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El Neutrino

El neutrino es una partícula esquiva, en apariencia insignificante, pero necesaria para explicar el mundo. Ni la radiactividad, ni el big bang, ni el Modelo Estandar de la física de partículas serían posibles sin él. Con El neutrino, un blog nacido en febrero de 2009, el físico y escritor Germán Fernández pretende acercar al lector, y ahora al oyente, al mundo de la ciencia a partir de cualquier pretexto, desde un paseo por el campo o una escena de una película, hasta una noticia o el aniversario de un investigador hace tiempo olvidado.

Un cinturón de asteroides muy holgado.

La soledad del asteroide - El Neutrino Podcast - Cienciaes.com

En 1979 se lanzó el videojuego “Asteroides”, que llegó a ser uno de los más populares de la época. Pocos meses después se estrenó la película “El imperio contraataca”. Ambos tienen en común el retrato que hacen de los cinturones de asteroides; un retrato bastante poco realista.

Según el videojuego y la película (y muchas otras obras de ficción), los cinturones de asteroides son zonas atestadas de peligrosas rocas que se mueven aleatoriamente en todas direcciones, chocando continuamente unas con otras y con cualquier nave que se atreva a acercarse. Una imagen muy alejada de la realidad, al menos en nuestro sistema solar, y seguramente en cualquier otro en el que unos millones de años, lo que es un instante en términos astronómicos, hayan puesto un poco de orden en el caos primigenio del sistema. De hecho, todas las sondas interplanetarias que han atravesado nuestro cinturón de asteroides han salido de él sin contratiempos. Es más, de las cuatro primeras naves que cruzaron el cinturón de asteroides, las Pioneer 10 y 11 y las Voyager 1 y 2, en la década de 1970, ninguna pasó a menos de un millón de kilómetros de ningún asteroide conocido. Como tampoco lo hizo la sonda Cassini en 2000, en su viaje hacia Saturno.

En primer lugar, los asteroides se mueven en órbitas más o menos circulares alrededor del Sol, y todos (o casi todos) se desplazan en el mismo sentido, así que su movimiento es bastante ordenado. Y además, el espacio es tan grande que, a pesar del gran número de asteroides que hemos descubierto (cientos de miles, y los que quedan…), el cinturón de asteroides está prácticamente vacío.

En nuestro sistema solar, los asteroides se concentran principalmente entre Marte y Júpiter. La región de mayor densidad, donde se reúne más del 90% de todos los asteroides, se extiende desde 2,06 a 3,27 unidades astronómicas de distancia al Sol. Recordemos que una unidad astronómica es la distancia que separa a la Tierra del Sol, equivalente a 149,6 millones de kilómetros, así que los asteroides se concentran en una región entre 308 y 489 millones de kilómetros de distancia al Sol. En un plano, esto representa una corona circular con un área de 453 mil billones de kilómetros cuadrados.

Pero las órbitas de los asteroides no están todas en el mismo plano. Sin embargo, la inclinación de la órbita de la mayor parte de los asteroides es inferior a 20 grados, así que se puede calcular que no se alejan más de una unidad astronómica del plano del Sistema Solar, o sea, como decíamos antes, 149,6 millones de kilómetros. Así, la zona del espacio donde se concentra la mayor densidad de asteroides corresponde a un volumen que tiene como base la corona circular de la que hablábamos antes, y como altura dos unidades astronómicas, una por encima y otra por debajo del plano del Sistema Solar; un volumen de 136 cuatrillones de kilómetros cúbicos. 136 seguido de 24 ceros.

La masa total de los asteroides existentes entre Marte y Júpiter se calcula que es de 3 trillones de toneladas, lo que nos da para el volumen anterior una densidad de 22 miligramos por kilómetro cúbico. Un espacio prácticamente vacío. Y eso si la masa de los asteroides estuviera distribuida uniformemente, que no lo está: la mitad de esa masa se concentra en cuatro asteroides. O más correctamente, en tres asteroides, Vesta, Palas e Higía, y un planeta enano, Ceres.

Otra forma de verlo es calculando la distancia media entre asteroides en esa zona. Se estima que hay cerca de 25 millones de asteroides con un diámetro de cien metros o más. Distribuidos uniformemente, le corresponde a cada uno un volumen de 5,43 trillones de kilómetros cúbicos. ¿Cómo podemos convertir ese volumen medio por asteroide en una distancia media entre asteroides?

Si consideramos que el volumen asignado a cada asteroide es una esfera, podemos calcular la distancia media entre asteroides como el doble del radio de esa esfera, ya que las esferas son tangentes, se tocan unas con otras. ¿Cómo podemos distribuir esas esferas en el espacio de la manera más compacta posible? No tenemos más que acercarnos a una frutería para verlo. En una frutería, las naranjas no se colocan unas sobre otras como bloques de construcción; en cada plano, se colocan en filas alternas, de forma que cada fila está desplazada media naranja respecto de la anterior, lo que se llama “al tresbolillo”, y el siguiente plano se coloca de manera que cada naranja encaja en el hueco entre tres naranjas contiguas del plano inmediatamente inferior. Esta forma de apilar esferas, llamada empaquetamiento hexagonal compacto, corresponde a colocar el centro de cada esfera en el vértice de un tetraedro regular. Según la conjetura de Kepler, ésa es la manera más compacta de apilar esferas. Aunque no fue Kepler el primero en darse cuenta. El primero fue el matemático inglés Thomas Harriot, a quien Sir Walter Raleigh había pedido que determinara la mejor manera de almacenar las balas de cañón en un barco. Pero fue Kepler, que mantenía correspondencia con Harriot, quien popularizó la idea. Idea que, dicho sea de paso, no ha sido demostrada hasta 1988 por el matemático estadounidense Thomas Callister Hales. Si es que se puede llamar demostración a 250 páginas de texto y 3 gigabytes de programas, datos y resultados.

Para calcular la distancia media entre asteroides nos falta un detalle: Las esferas, por muy bien que las apilemos, no ocupan todo el volumen disponible. La fracción del volumen total que ocupan las esferas, según calculó Gauss hace casi dos siglos, es exactamente el número pi dividido por 3 y por la raíz de 2, aproximadamente igual a 0,74. Ahora ya podemos calcular esa distancia media entre asteroides, que resulta ser de unos dos millones de kilómetros, más de cinco veces la distancia de la Tierra a la Luna. ¡El espacio es muy grande!
Así se explica que tan pocos asteroides hayan sido visitados por sondas espaciales. Y muchos de ellos han sido asteroides cercanos a la Tierra, más fáciles de alcanzar que los del cinturón principal. Como Eros, donde aterrizó la sonda NEAR Shoemaker en 2001. La primera sonda que se aproximó a un asteroide del cinturón principal fue Galileo, que pasó a 1.600 kilómetros de Gaspra en 1991 y a 2.390 de Ida en 1993. NEAR Shoemaker sobrevoló Matilda a 1212 kilómetros en 1997, antes de dirigirse a Eros. En 2002, Stardust pasó a 3079 kilómetros de Anafrank. En 2006, New Horizons, de camino a Plutón, pasó a cien mil kilómetros del asteroide APL. Roseta sobrevoló Steins a 800 kilómetros en 2008 y Lutecia, a más de 3.000 kilómetros, en 2010. Incluso la misión Dawn, cuyo objetivo es el estudio del cinturón de asteroides, visitará en su viaje sólo dos de estos cuerpos: Vesta, que orbitó a unos 200 kilómetros entre 2011 y 2012, y Ceres, adonde llegará en febrero de 2015. Eso es todo por ahora.

¿Y los asteroides más pequeños? Son mucho más numerosos que los grandes. La cantidad de asteroides por tamaño sigue aproximadamente una ley de potencias. Si dividimos el tamaño mínimo del asteroide por 10, su número se multiplica aproximadamente por 100. Hay entonces unos 250.000 millones de asteroides de más de 1 metro de diámetro, separados por una distancia media de 92.000 kilómetros. Y así sucesivamente: para asteroides de más de 1 centímetro, la distancia media es de 4.200 kilómetros, los asteroides de una décima de milímetro están separados unos 200 kilómetros, y los asteroides de una milésima de milímetro están separados unos 9 kilómetros. No parece preocupante para una nave espacial que atraviese el cinturón de asteroides; y, desde luego, no tiene nada que ver con los campos de asteroides que nos muestran en la ficción. Pero claro, un espacio prácticamente vacío como es en realidad nuestro cinturón de asteroides no es tan fotogénico, ni atravesarlo es tan emocionante.

OBRAS DE GERMÁN FERNÁNDEZ:

El expediente Karnak. Ed. Rubeo

El ahorcado y otros cuentos fantásticos. Ed. Rubeo

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