaza de Cristo Rey, pero en el borde posterior que rodea la misma fuente. Su diámetro sería de 0.47 centímetros (un guisante pequeño).

Plutón se encuentra a 5.900 millones de kilómetros de media. Representan 590 metros y se situaría a la altura de la cervecería alemana. Su diámetro sería de 0.22 milímetros (apenas una mota de polvo).

¿Para qué nos sirve esta escala?. Para tener una idea de las distancias que nos separan de cualquier cometa, asteroide, sonda, etc. Por ejemplo: en el nº 21 de nuestra revista HUYGENS, Josep Julià nos da noticias sobre el asteroide 1999lm8 que es un PHA (Asteroide potencialmente peligroso) y que se aproximó a 8,5 millones de kilómetros. Pues bien, lo trasladamos a nuestra escala y nos resultan 85 cm. Sabiendo que La Luna se encuentra a unos 4 centímetros, nos da una idea de la aproximación de este asteroide con respecto a la tierra. También podemos ver como el cometa Hyakutake, que se aproximó a unos 15 millones de kilómetros de La Tierra, se transforma en una distancia de metro y medio. Otro dato interesante sería comparar a que distancia se encuentra actualmente la sonda “ Pioner”.
Por cierto, la estrella más cercana a la nuestra es el sistema triple de Alfa Centauro y su estrella principal se encuentra a 4.34 años luz. ¿ Sabríais en esta escala donde tendríamos que situarla?. Por supuesto que no la encontraríamos dando un paseo como hemos hecho hasta ahora. La solución en el siguiente número de HUYGENS.

TABLA DE ESCALAS PLANETARIAS

Vamos a intentar imaginar, desafiando algunas leyes de la física, que empezamos a crecer y crecer, dejamos el Montdúber a la altura de nuestra rodilla, seguimos creciendo y dando un solo paso llegamos a Valencia, seguimos creciendo y la Tierra nos queda como un balón, seguimos creciendo y por fin llegamos a nuestra escala y vemos la Tierra tan pequeña como la cabeza de un alfiler. Seríamos tan grandes que podríamos abarcar el Sol con nuestras manos ya que para nosotros mediría 13.92 centímetros y lo tendríamos a una distancia de 14,9 metros. Un dato curioso es que mientras crecemos veríamos que el tamaño angular del Sol no varía, ya que los ángulos no cambian con el aumento o disminución de las escalas. Si colocamos en cualquier sitio una pelota de aproximadamente 14 centímetros (el Sol)y nos alejamos de ella unos 15 metros (distancia que nos separa del Sol), podremos comprobar como el tamaño angular del Sol es el mismo que el que observamos en la realidad.

La unidad que forma toda la materia está prácticamente vacía. Siendo el vacío, por tanto, la característica predominante del mundo físico.

La concepción del espacio así como su percepción normal ha ido variando a lo largo de la historia de la humanidad. Nuestro concepto actual del espacio comienza a perfilarse durante el renacimiento. Anteriormente, en la edad media, las relaciones espaciales expresan la importancia de valores y símbolos. El tamaño traduce la importancia, por lo que no es inusual ver representados hombres de distintos tamaños dentro del mismo escenario en razón de su jerarquía.

La relación entre el hombre y el espacio viene definida por el fenómeno de la percepción. La concepción del espacio está hecha en base a la información que nos suministran nuestros sentidos y adaptada a nuestras propias escalas. Esto nos hace suponer que el espacio es tal y como nosotros lo percibimos. Nuestra concepción del espacio es antropomórfica. Le atribuimos características que son propias de la percepción humana. El espacio tiene tres dimensiones, porque este es el número de ellas que somos capaces de captar: largo, ancho y alto.

El ser humano concibe el espacio desde dos puntos de vista distintos. Por una parte percibe la existencia del espacio ajeno, y por otra tiene conciencia de su propio ser. Nuestro cuerpo es nuestro espacio. Sabemos que existimos porque nos sentimos dotados de una envoltura corporal. Todo ese amasijo de material orgánico lo percibimos como propio y diferenciado del resto de la materia viva o inerte. Yo existo porque siento mi cuerpo: la parte del espacio que me pertenece. Esto es un hecho patente, de hecho, es lo único de lo que podemos estar seguros. El resto de las cosas (lo que no es uno mismo) suponemos que existen y son de una determinada manera porque nuestros sentidos y nuestra inteligencia así nos lo hacen ver. Pero todo podría ser una mera ilusión.

El espacio es el soporte físico a toda forma inherente de toda forma de vida. Sabemos que existimos porque somos capaces de percibir los estados de la materia que conforma nuestro entorno y porque tenemos conciencia clara de formar parte de él. Cada uno de nosotros constituye una fracción mínima pero excepcional del universo.

En la escala II, 1 cm corresponde a 100 millones de kilómetros y nos servirá para tener una idea de las distancias en la vecindad de nuestro sistema solar e incluso de nuestra galaxia y su grupo local. En esta escala sí que nos cabe el radio del sistema solar en un “dina 2 milimetrado”. El diámetro del sol es de 0’139 milímetros y el de los planetas apenas es mensurable ya que 1 milímetro corresponde a 10 millones de kilómetros.

En la “escala II” vemos como el diámetro de la órbita de Plutón, que podemos considerar como el diámetro del sistema solar, ocupa un diámetro de 118 centímetros.

En 1840, gracias a unas mediciones efectuadas desde el cabo de Buena Esperanza, se descubrió que el valor de la paralaje anual de alfa Centauro era nada menos que de 3,75”, lo cual significa que la distancia que nos separa de esta estrella es apenas de 4,35 años luz. En nuestra escala se situaría a 3’973 kilómetros. Su diámetro sería de cerca de 0’1 milímetro.

Sirio que es la estrella más brillante de la bóveda celeste se encuentra a 8’6 años luz de nosotros y su diámetro es 1’8 veces el del Sol. En nuestra escala lo situaríamos a 8’1 kilómetros (Oliva) y tendría un diámetro de 0’25 milímetros.

Altair está a 16 A. L. Se situaría a unos 15 kilómetros (Pego) y tendría un diámetro de 0’22 milímetros.

Vega está a unos 25 A. L. Se situaría a 23’5 kilómetros (cerca de Denia) y tendría un diámetro de 0’348 milímetros.

Para medir la distancia de Rígel, se ha utilizado el método espectroscópico, es decir, el estudio de su espectro, que es de tipo B8. A este espectro corresponde una luminosidad absoluta 50.000 veces mayor que la del Sol. Confrontando este valor con la luminosidad aparente de Rígel, se deduce una distancia de nosotros de unos 900 A. L. ¿ Qué dimensiones puede tener esta estrella?. Por el color azulado de su luz, es posible calcular una temperatura superficial de alrededor de 10.000 grados. Pese a esta elevada temperatura, por la cual 1 cm.2 de la superficie de la estrella emite casi 20 veces más luz que 1 cm.2 de la superficie del Sol, es preciso que Rígel tenga un radio aproximadamente 65 veces superior al solar para irradiar toda la energía que produce en su interior. En nuestra escala se situaría a 851’4 kilómetros y tendría un diámetro de 1’670 centímetros.

El diámetro de Ras Algethi fue medido en los años 20: se obtuvo un valor de 0,03, que a la distancia de 430 años luz corresponde a 420 diámetros solares. En nuestra escala lo situaremos a 406’78 kilómetros, y su diámetro sería de 5’8 centímetros.

Nuestra galaxia tendría unos 94.000 kilómetros de diámetro y abarcaría unos 8 diámetros terrestres como vemos en el dibujo. La galaxia de Andrómeda estaría una 6 veces más alejada que la luna y como ya hemos visto anteriormente los campos angulares no varían, y veríamos la galaxia con el mismo diámetro angular que la vemos en realidad.

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Por todas parte aparecen estrellas y más estrellas (blancas, amarillas, azuladas, rojizas, lilas, anaranjadas, grandes pequeñas, más o menos brillantes). Y comprobamos de nuevo que la materia sólo constituye condensaciones aisladas entre sí. En comparación con las distancias que medían entre ellas, las estrellas son de tamaño extraordinariamente reducido; para medirlas hay que echar mano del viejo kilómetro. Su diámetro oscila generalmente del millón a la decena de millones de kilómetros, aunque las hay enanas, más pequeñas que la Tierra. Otras son de proporciones tales que si las colocásemos en el lugar que ocupa la Tierra en el sistema solar englobarían la órbita de la Tierra en torno al Sol, e incluso la de Marte; las de mayor tamaño llegarían a abarcar la de Júpiter.

Cuando miramos al cielo y vemos las estrellas, sólo vemos una parte pequeña de los doscientos mil millones de estrellas que componen nuestra galaxia. La razón es que estamos en una zona exterior de nuestra galaxia y las nubes de polvo y masificación de estrellas nos impiden observar el centro de la Vía Láctea y la parte opuesta. Si embargo podemos ver miles de galaxias. Para comprenderlo mejor imaginemos un árbol enorme con millones de hojas y nosotros colocados a 2 o 3 metros en la parte exterior de una gran rama. Las hojas serían las estrellas de esta enorme galaxia que es el árbol. Si mirásemos hacia el interior del árbol la espesura de las hojas nos impedirían ver el tronco y las montañas de la parte opuesta, pero si miramos hacia el exterior podríamos observar entre algunas hojas algunos árboles (galaxias) lejanos.

Si saliéramos de nuestro árbol y nos pusiéramos a andar en dirección a otro árbol de una lejana montaña tendríamos la sensación de que no nos acercamos hacia él. Pues bien, aunque navegásemos a la velocidad de la luz durante toda nuestra vida, no tendríamos la sensación de que nos aproximamos a las galaxias.

En los 3.600 segundos de que se compone una hora la luz recorre 1.080.000.000 de kilómetros. En un día, en 24 horas, recorre, por tanto, cerca de 26.000.000.000. Estas cifras, sin embargo, nos dejan indiferentes. ¿Qué sentido tendrá, en consecuencia, calcular la distancia que recorre la luz en un año? Lo tiene en la medida en que el año de luz (9.461.000.000.000 de Kilómetros) es la unidad que nos permite medir el universo. ¡Y pensar que nos veremos obligados a multiplicar esta unidad por millones y millares de millón