Primera edición, 2005
Primera reimpresión, 2011
Primera edición electrónica, 2011
La Ciencia para Todos es proyecto y propiedad del Fondo de Cultura Económica, al que pertenecen también sus derechos. Se publica con los auspicios de la Secretaría de Educación Pública y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología.
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ISBN 978-607-16-0337-1
Hecho en México - Made in Mexico
La Ciencia para Todos
Desde el nacimiento de la colección de divulgación científica del Fondo de Cultura Económica en 1986, ésta ha mantenido un ritmo siempre ascendente que ha superado las aspiraciones de las personas e instituciones que la hicieron posible. Los científicos siempre han aportado material, con lo que han sumado a su trabajo la incursión en un campo nuevo: escribir de modo que los temas más complejos y casi inaccesibles puedan ser entendidos por los estudiantes y los lectores sin formación científica.
A los diez años de este fructífero trabajo se dio un paso adelante, que consistió en abrir la colección a los creadores de la ciencia que se piensa y crea en todos los ámbitos de la lengua española —y ahora también del portugués—, razón por la cual tomó el nombre de La Ciencia para Todos.
Del Río Bravo al Cabo de Hornos y, a través de la mar Océano, a la Península Ibérica, está en marcha un ejército integrado por un vasto número de investigadores, científicos y técnicos, que extienden sus actividades por todos los campos de la ciencia moderna, la cual se encuentra en plena revolución y continuamente va cambiando nuestra forma de pensar y observar cuanto nos rodea.
La internacionalización de La Ciencia para Todos no es sólo en extensión sino en profundidad. Es necesario pensar una ciencia en nuestros idiomas que, de acuerdo con nuestra tradición humanista, crezca sin olvidar al hombre, que es, en última instancia, su fin. Y, en consecuencia, su propósito principal es poner el pensamiento científico en manos de nuestros jóvenes, quienes, al llegar su turno, crearán una ciencia que, sin desdeñar a ninguna otra, lleve la impronta de nuestros pueblos.
Comité de Selección
Dr. Antonio Alonso
Dr. Francisco Bolívar Zapata
Dr. Javier Bracho
Dr. Juan Luis Cifuentes
Dra. Rosalinda Contreras
Dr. Jorge Flores Valdés
Dr. Juan Ramón de la Fuente
Dr. Leopoldo García-Colín Scherer
Dr. Adolfo Guzmán Arenas
Dr. Gonzalo Halffter
Dr. Jaime Martuscelli
Dra. Isaura Meza
Dr. José Luis Morán
Dr. Héctor Nava Jaimes
Dr. Manuel Peimbert
Dr. José Antonio de la Peña
Dr. Ruy Pérez Tamayo
Dr. Julio Rubio Oca
Dr. José Sarukhán
Dr. Guillermo Soberón
Dr. Elías Trabulse
Coordinadora
María del Carmen Farías R.
Para Julio y Daniel
La mayoría de los artículos que conforman este libro aparecieron, en alguna versión preliminar, en la columna “Un Rincón Cerca del Cielo” del diario Síntesis, que se distribuye en Puebla, Tlaxcala e Hidalgo. Agradecemos a Síntesis y en particular a Mariano Morales, Director del periódico, la oportunidad brindada para la publicación de nuestros artículos semanales. Asimismo agradecemos el apoyo del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, a cuya comunidad pertenecemos.
No podemos dejar de mencionar al personal del Fondo de Cultura Económica por su desempeño profesional y entusiasta durante el trabajo de revisión y edición. También agradecemos a Jorge Reyes la búsqueda exhaustiva de cada una de las referencias de las figuras; por último, a Rosalba y María Eugenia, dos estrellas de nuestro sistema cercano que seguirán brillando siempre, y cuya memoria y presencia fue una motivación al revisar y actualizar los artículos periodísticos para hacer un libro dentro de la colección La Ciencia para Todos.
Esperanza Carrasco
Alberto Carramiñana
No es extraño que los objetos que más llamaron la atención de los pobladores de civilizaciones antiguas hayan sido los del Sistema Solar. En muchas culturas el Sol, la Luna y los cinco planetas visibles a simple vista ocuparon un lugar importante dentro de la religión: para algunos pueblos meso americanos el dios Tonatiuh se identifica con el Sol, Metztli es la Luna y Huey Citlalin, la gran estrella, es Venus. Entre los griegos Mercurio es el mensajero de los pies alados, el que se mueve más rápido en los cielos. Marte, por su color rojo sangre, es el dios de la guerra; Júpiter, o Zeus, es el dios supremo y Saturno es el padre de Júpiter que devora a sus hijos, habiéndosele escapado Júpiter quien después lo destronó.
En realidad, no fue sino hasta finales del siglo XVI y principios del siglo XVII cuando realmente empezamos a comprender la naturaleza del Sol y los planetas. Nicolás Copérnico demostró alrededor de 1580 que los planetas giran alrededor del Sol, y no el Sol y los planetas alrededor de Tierra. Galileo, uno de los primeros hombres en observar los planetas con telescopio, se dedicó a estudiar la naturaleza de la Luna, de Venus y de Júpiter, donde descubrió cuatro lunas. Unos años después, Kepler, basándose en observaciones hechas a simple vista por el astrónomo danés Tycho Brahe, mostró que los planetas se mueven alrededor del Sol siguiendo elipses y que existe una relación entre la distancia del planeta al Sol y el tiempo que tarda en recorrer su órbita, es decir, su año. La llamadas leyes de Kepler sirvieron para que Newton formulara la ley de la gravitación universal. Fue también en el siglo XVII cuando Huygens descubrió que Saturno está rodeado por un anillo.
Entre los descubrimientos más relevantes de los siglos siguientes se hallan los de nuevos planetas. William Herschel descubrió a Urano en 1781. En los años que siguieron los astrónomos se dieron cuenta de que Urano se movía en forma rara, como si algo lo estuviera jalando ligeramente. Después de largos cálculos, dos matemáticos, John Adams y Urbain Le Verrier llegaron a la misma conclusión: la existencia de un planeta más allá de Urano. Ambos predijeron con exactitud dónde debería estar y en 1846 Johann Galle encontró a Neptuno en la posición predicha. Observaciones posteriores de Neptuno permitieron predecir prematuramente la existencia de un noveno planeta. El descubrimiento de Plutón en 1930 tuvo, sin embargo, un elemento fortuito.
El lanzamiento del satélite soviético Sputnik 1 abrió la era espacial en 1957. Desde entonces se vislumbró la posibilidad de enviar naves a otros planetas, estudiarlos de cerca y transmitir la información a la Tierra. Mientras, en el siglo XIX y la primera mitad del siglo XX aprendimos de los planetas mediante observaciones con telescopios que Urano, Neptuno y Plutón están tan distantes que no podemos verlos en detalle. Tal situación prevaleció hasta 1986, cuando la llegada de la nave Voyager 2 nos permitió ver a Urano con inimaginable detalle. El hombre, por medio de las sondas espaciales, ha logrado sobrevolar todos los planetas, con excepción de Plutón. De esta forma, en aproximadamente tres décadas hemos aprendido tanto o más de nuestro Sistema Solar que lo que habíamos aprendido desde la Antigüedad.
En los últimos años hemos descubierto que el Sistema Solar externo es más complejo de lo que imaginábamos. Ha sido descubierta una población de objetos menores: el Cinturón de Kuiper, que ha desdibujado la frontera entre los conceptos de planeta, asteroide y cometa. Plutón, hoy considerado como el mayor de los objetos conocidos del Cinturón de Kuiper ha resultado ser menor que la Luna y apenas mayor que objetos como Varuna y Quaoar, descubiertos en los albores del siglo XXI y que no han sido reconocidos como planetas. El vacío que creíamos que existía más allá de Plutón se ha llenado de una población de objetos cuya naturaleza se empieza a revelar. Se trata de la nueva frontera del Sistema Solar, hoy en día marcada por el misterioso objeto Sedna, tal vez el primer indicio de la lejana Nube de Oort.
En este libro presentamos, en un formato de artículos breves, una visión contemporánea del Sistema Solar describiendo las características más relevantes del Sol, los planetas y de algunos de los objetos menores que han marcado un hito en el conocimiento del Sistema Solar.
Tenemos una idea general de cómo se forman las estrellas y en particular de cómo se formó el Sistema Solar. El estudio de rocas terrestres y lunares ha llegado a la conclusión de que la Tierra y la Luna se formaron juntos hace unos 4600 millones de años. La estimación “oficial” de la edad del Sistema Solar, basada en el estudio de incrustaciones de calcio y aluminio en meteoritos, da un valor de 4567 millones de años, con una incertidumbre menor a un millón de años. La edad estimada directamente para el Sol, aunque más incierta, es similar. Modelos de la evolución estelar muy refinados indican que el Sol está más o menos a la mitad de su evolución y seguirá brillando por unos 5000 millones de años, para finalmente convertirse en una estrella enana blanca, la cual se enfriará lentamente y, con el tiempo, dejará de brillar.
Las estrellas se forman a partir de nubes frías de gas y polvo que por algún motivo son perturbadas y comienzan a contraerse debido a su propia gravedad, es decir, bajo su propio peso. La composición química del Sol indica que éste se formó de una nube rica en hidrógeno, en helio y en elementos más pesados. Buena parte del gas de esta nube debió de ser arrojado al medio interestelar por la violenta explosión que marca el final de una estrella masiva: una supernova. La perturbación que dio lugar al Sistema Solar pudo haber sido la explosión de otra supernova más o menos cercana. La contracción de este tipo de nubes gigantescas, llamadas nubes moleculares, es un proceso rápido en términos astrofísicos, requiriendo tan sólo de 100 mil años. Al contraerse la parte central de la nube, ésta empieza a girar cada vez más rápidamente, adquiriendo la forma de un disco. La estructura que observamos en el Sistema Solar sugiere que este disco debió de ser un poco más ancho en la región que corresponde a los planetas gigantes, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, siendo más delgado en las partes más externas.
Las partículas de polvo de este disco empezaron a chocar y, en algunos de estos choques, a juntarse para formar partículas de mayor tamaño e ir creciendo hasta adquirir tamaños de decenas de kilómetros. Una vez que adquirieron estas dimensiones, la fuerza de gravedad empezó a ser suficientemente importante para acelerar el proceso de crecimiento y acumular todo el material disponible en su vecindad. Las condiciones de esta nube, alrededor del protosol, favorecieron la formación de objetos más grandes a distancias mayores, hasta alcanzar el borde exterior del disco.
Los planetas interiores debieron de formarse en unos centenares de miles de años, mientras que los planetas exteriores se formaron en unos diez o veinte millones de años. Por otro lado, el Sol naciente debió de tardar un millón de años en generar un fuerte viento, el cual barrió el material que no fue acumulado por un protoplaneta. Debido a su cercanía al Sol, los planetas interiores fueron desprovistos más fácilmente de la mayoría del gas que los rodeaba, mientras que los planetas exteriores, o jovianos, pudieron seguir acumulando material y crecer. Esto concuerda con el hecho de que los planetas interiores son rocosos y los planetas exteriores gaseosos.
Esta secuencia está basada, en parte, en la observación de las estrellas y en parte en la estructura del Sistema Solar. Combina elementos generales, comunes a la formación de cualquier estrella, con elementos particulares de la formación de nuestro sistema planetario. En los próximos capítulos veremos con cierto detalle las características del Sol, los planetas y los demás miembros del Sistema Solar.