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El fantástico viaje al Big BangLa astronomía desde Galileohasta los agujeros negroslas tres edadesy dijo la esfinge:se mueve a cuatro patas por la mañana, camina erguido al mediodÍay utiliza tres pies al atardecer.¿Qué cosa es?y edipo respondiÓ: el hombre.
Créditos fotográficos: páginas 10, 25, 26, 27, 33, 34, 38, 42, 43, 45, 48, 49, 52, 64, 66, 75, 77, 84, 89, 99, 102, 113, 118, 141 © Deutsches Museum, Múnich; páginas 116, 119 © Agentur Focus Hamburgo; páginas 99, 107 © picture-alliance/dpa, Frankfurt; páginas 71, 127, 133 © www.astrofoto.de; página 150 © Schott AG, Mainz; páginas 11, 32, 73, 106, 126, 135, 136, 149 © ESO, Garching bei München; páginas 98, 105 © Robert Gendler, www.robgendlerastropics.com; páginas 120, 121 © The Royal Astronomical Society, Londres; página 152 © Ute Kraus, Universidad de Hildesheim, www.tempolimit.-lichtgeschwindigkeit.de; página 36 © NASA, ESA y M. Showalter (Instituto SETI); página 109 © NASA/JPL-Caltech; página 70 © Harvard College Observatory; página 74 © akg-images, Berlín; página 91 © A. Bolton (UH/IfA) for SLACS and NASA/ESA.Todos los derechos reservados.Cualquier forma dereproducción, distribución, comunicación pública o transformación de esta obra solo puede ser realizada con la autorización de sus titulares, salvo excepción prevista por laley. Diríjase a CEDRO (Centro Español de Derechos Reprográficos, www.cedro.org) si necesita fotocopiar o escanear algún fragmentodeesta obra.Título original: Die überaus fantastische Reise zum Urknall. Astronomie von Galilei bis zur Entdeckung der Schwarzen Löcher, con ilustraciones de Katja WehnerColección dirigida por Michi StrausfeldDiseño gráfico: Gloria Gauger© 2009 by Arena Verlag GmbH, Würzburg, Alemaniawww.arena-verlag.de© De la traducción, María Condor© Ediciones Siruela, S. A., 2013c/ Almagro 25, ppal. dcha.28010 Madrid. Tel.: + 34 91 355 57 20Fax: + 34 91 355 22 01www.siruela.comISBN: 978-84-15937-27-2
El fantástico viaje al Big Bang La astronomía desde Galileo hasta los agujeros negrosJürgen Teichmann Ilustraciones deKatja WehnerTraducción del alemán deMaría CondorLas Tres Edades / Nos Gusta Saber
8Cuatrocientos años de exploraciónHacecuatrocientosaños,en1609,sedescubrióuncie-lo completamente nuevo,un cielo que nadie había ima-ginado jamás.Valiéndose del recién inventado telescopio,el famoso físico italiano Galileo Galilei vio montañas ennuestra Luna y cuatro pequeñas lunas dando vueltas alre-dedor del planeta Júpiter.La Vía Láctea no era una nieblalechosa sino un inmenso mar de estrellas.Y el telescopiole mostró muchas otras cosas increíbles.Era el comienzode un viaje de exploración por el universo,un viaje in-finitamente emocionante que continúa en la actualidad.En conmemoración de los ha-llazgos de Galileo,el año 2009 fue proclamado Año Interna-cional de la Astronomía por laUnesco (Organización de lasNaciones Unidas para la Edu-cación,la Ciencia y la Cultura).En los cuatrocientos añostranscurridos desde Galileo sehan descubierto también otrascosas interesantísimas:nue-vosplanetas,estrellas de brillovariable,púlsares,agujerosne-gros… Este libro cuenta laapa-sionante historia de todas esascosas hasta nuestros días.Re-cogeasimismo preguntas yconsejos que nos ayudarán a re-producir algunos descubri-mientos con nuestro propio
9catalejo o telescopio,yarealizarpequeñosexperimentos.Al final hay un montón deinformación adicional que quizá nos dé aconocer cosas que ni los mismos descubri-dores sabían.Y quien quiera ver y saber más deberíaconocer la gran exposición sobre astronomíaexhibida en el Museo Alemán de Múnich.Es la mayorexposición del mundo sobre el tema,con un observa-torio,un planetario y muchas demostraciones:mirar através de pequeños telescopios,investigar estrellas do-bles,ver estrellas de neutrones girando e incluso averi-guar lo que pesáis en cada planeta.¡El universo enterodesde Galileo se abre a todos en esa exposición!Múnich, julio de 2009Dr.Jürgen Teichmann Cuatrocientos años de exploración
1. La primera gran estrella de la astronomía moderna: GalileoGalileo Galilei fue la primera estrella de la astronomía moderna:con él se ini-cia nuestro viaje de exploración.En rea-lidad le interesaba más la física.Descu-brió,por ejemplo,la ley matemática que hace que las piedras caigan al suelo o se disparen las balas de cañón.En 1609,sin embargo,dejó la física durante un tiem-po y,con su nuevo telescopio,encontró en el cielo cosas sensacionales que nadie había visto jamás,incluso algunas queno fueron debidamentedescubiertashasta mucho tiempo después,como el planeta Neptuno.Galileo creyó que no era más que uno de los numerosísimos puntos luminosos que sus telescopiosseñalaban en el cielo.No le prestó ninguna atención.Tu-vieron que pasar más de doscientos años para que fuera identificado y descrito como un planeta.Y es que lo que mostraba el telescopio era demasiado para los primeros observadores:en vez de las 5.000es-trellas más o menos que vemos desde la Tierra a simple vista,mostraba entre cien y mil veces más,un inabarca-ble y desconcertante mar de estrellas.En él no se puede determinar de inmediato si un puntito,entre muchos miles de puntitos,se mueve.Pero solo así es posible dis-tinguir de los demás astros,con el telescopio,un planeta tan lejano:viendo que,entre todos los puntos luminososGalileo Galilei (1564-1642).10
11¿Qué son los planetas? ¿En qué se diferencian de las estrellas?La palabra «planeta» viene del griego y signifi-ca «errante» o «astro errante».A los planetas no siempre se los ve en el mismo sitio entre los demás astros.Se denominan hoy planetas los ocho cuer-pos celestes que giran alrededorde nuestro Sol:Mercurio,Venus,laTierra,Marte,Júpiter,Saturno,Urano y Neptuno.Además,dan vueltas en torno alSol muchos planetas pequeños,lla-mados planetoides.Hay una enor-me cantidad de ellos entre Marte y Júpiter.Más allá de Neptuno giran también otros más grandes,porejemplo Plutón,hasta hace pocos años considera-do asimismo un planeta.Galileo,con sus sencillos telescopios,no podía ver todos estos cuerpos ce-lestes.Los restantes astros,las «estrellas fijas»,se llaman así porque parecen estar siempre −después de un giro terrestre− en el mismo lugar del cielo.Como están tan lejos de nosotros,no las vemos mover-se nada o casi nada.Son soles,es decir,tienen luz propia,mientras que nuestros planetas reciben la luz del Sol.Alrededor de esos soles lejanos tam-bién giran planetas,pero lo sabemos desde hacesolo veinte años (véase el capítulo 5).¿Sabías que…?Muchos pequeños planetas del universo tienen un tamaño de solo unos cuantos kilómetros de diámetro.La primera gran estrella de la astronomía moderna: Galileo
que hay en el cielo,avanza lentamente día tras día,o mejor dicho, noche tras noche.En el verano de 1609Galileo llevaba ya muchos años de profesor enla UniversidaddePadua,que pertenecíaala rica República comercial de Venecia.Un día oyó con-tar a unos marineros holandeses que en su país se había inventado un tubo mágico con el que se podían ver au-mentadas de tamaño cosas muy alejadas.Galileo presin-tió inmediatamente que se podría ganar dinero con él.Y el dinero siempre era lo más importante para los «sacos de pimienta»,como llamaban a los comerciantes ricos porque ganaban mucho con la pimienta que venía de Asia.En unos pocos días,Galileo averiguó por sí mismo el truco:un tubo de madera o metal,con una lente un poco curvada hacia fuera en la parte delantera y otra máscurvada hacia dentro en la parte trasera,cerca del ojo.¡Era muy sencillo,pero el efecto resultaba sorprendente! Enseguida se propuso presentar aquel asombroso apara-to al Gobierno de Venecia.Un hermoso día,todos los miembros del Consejo deEstado,incluidos los más ancianos,subieron con Gali-Así era el telescopio de Galileo. Unos prismáticos modernos (abajo) funcionan de la misma manera.Sección (muy curvada)Sección (poco curvada)12La primera gran estrella de la astronomía moderna: Galileo
leo a la torre de San Marcos y miraron al mar a travésde su telescopio.Con aquel tubo negro veían mecerselos barcos cercanos y lejanos,pero cuando miraban sinél,no veían absolutamente nada de los más distantes.Hubieron de esperar dos horas hasta que los barcos es-tuvieron lo bastante cerca como para que quienes teníanla vista más aguda lograran verlos como unos punti-tos en la lejanía.Todo ese rato aguantaron en la torre,pues la verdad es que al principio ninguno quería creerque lo que se veía por el tubo mágico existía realmente.¡Pero sí que existía! ¡Aquello significaba poder dar condos horas más de antelación la alarma ante un ataqueenemigo! ¡Menudo invento!Galileo recibió una espléndida recompensa:le dobla-ron el sueldo y le prometieron una cátedra vitalicia.Perono debía revelar en ningún caso el secreto de su magní-fico tubo;Venecia quería guardarlo para sí.Seguro que no había en ninguna otra parte telescopios tan buenos como los de Galileo.Sus telescopios eran,en efecto,mucho mejores que los holandeses,que se vendían ya por toda Europa.Pre-cisamente en Venecia había una larga tradición y gran experienciaenlatalladelcristal.Además,Galileoera un excelente constructor de instrumentos.Pero todavía le costaba mucho trabajo conseguir cristal especialmen-te claro para hacer las len-tes.La demostración deGalileo se difundió conrapidez.Pronto todoslos príncipes y los ri-cos patronos queríanteneruntelescopiocomo aquel.Desdeluego,no para mirar 13La primera gran estrella de la astronomía moderna: Galileo
14las estrellas:¡en la astronomía ni se pensaba entonces! Resultaba ya bastante mágico −y además útil− poderacercar todas las cosas que había en la Tierra. Tampoco a Galileo,en los meses siguientes,se le ocu-rrió mirar el cielo.En primer lugar,le llovían los encar-gos de telescopios,y,en segundo lugar,¿qué iba uno aver en el cielo? Los cuerpos celestes parecían tan distan-tes que los 10o30aumentosde unodeestos telescopiosde lentes no podían mostrar mucho más que los propiospuntos luminosos.Lo mismo se podía decir de los pla-netas Mercurio,Venus,Marte,Júpiter y Saturno.La VíaLáctea estaba formada por una niebla lechosa y nada más.Por otra parte,el Sol parecía siempre uniformemente ra-diante;un catalejo no podía descubrir en él ni el puntode una i.Solo la Luna,que se veía muy bien,tenía unacara,en parte clara y en parte oscura.Lo cierto es queaquí se le adelantaron otros e intentaron ampliar aquellacara.Sin embargo,ninguno causó con sus observacionestanta sensación como Galileo.Este no dirigió su telesco-pio al cielo hasta finales del otoño de 1609.Y tal vez seenfadó por el tiempo que había perdido:¡qué cosas in-creíbles se podían ver! El jaleo causado por el telescopiole había impedido hacerlo durante meses.Primero,la Luna:en lugar de una nítida frontera de sombra entre la mitad clara y la oscura,veía ahora en esafrontera numerosas formas dentadas que se inclinaban irregularmente a izquierda y derecha.Había tambiénpuntas resplandecientes de luz en la parte oscura,cerca de la clara.Se abismó días y días en aquel espectáculo y enseguida lo entendió:tenía que haber en la Luna altas montañas que arrojaran aquellas sombras dentadas.Y de las tinieblas emergían cimas iluminadas cuando en todoslos valles ya se había puesto el Sol,lo mismo que en los Alpes las cumbres siguen resplandeciendo aunque enlos valles domine ya la oscuridad.La primera gran estrella de la astronomía moderna: Galileo
15¡Increíble!Desde la época delos griegos,la ciencia considerabaque la Luna y en realidad todos los cuerpos celestes luminosos eran to-talmente lisos y estaban compuestos de una materia celeste especial total-mente distinta de la tierra,el agua,el aire y el fuego.¡Ahora resultaba que esa materia celeste tenía montañas!¿No sería que no existía tal materia ce-leste?,¿y que la Luna estaba compuesta de simple polvo,igual que la Tierra?,¿y que las grandes manchas de la superficie de la Luna eran quizá mares?Galileo,tal vez,quiso investigar entonces si también en Júpiter,Venus y los demás planetas había montañas,y enfocó primero con su telescopio a Júpiter,el padre de los dioses,que a comienzos de enero de 1610res-plandecía fastuosamente en el firmamento.Solo Venus brilla más en el cielo nocturno.Por desgracia,no hubo manera de descubrir montaña alguna,pues el telescopio de Galileo era demasiado débil.Mucho más adelante se averiguó,gracias a telescopios mayores,que no es po-sible ver nada en absoluto de la superficie de Júpiter.Espesos remolinos de nubes con tempestuosos torbelli-nos la ocultan por completo.Además,apenas tiene una superficie firme:es un planeta gaseoso.Naturalmente,Galileo no sabía nada de esto.En cuanto a los mares de la Luna,Galileo estabaequivocado.Por lo que sabemos,en nuestro satéli-te no hay ni una gotita de líquido.Sin embargo,los conquistadores del espacio del siglo XXIacaban de descubrir un poco de agua en Marte.¿Sabías que…?Las montañas de la Luna tal y como las veía Galileo con su telescopio.Galileo creía que en la Luna se veían también mares. La primera gran estrella de la astronomía moderna: Galileo
16Pero encontró otra cosa:cuatropuntitos luminosos alrededor delplaneta Júpiter,alineados comoperlas en un collar pero un poco en zigzag.Aparecían cada díaen un lugar distinto del collar,pero siempre eran cuatro.Si observaba cada uno por separado,veía que,al cabo de un rato,regresaba a supunto de partida.Galileo lo comprendióinmediatamen-te:aquellos puntitos giraban en torno a Júpiter,lo mismo que la Luna gira en torno a la Tierra.Y como había exacta-mente cuatro,los ofreció hu-mildemente al duque Cosme de Florencia en un librito,su Mensajero de las estrellas.Con extremo refinamiento,hizo como si el libro hubiera sido escrito exclusivamente para elduque Cosme,miembro de la cé-lebre familia de los Médicis,y sus tres hermanos.Dio a los cuatro puntos luminosos el nombre de Astros Me-diceos.Los cuatro hermanos Médicis pudieron así dar vueltas en el cielo alrededor de Júpiter,el mayor de los dioses griegos.¡Júpiter tiene cuatro lunas!Los cuatro Astros Mediceos,las mayores de las mu-chas lunas de Júpiter,se llaman hoy,en honor de su descubridor,«satélitesgalileanos».Puedesobser-varlos claramente con prismáticos.¿Sabías que…?La primera gran estrella de la astronomía moderna: Galileo
17¡Fue una estupenda manera de darles coba… con se-gundas intenciones! Galileo quería irse a Florencia,ale-jarse de la Universidad de Padua y de la República de Venecia con sus sacos de pimienta.En efecto,el duque Cosme lo llamó a Florencia en el otoño de 1610como sabio de la corte.Allí ya no tenía obligación de dar clase a fastidiosos estudiantes, sino que podía investigar a sus anchas, justo lo que deseaba. Pero eso no fue todo lo que descubrió Galileo.Des-componer la Vía Láctea en estrellas era fácil.Solo con dirigir el telescopio hacia ella ya se ve un mar de estrellasy no de leche.En la maravillosa constelación de Orión,Galileo encontró cien veces más estrellas de las que se podían distinguir a simple vista.De todos modos,inclu-so las más brillantes de las estrellas ya conocidas seguían siendo unos puntitos luminosos y no aumentaban de ta-maño ni siquiera un poco,al contrario que,por ejemplo,Júpiter,que con el telescopio se veía como un pequeño Galileo proyectó la luz del Sol sobre una hoja de papel.La primera gran estrella de la astronomía moderna: Galileo
18disco.Los puntitos luminosos,por tanto,tenían que es-tar a una distancia colosal.Finalmente,Galileo investigó también el Sol.Mirardirectamente su intenso resplandor produce quemadu-ras en los ojos.¡Uno puede quedarse ciego de repente!Galileo encontró manchas oscuras en este hermoso astro.¡Fue un escándalo! ¿Manchas oscuras en el Sol,cuyo brillo es tan perfecto? No podía ser.Otros lo habíandescubierto antes que él,pero Galileo fue el primero en explicar correctamente esas manchas:en realidad for-maban parte del Sol,no eran oscuros planetas menores que girasen a su alrededor,como creían muchos otros descubridores.Lo que más hubiera deseado Galileo era encontrar en el cielo una prueba de que la Tierra misma se movía:unavez al día alrededor de su eje y una vez al año alrededor del Sol.Así lo había afirmado su admirado modelo,el astrónomo Nicolás Copérnico,unos sesenta años antes.Galileo lo creía,pero no se atrevía a decirlo en voz alta,pues la Iglesia católica era rigurosamente contraria a tal idea.Sin embargo,en la Biblia,en el Antiguo Testamento,se decía que Dios había hecho que el Sol se detuviera en el valle de Gabaón.Y si Dios pudo detenerlo milagrosa-menteeraporquees elSol elque semueveynolaTierra.También existían objeciones científicas:por ejemplo,si la Tierra y todos los demás planetas se mueven alrededor del Sol,¿por qué gira la Luna completamente sola alre-Las manchas del Sol son zonas cuya temperaturaes de solo 3.500grados en vez de 5.500,que es la de la resplandeciente superficie del Sol. Por eso las vemos más oscuras.En realidad sontambién tre-mendamente brillantes.¿Sabíasque…?La primera gran estrella de la astronomía moderna: Galileo
19dedordelaTierra?¡Unaexcepciónincomprensible!Muybien,ahora podía Galileo señalar triunfalmente su luna jupiterina. Nuestra Luna no es tan excepcional. Pero aún tenía otro triunfo guardado en el telescopio.A través de este,Venus aparece unas veces en creciente o menguante,otras como «media Venus»,y otras,muy pe-queña,como «Venus llena» casi redonda.Siempre per-manece cerca del Sol.Como lucero de la tarde,se pone poco después que el Sol;y como lucero del alba,sale poco antes que él.Antes de Galileo se creía que giraba con el Sol alrededor de la Tierra,unas veces a la izquierday otras a la derecha,y otras delante de él.Pero siempre se mantiene entre el Sol y nosotros.Por lo tanto,nunca podría desaparecer detrás del Sol.Entonces,¿por qué de vez en cuando aparecía en el telescopio de Galileo casi como Venus llena? Esto no lo podían explicar las anti-guas teorías.Para poder ver Venus totalmente iluminada era preciso que girase alrededor del Sol.El telescopio lo probaba con toda claridad.Entonces,si Venus,que es un planeta,gira en torno al Sol,¿por qué no iba a hacerlo también la Tierra? Venus aparece unas veces más cerca y grande, como media Venus, y otras lejos y pequeña, como Venus llena. Por lo tanto, debe de girar alrededor del Sol.¿Cuándo podemos ver un cuerpo oscuro?1.Tiene que estar iluminado por una fuente de luz.2.La luz no es absorbida por su superficie sino que se refleja en nuestros ojos.ExperimentoLa primera gran estrella de la astronomía moderna: Galileo
20Naturalmente,esto no era una prueba segura del mo-vimiento de la Tierra.Y cuando Galileo,veinte años des-pués,se atrevió a decir en voz alta que Copérnico tenía −Coge una pelota de ping-pong y sostenla delante de una lámpara encendida.Entonces queda en laoscuridad.La lámpara la ilumina,pero solo en su parte posterior.La luz que refleja desde allí no llegaa nuestros ojos.−Ahora hazla girar despacio alrededor de la lámparahasta que desaparezca detrás de ella.Verás cómo laparte de la pelota que está vuelta hacia la lámparaempieza a iluminarse.Primero verás una media lunadelgada,luego la mitad y al final casi llena,poco an-tes de que desaparezca detrás de la lámpara.Esto fueexactamente lo que observó Galileo con Venus.La Luna puede estar también llena.Pero en ese caso la Tierra,el Sol y la Luna están situados de manera diferente a como lo están la Tierra,Venus y el Sol.¿Cómo?Pregunta 1La primera gran estrella de la astronomía moderna: Galileo
21razón,le taparon la boca a toda prisa,y no sin motivos.Adujo argumentos de escasa consistencia:que las mareasdemostraban que la Tierra se mueve cada día en torno a su eje y cada año en torno al Sol.Dijo que se podía ob-servar algo parecido al flujo y al reflujo en las barcas que servían de medio de transporte general en los canales de Venecia.El agua para beber que se llevaba a la ciudad en recipientes se agitaba de un lado a otro según se movían las barcas.Las vueltas que da la Tierra impulsaban el aguade los mares de una manera semejante.Pero esto no es cierto.La causante de las mareas es sobre todo la Luna,que atrae el agua del mar.De todos modos,a Galileo no se le permitió entrar en un debate racional sobre los pros y los contras.El movi-miento de la Tierra iba contra la pala-bra de Dios,era una herejía.¡Basta! Torturarlo de inmediato para obli-garle a retractarse de sus opinio-nes,prohibir su libro y confinarlo en su casa para toda su vida era lo lógico,al menos desde el punto de vista de la Iglesia.En realidad,Gali-leo hasta tuvo suerte.Otros que di-fundieron ideas desagradables parala Iglesia,como el fraile GiordanoBruno, fueron quemados públicamente.Se cuenta que Galileo,al salir de la sala del tribunalante el que había tenido que retractarse de su teo-ría del movimiento de la Tierra,murmuró:«¡Y sin embargo se mueve!».¡No sabemos si es verdad que lo dijo, pero seguro que lo pensó!¿Sabías que…?La primera gran estrella de la astronomía moderna: Galileo
22Por grandiosos que sean los descubrimientos de Ga-lileo,su teoría de las mareas no fue su único disparate.Como los antiguos griegos,pensaba que los cometaseran emanaciones de la Tierra.Y lo peor fue quizá que la formidable teoría de que las órbitas planetarias son elip-ses le pareció una idea descabellada de Johannes Kepler,un matemático alemán.El mismo año que Galileo hizo sus primeras observaciones celestes,Kepler escribió un voluminoso libro sobre las órbitas planetarias que pron-to tendría una enorme importancia para la teoría de la gravitación universal (véase el capítulo 2).A pesar de todo esto,Galileo,con su telescopio,abrió de par en par las puertas del cielo.Antes de él no había más que una rendija por la que solo se atisbaba lo que se alcanzara a ver a simple vista.Se volvió a dar un salto tan gigantesco como el de Galileo en los descubrimientos en el cielo cuando se puso en órbita alrededor de la Tierra a modo de satélite el primer gran telescopio de rayos X RO-SAT;desde 1990encontró hasta 200.000cuerposcelestes que emiten rayos X.Antes solamente seconocían 5.000.También podemos investigar hoyotras radiaciones invisibles procedentes del espa-cio:la infrarroja y la ultravioleta,las ondas de radioe incluso los peligrosos rayos gamma.¿Sabías que…?La primera gran estrella de la astronomía moderna: Galileo