Distàncies i la seua mesura

Per: Joan Vidal Llidó.

Ben segur que tots nosaltres estem ben acostumats a tractar diàriament amb distàncies de tot tipus, com ara la que hi ha de casa a la feina, el diàmetre de la Terra, la distància de la Terra al Sol, o fins i tot la mida de l’univers conegut. Les distàncies estan molt presents a la nostra vida, però quants de nosaltres ens hem parat  a pensar d’on es trauen? La resposta és bastant obvia per a les primeres distàncies, però per a les darreres el fet de quantificar‑les esdevé bastant més complicat, aquestes últimes són les que anem a tractar al present article, així com també possibles inconsistències de les tècniques actuals de mesura.

L’efecte Doppler

No us heu parat mai a pensar a que és degut aquest curiós fenomen acústic que és produeix quan un vehicle passa a una certa velocitat pel nostre costat? Aquest curiós canvi de to en les ones sonores és conegut des de que s’inventà el tren de vapor i té una explicació bastant senzilla: com que la velocitat del vehicle en qüestió és comparable a la velocitat de les ones acústiques, aquestes s’amunteguen al davant del vehicle, i al darrere es separen, per això al front la freqüència és major, i a l’altra banda aquesta disminueix.

Figura 1.

Doncs bé, aquest efecte també pot observar‑se en la llum, però l’objecte generador de les ones hauria de portar una velocitat comparable a la de les ones lluminoses, i en aquest cas podríem veure que la llum que prové del vehicle es torna violada quan s’apropa i enrogeix quan aquest s’allunya de l’observador. Malgrat que l’efecte Doppler en les ones lluminoses no té cap aplicació a la Terra (bé, podem mesurar la velocitat de J. Mª. Aznar, però d’aquest cas ja ens ocuparem en un altre article), ens serveix per mesurar velocitats d’astres i per calcular les distàncies que ens separen d’ells.

Espectres estel·lars

Un sòlid incandescent emet llum en totes les longituds d’ona, i si la fem passar per un prisma per a separar les diferents freqüències, obtindrem un espectre complet com el de la figura 2, (sols representat a la zona visible)

 

Figura 2,espectre a la zona visible.

Per una altra banda un gas incandescent no emet llum en totes les longituds d’ona de l’espectre electromagnètic, sinó que tenim un espectre de ratlles, que a més és típic de cada element químic, anomenat espectre d’emissió del gas.

 

Figura 3, espectre d’emissió (sèrie de Balmer de l’hidrogen)

Aquestes línies les provoquen els fotons emesos pels electrons de l’element gasos en qüestió, en botar d’un òrbital a un altre de menor energia, i com el nombre d’òrbitals està quantificat els possibles “bots” entre ells també ho estan.

Llavors els espectres de les estrelles ens proporcionen una valuosa informació sobre la seua composició química, aquesta és una bona forma de saber els materials que formen els estels, donades les increïbles distàncies que ens separen.

Desplaçament cap al vermell

Cap a principis del segle passat, es construí un telescopi de 2,54m al cim del turó Wilson, el en que treballaren Edwin Powell Hubble i el seu ajudant Milton Humason, i es dedicaren principalment a l’obtenció de espectres de galàxies llunyanes, cosa que era bastant complicat, ja que per a emulsionar una placa fotogràfica amb la llum d’una galàxia feia falta exposar‑la prou nits consecutives.

Hubble i Humason s’adonaren d’un fet estrany, els espectres de les galàxies distants estaven desplaçats cap al roig, i no sols això, quan més llunyanes eren les galàxies, més desplaçats cap al vermell estaven els respectius espectres, les galàxies s’estaven “escapant de nosaltres” a una velocitat endimoniada. Tot feia pensar que l’univers avia sorgit d’una gran explosió o Big Bang.

Figura 4, espectre d'un estel.

Figura 5, l'espectre anterior desplaçat cap al blau.

Figura 6, l’espectre anterior desplaçat cap al roig.

La relació entre la velocitat en que “s’escapen” les galàxies i la seua distància és lineal amb la constant de Hubble, per la qual cosa, per a saber la distància a un objecte, sols en fa falta saber la velocitat a la que “s’escapa de nosaltres”, donada per la quantitat de desplaçament cap ai roig que presenta l’objecte estudiat, i amb la relació de Hubble sabrem la distància.


Objectes d’ARP

El Big Bang és la teoria de la formació de l’univers més amplament acceptada pel conjunt dels astrònoms, encara que hi ha un grup que segueixen sense acceptar‑la. Un dels anteriors astrònoms és Alton Arp, que ha trobat grups de galàxies, o incloses galàxies i quasars en “clara interacció física”, i de vegades units per ponts de pols, i si fem cas de la relació de Hubble, i mesurem el desplaçament cap al vermell que presenten, arribem a la conclusió que estan separats per centenars de milions d’anys llum, cosa que és clarament impossible.

Imatge 1, NGC-4038 i NGC-4039, (ARP-224).

Arp assenyala també que el desplaçament cap al roig que presenten els quasars no és degut a la seua increïble distància, sinó que és provocada per mecanismes encara desconeguts. Si l’afirmació anterior és certa els quasars no serien tan energètics com es creu al estar molt mes propers a nosaltres.

Si algú sent curiositat pels objectes d’Arp, ací té un llistat dels més brillants:



Nº NGC

Nº ARP

Magnitud

RA

DEC

221

168

9

40

52

1068

37

9,6

0

1

1316

154

9,6

-37

12

3034

337

9,3

69

41

3627

317

9,7

12

59

4472

134

9,3

8

0

4486

152

9,6

12

24

4631

281

9,8

32

32

4649

116

9,8

11

33

5128

153

7,9

-43

1

5194

85

9

47

12

5457

26

8,2

54

21

6946

29

9,7

60

9

Taula 1, galàxies d’Arp més brillants. (Perdoneu possibles errades d’escriptura).

imatge 2, NGC-6621

Conclusions

Si les idees d’Arp foren correctes, ja no caldrien els estanys mecanismes per al funcionament dels quasars i d’altes objectes “suposadament” llunyans. Però hem de tenir que el desplaçament cap al vermell no és l’única evidència que confirma el Big Bang, ja que hi ha d’altres proves, com la proporció de elements químics a l’univers, la radiació de fons de 3K.

El temps serà l’únic que ens podrà donar la resposta, i mentre esperem, vaig a agafar el cotxe que tinc a 20 metres de mi per a recórrer els 7km que separen ma casa de la seu de la AAS, i a pensar en distàncies més comprensibles per a la meva ment.

Bibliografia:

El Universo, enciclopedia de la astronomía i el espacio, Ed. Planeta de Agostini, (Barcelona 1997)

Colin A. Roman, Secretos del cosmos, biblioteca básica Salvat, (Madrid 1969).

Carl Sagan, Cosmos (ed. RBA), (Barcelona 1992).

Inicio
Boletín Huygens
Nº 39
Artículo anterior
Artículo siguiente