Química exoplanetaria

Estudiar la composición de mundos alrededor de otros soles: lo que hace unas pocas décadas era ciencia ficción, hoy en día es una realidad. De los más de 400 planetas extrasolares descubiertos hasta la fecha no podemos saber nada sobre su estructura, más allá de conjeturas razonables basadas en modelos teóricos. Estas dificultades vienen dadas por la enorme lejanía de los exoplanetas y las limitaciones de los métodos de detección.

Pero en algunos pocos casos, hemos podido analizar sus atmósferas con los telescopios espaciales Spitzer y Hubble. Aunque se encuentran fuera de la atmósfera terrestre y están libres de su distorsión, los planetas extrasolares están a una distancia tan enorme que la resolución de los espectros obtenidos por los instrumentos de estos telescopios es muy escasa. Pese a todo, el que podamos estudiar la composición de un mundo situado a decenas de años luz es un logro técnico impresionante.

HD 189733b y HD 209458b son los exoplanetas cuya composición química conocemos mejor. Ambos son «Júpiteres calientes», es decir, planetas gigantes que orbitan alrededor de su estrella a una distancia mínima, por lo que su temperatura en la zona diurna es altísima. Son los únicos mundos fuera del Sistema Solar en los que se ha detectado la presencia de sodio, vapor de agua, dióxido de carbono, monóxido de carbono y metano.

HD 189733b es un 13% más masivo que Júpiter, aunque su tamaño es muy similar. Orbita una estrella de tipo K -un poco más fría que el Sol- a 63 años luz en la constelación de Vulpecula. Está situado tan cerca de ella que su «año» es de sólo 2,2 días. Fue detectado en 2005 por el método de la velocidad radial y, posteriormente, mediante el método del tránsito. Como consecuencia, podemos conocer su densidad de forma aproximada y crear modelos generales de su atmósfera. Gracias a las altas temperaturas de su superficie, el planeta emite una enorme cantidad de radiación infrarroja, lo que permitió en febrero de 2007 obtener por primera vez un espectro mediante el telescopio espacial Spitzer. Este telescopio trabaja en el infrarrojo y en esta longitud de onda la diferencia de brillo entre el planeta y su estrella no es tan grande como en el visible. Aunque no podemos «ver» el planeta directamente -ni siquiera en infrarrojo-, podemos restar la emisión de la estrella cuando el planeta está situado tras ella a la luz emitida por el conjunto planeta-estrella. Como resultado, podemos ver la radiación infrarroja reflejada por el lado diurno del planeta. Si descomponemos esta luz en distintas longitudes de onda, obtenemos un espectro que nos puede revelar la composición del planeta. Es importante resaltar que los elementos más fácilmente detectables no siempre son los más abundantes. Sin duda, los elementos principales que forman la mayoría de exoplanetas gaseosos son hidrógeno y helio -los elementos más abundantes del Universo-, pero su detección no es trivial. No en vano, recordemos que el helio se detectó antes en el Sol que en la Tierra (de ahí su nombre).

Además de obtener su espectro, en 2007 el telescopio Spitzer observó este planeta durante 33 horas, lo que permitió crear un «mapa» de las temperaturas superficiales estimadas. En julio de ese mismo año, se pudo confirmar la presencia de vapor de agua en la atmósfera, dato que fue posteriormente confirmado por el telescopio espacial Hubble, el cual también detectó la presencia de metano. El metano no es estable a la temperatura máxima que experimenta el planeta durante el día (unos 1000º C), pero evidentemente debe existir alguna zona donde esta molécula pueda preservarse (el lado nocturno y/o capas atmosféricas inferiores).

Mapa de temperaturas de HD 189733b (NASA).
Mapa de temperaturas de HD 189733b (NASA).

HD 209458b es por su parte uno de los pocos exoplanetas con un nombre propio extraoficial: Osiris. Orbita una estrella de tipo G a 150 años luz de nosotros situada en la constelación de Pegaso. Su año es de 3,5 días y tiene una masa inferior a la de Júpiter (0,69 veces), aunque su radio es un 35% mayor. Su baja densidad y estructura interna es todo un misterio. Fue descubierto en 1999 y ha sido detectado también por los métodos de la velocidad radial y el tránsito. De hecho, fue el primer planeta en ser descubierto por este último método. En 2001, el telescopio Hubble detectó sodio proveniente de las capas externas del planeta. Era la primera vez que se descubría un elemento químico que formaba parte de un planeta extrasolar. El Hubble también descubrió que Osiris se asemejaba a un cometa, perdiendo parte de su atmósfera en el medio interplanetario debido a la enorme temperatura de su superficie. En la «coma» del planeta se pudo encontrar, además de sodio, hidrógeno, carbono y oxígeno. Junto con HD 189733b, fue el primer planeta del que se obtuvo un espectro mediante el Spitzer y, al igual que su «hermano», pronto se verificó la presencia de vapor de agua. El 20 de octubre de 2009 se publicaron los resultados que avalan la detección de metano y dióxido de carbono en el planeta.

Osiris (NASA).
Osiris (NASA).

HD 209458b y HD 189733b son los primeros mundos fuera del Sistema Solar que hemos analizado. Hasta la fecha, la elaboración de modelos teóricos del interior de estos exoplanetas se ha revelado como todo un desafío de primer orden. El futuro telescopio espacial James Webb también trabajará en el infrarrojo como el Spitzer y permitirá obtener más y mejores espectros de exoplanetas. Estos datos nos permitirán crear mejores modelos de la estructura atmosférica de estos mundos y comprobar cuáles son sus diferencias con respecto a los planetas gigantes de nuestro sistema.

Aunque estos gigantes gaseosos no pueden ser habitables, nos permitirán refinar las técnicas necesarias para estudiar la composición de las atmósferas de los planetas terrestres en el futuro.

El Big Bang, las palomas y el televisor

Dicen los cosmólogos que el Universo nació con una Gran Explosión, o como dicen los anglosajones, un “Big Bang”. En realidad, no fue realmente una explosión, pero eso es otra historia. El hecho es que nuestro cosmos nació hace unos 13700 millones de años, millón más, millón menos, y por lo tanto tuvo un origen definido en el tiempo. De hecho, el tiempo nació junto con el Universo ¿Y cómo podemos estar seguros de que esta teoría es cierta? ¿No es acaso una idea metafísica que se escuda en unas matemáticas complejas y que no tiene mayor relevancia?

Pues obviamente, no. La primera prueba de que el Universo no podía ser estático, como se pensaba en el siglo XIX, vino de la mano de Edwin Hubble, quien se dio cuenta de que el Universo se estaba expandiendo al observar el movimiento de las galaxias cercanas. Si el Universo cada vez era más grande, era obvio que en algún momento tuvo que tener un origen. Claro que la palabra «obvio» no tiene el mismo significado para un científico que para el resto del mundo. Para que fuese un resultado obvio, debía estar respaldado por alguna teoría. Por suerte, esa teoría existía: la Relatividad General de Einstein, la cual predecía que el estado natural del cosmos era inestable. O bien se estaba expandiendo o contrayendo, lo que concordaba con las observaciones de Hubble.

Aunque la teoría estaba de acuerdo con la observación de la expansión del Universo, los cosmólogos no estaban satisfechos. Había que buscar más evidencias. Afirmaciones extraordinarias requieren pruebas extraordinarias, ya saben. La segunda evidencia del origen del Universo apareció al analizar una consecuencia lógica de la teoría del Big Bang. Si el Universo había sido originalmente más pequeño, tuvo que ser por fuerza mucho más caliente que en la actualidad, tanto que se originarían reacciones nucleares. Puesto que el Big Bang predecía que en el comienzo del Universo sólo se formó el elemento más simple -hidrógeno-, estas reacciones crearían distintos elementos, como por ejemplo helio y litio. La teoría de la nucleosíntesis primigenia -como así fue denominada- fue propuesta por George Gamow y Ralph Alpher, y encajaba bien con las observaciones de elementos a gran escala, aunque no explicaba la existencia de elementos más pesados. Pero esto último también es otra historia.

Faltaba una prueba concluyente, una que alejase cualquier posibilidad de duda respecto al Big Bang. Y esta prueba, este Santo Grial de la cosmología, era ni más ni menos que el resplandor de la creación. Si el Universo primigenio estuvo tan caliente como la teoría de la nucleosíntesis sugería, este calor no podía haber desaparecido por completo, del mismo modo que un pan recién sacado del horno conserva parte del calor con el que fue creado. Ya en 1948 Gamow y Alpher, junto con Robert Herman, calcularon que este calor residual debía ser de unos 5 Kelvin, o lo que es lo mismo, que en ningún lugar del Universo se podía alcanzar el cero absoluto, pues esta energía primordial impregnaba todos los rincones del cosmos. Poco después, Alpher, Gamow y Herman, volvieron a calcular el calor de fondo y obtuvieron unos 28 K. Esta temperatura podía ser detectada con la tecnología de la época, pero curiosamente nadie prestó atención a este dato. Y eso que había un Premio Nobel esperando a quien corroborase la veracidad de la predicción.

Hubo que esperar a principios de los años 60 cuando Yakov Zeldovich recuperó el dato de la temperatura de fondo del Universo. Como consecuencia, David Wilkinson, Jim Peebles y Robert Dicke, de la Universidad de Princeton, decidieron emplear una antena de microondas para detectar esta radiación. Pero a muy pocos kilómetros de allí, en Crawford Hill, dos ingenieros de los laboratorios Bell estaban trabajando con una antena de comunicaciones. Los dos ingenieros, Arno Penzias y Robert Wilson, tenían un problema: no podían eliminar un ruido de fondo que captaban constantemente con la antena. Tras comprobar que la radiación era homogénea, sólo cabían dos posibilidades: o era una emisión que provenía de todos los lugares de la bóveda celeste, o estaban ante un fallo de la antena. La pareja de ingenieros llegaron en un principio a la conclusión de que la causa del ruido eran los excrementos de una familia de palomas que habían usado la antena como hogar. Pero al limpiar la instalación y desalojar a los inquilinos alados, el ruido persistía. El azar quiso que Penzias y Wilson conociesen la existencia de un artículo pendiente de publicación -escrito por Peebles- sobre la existencia de una radiación de fondo en microondas. Poco después, los dos ingenieros llamaron a Dicke para discutir la relación de sus molestos ruidos con el origen del Universo. En ese mismo momento, Dicke se dio cuenta que el Premio Nobel se les había escapado de las manos. Efectivamente, en 1978 Penzias y Wilson recibieron el preciado galardón de la Academia Sueca.

Hoy en día se considera a este ruido, la llamada radiación cósmica de fondo, como la prueba más contundente del Big Bang. Y todavía podemos detectarlo usando un radiotelescopio casero, más comúnmente conocido como televisor. Y es que si elegimos un canal analógico sin señal, aproximadamente un 1% del ruido blanco que vemos en pantalla se debe al calor residual de la formación del Universo, más concretamente, la radiación generada al crearse los primeros átomos, unos 400 000 años después del Big Bang.

Y esta es la historia de cómo el origen del cosmos pudo ser confirmado pese a los excrementos de unas pequeñas aves y de cómo podemos detectar el calor de formación de los primeros átomos con un simple televisor. Así de asombrosa es la cosmología.

Penzias y Wilson delante de la antena que detectó el calor del Big Bang
Penzias y Wilson delante de la antena que detectó el calor del Big Bang

Migraciones planetarias

En octubre de 1995 los astrónomos Michel Mayor y Didier Queloz saltaron a la fama por descubrir el primer planeta fuera de nuestro sistema solar. El nuevo planeta orbitaba la estrella 51 Pegasi, a 48 años luz del Sistema Solar. Debido a su lejanía, el planeta no era visible de forma directa a través de ningún telescopio y el equipo de astrónomos detectó su presencia midiendo el tirón gravitatorio que provocaba sobre su estrella. Esta influencia gravitatoria se traducía en un minúsculo movimiento oscilatorio de la estrella que podía ser detectado con espectrómetros de alta precisión midiendo la velocidad radial resultante gracias al efecto Doppler. Los medios se volvieron locos: ¡el primer planeta extrasolar de la historia! Sin duda era un gran descubrimiento. Pero había un problema: 51 Pegasi b, como había sido bautizado el nuevo mundo, no podía existir.

Según las mediciones, la masa del planeta era aproximadamente la mitad de la de Júpiter. Es decir, se trataba con toda seguridad de un gigante gaseoso. Pero como todos sabemos, los planetas gigantes se encuentran en nuestro Sistema Solar lejos del Sol. Si estuvieran más cerca, los modelos teóricos sugerían que el aumento de la temperatura resultante ocasionaría la pérdida de su atmósfera -compuesta principalmente por hidrógeno y helio-, por lo que obviamente los gigantes gaseosos sólo se podían formar lejos de sus estrellas.

Pero se ve que 51 Pegasi b no sabía nada sobre modelos de formación planetaria, ya que orbitaba a su estrella a tan sólo 8 millones de kilómetros de distancia. Si tenemos en cuenta que Mercurio -el planeta más cercano al Sol- está situado a más de 45 millones de kilómetros, el asombro de los astrónomos era evidente. Tanto, que en un principio Mayor y Queloz dudaron sobre la veracidad de su propio descubrimiento. Al fin y al cabo, un planeta de este tipo no podía existir y su búsqueda no se centraba en los planetas, sino en las enanas marrones (objetos de transición entre las estrellas y los planetas). Quizás habían pasado por alto algún punto y los errores habían empañado los datos. Sin embargo, los resultados eran tozudos: 51 Pegasi b era real y se encontraba allí donde nadie había pensado que un planeta podía existir. Para alivio de Mayor y Queloz, días después del anuncio del descubrimiento el equipo norteamericano liderado por Geoffrey Marcy y Paul Butler confirmó de forma independiente la existencia de 51 Pegasi b. Al poco tiempo se detectarían planetas con características similares alrededor de las estrellas 47 UMa y 70 Vir. Estos nuevos mundos se denominarían «Júpiteres Calientes» (Hot Jupiters), haciendo honor a su alta temperatura.

Los astrónomos se vieron ante sí con la tarea de explicar cómo podía ser posible que un gigante gaseoso sobreviviese a las enormes temperaturas de las cercanías de una estrella, lo que constituía toda una revolución en los modelos de formación planetaria. De hecho, los primeros modelos que se propusieron no lograron agradar a todos y muchos científicos seguían convencidos de que los nuevos planetas no podían existir. Incluso en una fecha tan tardía como 1997 apareció un artículo en Nature sugiriendo que los nuevos planetas no eran más que pulsaciones estelares que habían confundido a los espectrómetros de los astrofísicos. Pero los descubrimientos se sucedían y los resultados aguantaron todos los asaltos destinados a cuestionarlos. La primera victoria teórica vino de la mano de Alan Ross, quien ya en 1995 publicó un artículo en el que revisaba los modelos de formación planetaria y sugería que los gigantes gaseosos podían formarse a menos de 600 millones de kilómetros. No obstante, este modelo seguía sin explicar las pequeñísimas distancias orbitales observadas en los Júpiteres Calientes.

La explicación final resultó ser mucho más curiosa: los planetas no permanecen a la misma distancia de su estrella desde el momento de su formación, sino que migran, a veces de forma drástica. Un planeta nace a partir del disco de material resultante de la formación estelar, denominado disco protoplanetario. Este disco termina por desaparecer tras la formación de planetas y gracias también al “viento estelar” (un flujo continuo de partículas provenientes de la superficie de la estrella). Se descubrió que estos discos pueden frenar el movimiento orbital de un gigante gaseoso recién formado, ocasionando que su órbita decaiga en espiral hacia su estrella. Esto puede explicar que encontremos gigantes gaseosos situados a distancias muy pequeñas. La cuestión es saber cómo se logra frenar este proceso para evitar que el planeta sea engullido por su sol. Lo cierto es que en algunos casos se supone que los planetas recién nacidos acaban «devorados» por sus propias estrellas víctimas de este frenado. En otros sistemas, las estrellas jóvenes pueden eliminar los discos protoplanetarios gracias a los vientos estelares, eliminando el frenado en los gigantes gaseosos y dejando a los planetas a las distancias que podemos observar en la actualidad.

Ante este escenario de carambolas planetarias, ¿podemos considerar a  nuestro Sistema Solar una excepción? Pues parece ser que no. Aunque obviamente nuestro sistema no tiene ningún gigante gaseoso cerca del Sol, los modelos más recientes apuntan a que Júpiter se formó más lejos de su posición actual, mientras que Saturno, Urano y Neptuno lo hicieron más cerca. Por suerte para la Tierra, el proceso de migración del gigante joviano se frenó antes de que pudiese afectar a nuestro planeta, lo que hace que nos preguntemos cuántos planetas terrestres de nuestra Galaxia habrán corrido peor suerte. Los procesos de migración planetaria no son por tanto una mera teoría abstracta: la misma existencia de nuestro planeta está vinculada a ellos.

Reconstrucción artística de un Hot Jupiter.
Reconstrucción artística de un Hot Jupiter.

La Edad de Oro de los Mapas Estelares

Desde siempre la Humanidad ha intentado plasmar la distribución de los astros en el cielo usando mapas celestes al mismo tiempo que cartografiaba la Tierra. En cierto modo, confeccionar un mapa de los astros es mucho más sencillo que elaborar un mapa terrestre, pues desde cualquier punto de nuestro planeta -a excepción de los polos- se puede observar más de la mitad de la esfera celeste.

La mayoría de los primeros mapas celestes no han sobrevivido hasta la actualidad, salvo contadas excepciones, como es el caso del Atlas de Farnese. Esta escultura se puede considerar el arquetipo grecorromano de representación astronómica de los cielos, pero desgraciadamente la naturaleza efímera del soporte escrito ha evitado que podamos contemplar sus contrapartidas bidimensionales en papiro o pergamino.

Más numerosos son los ejemplares de mapas celestes medievales musulmanes, chinos o europeos, todos ellos, con ligeras modificaciones, basados en la obra de Ptolomeo. Pero no sería hasta el Renacimiento cuando la confección de mapas estelares experimentaría un auge sin precedentes. Las primeras exploraciones marítimas alrededor del mundo propiciaron la cartografía de los astros del hemisferio sur, hasta entonces desconocidos para los europeos. Navegantes como Amerigo Vespucci, Andreas Corsali, Pieter Keyser o Frederick de Houtman serían pioneros en la introducción de las nuevas constelaciones australes. De este modo, las naciones europeas tuvieron acceso por primera vez al cielo del hemisferio sur -que fue debidamente cartografiado-, lo que llevó a la confección de mapas celestes cada vez más detallados. Debido a las necesidades de la navegación, los cartógrafos de la época realizaron esfuerzos considerables para representar de forma fiel la geografía terrestre, desarrollando nuevos métodos matemáticos de proyección y técnicas de grabado que posteriormente serían aplicadas a la hora de crear mapas estelares. Los mapas celestes no eran una mera curiosidad académica: en una época de largas travesías oceánicas, las estrellas ofrecían un método seguro para orientarse en alta mar (al menos en latitud). La introducción del telescopio en el siglo XVII por parte de Galileo abrió nuevas posibilidades a la hora de cartografiar los cielos.
En el periodo comprendido entre 1600 y 1800 la confección de mapas estelares alcanzó un refinamiento tal que podemos considerarla la Época de Oro de la cartografía celeste. Antes de este periodo los mapas eran caóticos, de calidad mediocre o bien poco prácticos. Son muchas las obras que se editaron en este periodo y sería imposible hacer una referencia a todas ellas en esta breve reseña, pero podemos centrarnos en cuatro obras que cambiarían la forma de ver el cielo:

  • Uranometría, de Johann Bayer (1572-1625): Bayer era un filósofo alemán apasionado de la astronomía. Consideraba que no había mapas celestes adecuados para observar los cielos con un mínimo de precisión y como resultado decidió crear uno propio cuyo nombre original sería Uranometria Omnium Asterismorum, conocido popularmente como Uranometría, «medida de los cielos». Fue publicado originalmente en 1603 en la ciudad alemana de Augsburg. Consistía en en 51 laminas, 48 de ellas dedicadas a las constelaciones clásicas de Ptolomeo, una con las nuevas constelaciones que habían descubierto los navegantes europeos (Nubes de Magallanes incluidas), así como dos planisferios celestes completos. Bayer utilizó una proyección trapezoidal y márgenes calibrados para permitir la lectura de la posición de un astro en el cielo con medio grado de error. Representó las 1005 estrellas del catálogo de Tycho Brahe, así como otras 1000 catalogadas por él mismo. En estos mapas Bayer introdujo la convención de nombrar a las estrellas más brillantes de cada constelación mediante letras griegas (y latinas si se terminaba el alfabeto). Esta tradición se ha mantenido hasta la actualidad, pese a las numerosas inconsistencias del sistema. Conviene recordar que fue Alessandro Piccolomini el primero en designar con letras las estrellas más brillantes de cada constelación en su obra De le Stelle Fisse, aunque a diferencia de Bayer hizo uso del alfabeto latino exclusivamente. La belleza del atlas celeste de Bayer radica en la introducción de figuras mitológicas en cada lámina para ayudar a localización de las estrellas, siguiendo las descripciones «anatómicas» del Almagesto de Ptolomeo.
La Osa Mayor en el Uranometria.
La Osa Mayor en el Uranometria.
  • Firmamentum Sobiescianum, de Johannes Hevelius (1611-1687): Hevelius era un comerciante alemán nacido en Danzig (actualmente Gdansk, Polonia) aficionado a la astronomía que gracias a su desahogada situación económica pudo crear su propio observatorio particular. Este observatorio sería bautizado como Stellaburgum («ciudad de las estrellas») y  estaría considerado como uno de los mejores observatorios del mundo hasta la creación a finales del siglo XVII de varias instituciones astronómicas europeas de carácter nacional. Con el apoyo del rey francés Luis XIV y el rey polaco Jan III Sobieski, Hevelius pudo finalizar su obra Prodromus Astronomiae, la cual estaba formada por un catálogo (Catalogus Stellerum Fixarum) y un atlas celeste (Firmamentum Sobiescianum, sive Uranographia) dedicado al rey polaco. El catálogo incluía 1564 estrellas en proyección trapezoidal (sin letras griegas ni latinas), 600 de ellas añadidas por Hevelius, así como 12 nuevas constelaciones de un total de 73. Curiosamente, su obra sería publicada por su segunda mujer, Elisabeth, tras su muerte en 1690. El Firmamentum Sobiescianum es considerado por muchos como el atlas celeste más bello jamás creado. La altísima calidad visual y artística de esta obra se debe a la experiencia que tenía Hevelius a la hora de realizar grabados. Por otra parte, rechazó el uso del por entonces nuevo invento del telescopio para aumentar la precisión de la posición de los astros. Por este motivo, desde el punto de vista técnico su obra no era un gran avance respecto del Uranometria de Bayer. Curiosamente, la representación de las constelaciones estaba “invertida”, es decir, fueron dibujadas como si contemplásemos la esfera celeste “desde fuera”, una práctica muy común en los atlas y cartas celestes de la antigüedad.
La constelación de Taurus en el Uranographia.
La constelación de Tauro en el Uranographia.
  • Atlas Coelestis, de John Flamsteed (1646-1719): a diferencia de Bayer y Hevelius, Flamsteed era un astrónomo profesional, encargado de la construcción del Real Observatorio de Greenwich y a la sazón primer Royal Astronomer. Fue el primero en registrar de forma sistemática las posiciones de las estrellas usando un telescopio, tarea a la que dedicó toda su vida. Al igual que en el caso de Hevelius, su obra fue publicada postumamente por su mujer en 1725 y se denominó Historiae Coelestis Britannicae, con más de 3000 estrellas. Hizo uso de las letras de Bayer, aunque añadió números para designar las estrellas de cada constelación. Estos números son actualmente conocidos como “Números de Flamsteed”, pese a que fueron introducidos por el francés Joseph Lalande en 1783. Basado en este catálogo, en 1729 se publicó el Atlas Coelestis, el resultado de toda una vida de trabajo. Atlas Coelestis usaba una proyección polar estereográfica que, combinada con la precisión del catálogo estelar de Flamsteed, hizo de él una auténtica joya científica y artística en su época. Una joya que tardaría más de medio siglo en ser superada.
Ofiuco en el Atlas Coelestis.
Ofiuco en el Atlas Coelestis.
  • Uranographia, de Johann Bode (1747-1826): Bode fue un reputado astrónomo alemán de Hamburgo que llegó a ser director del Observatorio de Berlín. Desde su juventud, Bode se propuso superar el altísimo listón alcanzado por Flamsteed a la hora de confeccionar catálogos estelares. En su primera etapa publicó dos libros con mapas celestes:  Anleitung zur Kentnis des Gestirnten Himmels («introducción al conocimiento del cielo estrellado») en 1768 y  Vorstellung der Gestirne («presentación de los astros») en 1782 , una versión alemana del atlas de Flamsteed con más de 3500 estrellas. Pero sería en 1801 cuando finalmente vería la luz su gran obra: Uranographia sive Astrorum Descriptio (o simplemente, Uranographia). Se trataba el atlas celeste más grande jamás publicado. Hacía uso de la proyección cónica, con menos distorsión que los anteriores mapas, para representar más de 100 constelaciones (comparadas con las 88 existentes en la actualidad). Muchas de estas constelaciones fueron creadas por el propio Bode y con el tiempo cayeron en desuso. Uranographia se publicó conjuntamente con un catálogo de 17240 estrellas, llamado Allgemeine Nachweisung der Gestirne que contenía todas las estrellas visibles hasta magnitud 8 algo inaudito para la época.
Acuario en el Uranographia.
Acuario en el Uranographia.

La obra de Bayer, Hevelius, Flamsteed y Bode inspiró a decenas de artistas y científicos que realizaron sus respectivos atlas celestes. Sin embargo, en el sigo XIX esta curiosa disciplina mezcla de arte y ciencia a partes iguales caería en desuso: la introducción de la fotografía haría superfluo el uso de cartas celestes para marcar la posición de las estrellas con alta precisión. Aunque se han seguido publicando mapas celestes hasta la actualidad (como es el caso del Uranometria 2000.0 o el Sky Atlas), su uso ha quedado limitado en la mayoría de los casos a los astrónomos no profesionales. En todo caso, la componente artística que inspiró a los primeros autores está ausente de los mapas estelares contemporáneos, que presentan una orientación emimentemente práctica. La Edad de Oro de los mapas estelares marcó una época de transición entre la antigua tradición grecorromana y la revolución científica de la sociedad moderna. Su legado es un rico patrimonio cultural y científico que no debemos olvidar.

El primer telescopio espacial

La atmósfera es esencial para la vida en la Tierra, pero al mismo tiempo es la peor pesadilla de cualquier astrónomo. Efectivamente, la capa de aire que rodea nuestro planeta “emborrona” las imágenes que nos llegan del espacio de tal modo que muchos comparan la práctica de la astronomía con intentar contemplar el Sol desde el fondo del mar. En realidad es peor aún, porque existen ciertos tipos de luz que nuestra querida atmósfera simplemente no nos deja ver. Esta luz que tiene la entrada prohibida a nuestro mundo es la que conforma la mayor parte del espectro electromagnético que va desde los energéticos rayos gamma o rayos X, hasta la radiación infrarroja o microondas. Únicamente las ondas de radio y el espectro visible se salvan de la censura atmosférica. Ni que decir tiene, una enorme cantidad de sucesos cruciales del Universo sólo se dejan ver en estas longitudes de onda.

Para enfrentarse a este desafío sólo hay una salida: instalar los telescopios fuera de la atmósfera. En efecto, esto explica que los observatorios profesionales se encuentren en la cima de altas montañas. Pero ni incluso así logramos evitar los efectos perniciosos de la atmósfera, puesto que siempre quedará algo de aire que empañe nuestras observaciones sin importar lo alta que sea la montaña elegida. Sólo en el espacio podremos conseguir observaciones perfectas de todo el espectro electromagnético. Pero poner algo en el espacio no es sencillo. Hace falta alcanzar la órbita terrestre, lo que implica que necesitamos acelerar nuestro telescopio hasta los 28000 km/h, lo que a su vez requiere energía, muchísima energía. Es por esto que se hace necesario el uso de potentes cohetes para alcanzar estas velocidades.

Desde que el 4 de octubre de 1957 el Sputnik 1 hizo compañía a nuestra Luna como satélite de la Tierra, todos los astrónomos del mundo soñaron con poner en el espacio un telescopio que les permitiese romper las ataduras de la atmósfera. Pronto numerosas cámaras y objetivos surcaron el espacio, pero, desgraciadamente, estos primeros telescopios espaciales apuntaban hacia…¡la Tierra! Lamentablemente se ve que espiar a nuestros vecinos tenía prioridad sobre el estudio de los cielos.

Sin embargo, la comunidad científica siguió insistiendo y por fin el 7 de diciembre de 1968 fue lanzado con éxito el primer telescopio espacial: el OAO-2. El OAO -siglas de Observatorio Astronómico Orbital- era un satélite estadounidense de dos toneladas que fue bautizado como Stargazer una vez en el espacio. Estrictamente hablando, el OAO contaba con varios telescopios distintos, aunque el instrumento estrella estaba formado por cuatro telescopios de 30,48 centímetros de diámetro, cada uno de ellos conectados a una cámara de televisión especial (Uvicon) para poder estudiar el espectro ultravioleta, una de las regiones prohibidas para la astronomía terrestre.

Por primera vez la Humanidad conseguía levantar el velo de la atmósfera y ante nosotros se nos presentaba un Universo como nunca antes nadie, literalmente, lo había visto. Desgraciadamente, la resolución del OAO no permitía obtener imágenes espectaculares, pero sí nos enseñó que el cielo en ultravioleta era muy diferente del que se podía ver desde la Tierra.

El satélite OAO-2 (NASA)
El satélite OAO-2 (NASA)

Puede objetarse que el OAO-2 no era un telescopio propiamente dicho, ya que más bien era un conjunto de cámaras y fotómetros. En todo caso, el honor de ser el segundo telescopio en el espacio le corresponde al Orión-1, lanzado por la URSS el 19 de abril de 1971 a bordo de la primera estación espacial de la historia, la Salyut 1. El Orión-1 era un pequeño reflector de 28 cm de diámetro y 140 cm de focal de tipo Mersenne, paradójicamente muy parecido a los telescopios de aficionado Schmidt-Cassegrain que podemos encontrar en la actualidad. Al igual que el OAO-2, el Orión-1 estaba diseñado para estudiar el ultravioleta y de este modo sacar partido a su privilegiada situación.

salyut 1
Una nave Soyuz (izquierda) acoplándose a la Salyut 1.

La característica que hizo único al Orión-1 es que se trató del primer telescopio en ser controlado por un humano en el espacio. La tripulación de la Soyuz 10 debía haber sido la primera en trabajar con este telescopio, pero no logró acoplarse completamente con la estación y hubo de regresar a la Tierra con las manos vacías. Poco después, los cosmonautas de la Soyuz 11 Georgi Dobrovolsky, Víktor Patsáyev y Vladislav Vólkov lograron acoplarse a la Salyut y se convirtieron así en los primeros habitantes de una estación espacial. Sería Patsáyev el primero en manejar el Orión-1 dentro de la estación, por lo que fue el primer «astrónomo espacial».

Telescopio espacial Orión.
Telescopio espacial Orión.

Pese a que batió el récord de permanencia en el espacio, la tripulación de la Soyuz 11 murió durante su regreso a la Tierra debido a una despresurización causada por un fallo en una de las válvulas de la cápsula. En los años  siguientes se siguieron lanzando telescopios espaciales para observar distintas regiones del espectro, aunque no sería hasta 1990 cuando, tras múltiples retrasos, haría su aparición el Telescopio Espacial Hubble. El Hubble no fue, como hemos visto, el primer telescopio en órbita, pero su espejo primario de 2,4 metros lo convirtió en el primer gran observatorio espacial. Además del Hubble, varios telescopios espaciales nos han mostrado cómo son esos otros cielos en distintas longitudes de onda. Gracias a ellos, la astronomía ya no volverá a ser la misma.

Figuras Celestes

Una de las primeras tareas de cualquier aficionado a la astronomía es familiarizarse con las constelaciones que pueblan el cielo nocturno. Las constelaciones nos sirven como referencia a la hora de orientarnos en la bóveda celeste, pero pocas veces nos preguntamos sobre su origen concreto.

Durante el transcurso de la historia, la Humanidad ha sentido la necesidad de trasladar sus mitos y creencias al cielo. Es por eso que las constelaciones no son meras creaciones folclóricas sin importancia, sino que son representantes de una herencia cultural global que más que nunca debemos aprender a apreciar. Por supuesto, diferentes culturas han creado distintas constelaciones, las cuales han variado además dependiendo de la localización geográfica de las civilizaciones y de la porción de la bóveda celeste visible para ellas. No es de extrañar pues que una de las decisiones que tomó la Unión Astronómica Internacional (UAI) durante su primera asamblea en 1922 fuese presentar una lista con las constelaciones “oficiales”: 88 en total.

¿Pero de dónde vienen estas sugerentes figuras celestiales? Si no tenemos en cuenta las constelaciones añadidas por los europeos en los últimos siglos para cubrir el hemisferio sur celeste, la mayoría de las restantes provienen de la cultura grecorromana. En concreto, durante más de 1500 años la obra de referencia por antonomasia ha sido Coordinación Matemática de Claudio Ptolomeo (Μαθηματική Σύνταξις en griego). Para aquellos a quienes este nombre no les suene, conviene matizar que nos ha llegado a nosotros gracias a las traducciones árabes medievales con el título de Al Kitabu al Majisti (“el gran libro”) o, para abreviar, El Almagesto. Ptolomeo (siglo II d.C.) fue el último sabio helenístico heredero de una larga tradición de astrónomos. Su descripción de los movimientos planetarios dominaría la astronomía hasta el Renacimiento y la aparición de Copérnico. Como no podía ser menos, su catálogo de 48 constelaciones también se convirtió en la referencia estándar en esta materia. Por supuesto, Ptolomeo no creó su lista de constelaciones de la nada, sino que empleó referencias más antiguas. En concreto, se supone que utilizó casi en su totalidad el catálogo estelar de Hiparco de Nicea, quien vivió unos trescientos años antes. Lamentablemente, el catálogo de Hiparco no ha llegado hasta la actualidad.

Podemos seguir remontándonos atrás en el tiempo a otros autores, pero, ¿cuál fue el primero en enumerar las constelaciones que nos son familiares a todos? Pues parece que fue el matemático y astrónomo griego Eudoxo de Cnidos (siglo IV a.C.). Y digo “parece” porque, una vez más, sus obras no han sobrevivido el paso del tiempo.  Por suerte para nosotros, el poeta Arato de Solos escribió un libro en el siglo III a.C. basándose en la desaparecida obra de Eudoxo. Este libro se llamaba Fenómenos (Φαινόμενα) y fue tremendamente popular en Roma, donde se hicieron numerosas copias y versiones a manos de autores como Higino, Manilio o Gémino, motivo por el cual se suele citar a los Fenómenos como la primera fuente escrita donde aparecen las constelaciones actuales. Arato hace referencia a 43 constelaciones y asterismos. Aunque muchos de ellos nos resultan familiares, muchos otros no tanto. Por ejemplo, Pegaso es simplemente “el Caballo”, el Cisne es “el Ave” y Hércules aparece como “el Arrodillado”.

Copia de los Fenómenos de Arato del siglo XI
Copia de los Fenómenos de Arato del siglo XI

En lo que respecta a los mitos, lejos de la visión monolítica actual que tenemos en la actualidad, en la Antigüedad convivieron simultáneamente muchos mitos para una misma constelación. Normalmente se toma como referencia en este tema la obra de pseudo-Eratóstenes, una figura anónima del siglo I d.C. que escribió los Catasterismos (Καταστερισμοί, “situar entre las estrellas”). No obstante, muchos de los mitos que aparecen en los Catasterismos, una obra de lectura obligada para cualquier amante de la astronomía, son distintos a los que se popularizaron en Europa tras el Renacimiento.

Por supuesto, Eudoxo tampoco fue el primero en crear todas las constelaciones que conocemos: sólo fue el primero dentro de la cultura griega. El origen de muchas de las constelaciones actuales hay que buscarlo más lejos, al este, en la antigua Mesopotamia. Pero eso es otra historia…