He conocido a muchas personas quienes me dicen que, durante su infancia, quisieron ser astrónomos. Con el paso del tiempo, lo descartaron y terminaron desempeñándose en otras profesiones. Esto me ha llevado a pensar que tras cada uno de los 7.000 millones de habitantes que habitan hoy el mundo existen, en potencia, un sinnúmero de astrónomos que quieren saber más de sus raíces cósmicas.
Tuve la fortuna de poder dedicarme profesionalmente a esta actividad, de aprender a usar telescopios y observar e investigar el universo. Estoy convencido de que el astrónomo profesional es un intermediario entre el cosmos y el astrónomo que algunas personas llevan dentro. Espero que este libro sea una especie de mediación y que, al mismo tiempo, se encuentre a la altura de esta responsabilidad. Lo escribí pensando en lectores que no sean expertos o se encuentren ya familiarizados con la astronomía, por tanto, pueden leerlo desde estudiantes de sexto básico en adelante. Está compuesto por diecinueve capítulos breves que, al inicio de cada uno incluye una experiencia o anécdota personal relacionada con el tema del capítulo. El lector puede pasar por alto las experiencias y anécdotas con las cuales introduzco cada uno de los temas abordados en este libro sin ningún riesgo de perder continuidad, en caso de que prefiera pasar directamente al contenido científico.
El propósito de estas páginas es, como verán, ofrecer un panorama general de nuestro conocimiento sobre el universo, una excursión que va desde lo más cercano a lo más lejano, deteniéndonos en algunos paraderos para explorar más a fondo. En la primera parte comenzaremos un viaje desde la Tierra hasta el límite de lo que podemos observar con las herramientas que nos otorgan la naturaleza y la tecnología. En la segunda parte veremos que el universo es dinámico y que ha evolucionado desde las partículas elementales a construcciones cada vez más complejas como, por ejemplo, el Homo sapiens.
En esta excursión viajaremos, por tanto, hacia el pasado, hasta el mismísimo big bang, e indagaremos sobre las semillas que dieron forma al universo tal y como es hoy. A menudo se asocia al big bang como el principio del tiempo, pero en realidad todo lo que podemos afirmar es que este es, en realidad, el inicio de la expansión del universo ocurrida hace unos 13.800 millones de años. Yo mismo he caído muchas veces en esta tentación, pero la verdad es que las herramientas que nos otorgan las teorías científicas son limitadas y no nos permiten descartar que el universo haya existido antes del gran estallido.
Si bien he tratado de explicar cada uno de los elementos que componen este libro con un lenguaje simple, he intentado al mismo tiempo lograr profundidad e indagar en conceptos que no son necesariamente sencillos. Por un lado he querido compartir información científica con el lector, pero lo que más me ha motivado a escribirlo es que la lectura provoque curiosidad y que, después de este viaje, surjan muchas preguntas. Debo reconocer de antemano que los últimos dos capítulos son los de mayor dificultad conceptual. El último, en particular, es más abstracto y especulativo. Plantea preguntas fundamentales que hasta hace poco no parecían siquiera posibles de abordar científicamente: ¿Está el universo hecho para nosotros o hay multiples universos paralelos? ¿Tuvo el universo un principio en el tiempo? Llegados a ese punto, recomiendo respirar profundo y leer más lento.
Hacia el final de esta excursión veremos que, si bien la astronomía nos ha permitido avanzar un gran trecho en entender cómo ocurrió el big bang y por qué el universo es cómo es, aún quedan muchas preguntas por responder. Así es la ciencia: una de las herramientas más poderosas que tenemos para entender la naturaleza, pero que aún tiene límites.
Mientras escribía este libro, me enteré de un importante acontecimiento: nos encontramos en la antesala de dos eventos astronómicos que ocurrirán próximamente en nuestro país. Se trata de los dos eclipses totales de Sol que podrán ser observados desde Chile en 2019 y 2020, el primero desde la región de Coquimbo y el segundo desde la región de la Araucanía. Los eclipses totales de Sol ocurren en angostas franjas sobre la superficie de la Tierra, por lo cual es inusual que uno de ellos ocurra justo donde uno se encuentre. Más inusual es que ocurran dos eclipses solares totales en una misma zona geográfica. Recomiendo hacer lo posible por viajar a esas franjas, pues van a transcurrir veintiocho años para poder presenciar nuevamente un evento de este tipo desde nuestro país.
Finalmente quiero agradecer a Francisco Yankovic, Marcela Paz Molina, Miguel Pita, Máximo Bañados, Paulina Lira, Gonzalo Palma, Luisa Valenzuela y a Gonzalo Valenzuela, por la gentileza de leer algunas partes de este libro, así como a la Universidad de Chile y a CONICYT, instituciones donde he podido dedicar parte de mi tiempo a una de mis pasiones: la divulgación de la ciencia.
Estimados viajeros: aseguren sus cinturones y comencemos esta aventura cósmica.
MARIO HAMUY W.
Agosto de 2018
En febrero de 1973 emprendí con mi familia un viaje al norte de Chile. Íbamos en un Peugeot 404 de color rojo. Nos trasladábamos a Vicuña, la ciudad natal de Gabriela Mistral. La primera parada, al final del día, fue la hostería de esta localidad, ubicada al interior de La Serena, en el Valle del Elqui. El río, del mismo nombre, aporta el color verde al lecho del valle, que se encuentra rodeado de áridos cerros, amarillos de día y anaranjados al atardecer, todo debajo de un cielo azul intenso y prístino. Tenía 12 años. Lo que más me llamó la atención desde que llegamos fue un empinado cerro, sobre cuya cima se erguían una serie de figuras blancas. A juzgar por su distancia, unos 20 kilómetros, debían ser enormes estructuras. Su forma cupular revelaba la sofisticada mano del hombre.
Se trataba del observatorio astronómico Cerro Tololo, ubicado a 2.200 metros sobre el nivel del mar, cuyo nombre significa, en lengua aimara, «al borde del abismo». El cerro había sido elegido, a comienzos de los sesenta, por el Observatorio Nacional de los Estados Unidos como la instalación hermana del observatorio de Kitt Peak, ubicado en Arizona, para explorar el universo desde el hemisferio austral. La búsqueda del sitio óptimo se hizo recorriendo la Cordillera de los Andes y el Desierto de Atacama a lomo de mula por un equipo de astrónomos chilenos y norteamericanos. El lugar elegido era privilegiado por la limpidez de sus cielos y sus virtuosos vientos, sin turbulencias, que aseguraban las imágenes más nítidas del firmamento.
Con sus insuperables condiciones como ventana al universo, el presidente Eduardo Frei Montalva inauguraba allí, en 1967, el observatorio que albergaría, a partir de 1973, el telescopio óptico más grande del hemisferio austral, cuyo espejo de cuatro metros de diámetro nos sigue deslumbrando hasta el día de hoy con los descubrimientos más importantes del cosmos.
Su majestuosa cúpula blanca, equivalente a un edificio de doce pisos de altura, fue la figura que por entonces me conmovió, estimulando mi imaginación hasta el infinito, sin saber que diez años después llegaría a esa cima como estudiante de astronomía.
Sin embargo, antes de llegar a contemplar el cielo, debemos introducirnos en algunos aspectos formales que nos serán de utilidad en esta excursión por el universo.
Distancias en el universo
El universo es la totalidad de lo que existe. Esta definición nos permite afirmar que no existe un «afuera» del universo. Veremos más adelante, sin embargo, que en los últimos años se ha tornado muy popular la idea de que la naturaleza haya formado un sinnúmero de universos paralelos. Hasta ahora no hemos encontrado ninguna evidencia científica que apoye esta teoría, por lo que aún se encuentra en el plano de la especulación. Pero, si algún día lográramos demostrar la existencia de otros universos, estos pasarían a ser parte de un universo mucho más grande que el que hoy conocemos.
Habiendo presentado nuestro objeto de estudio, partamos nuestro recorrido con una pregunta fundamental: ¿Se puede medir el universo? Para describir la vastedad del cosmos debemos usar como referencia una unidad de distancia. El conocido «kilómetro», útil en la Tierra, es un patrón muy pequeño, ya que los números que se requerirían para especificar las distancias en el espacio serían enormes, incluso para medir la distancia con nuestra estrella más cercana. Debemos utilizar, por tanto, alguna otra unidad, de modo que los números que se usen para describir el tamaño del universo sean más pequeños. Es decir, si agrandamos el patrón de medida, entonces los números se reducen. Como veremos, aun tomando esta precaución, los números —como las distancias— resultan muy grandes.
La unidad más habitual que se usa para medir distancias en el universo es el «año luz». La luz, nuestra mensajera cósmica,[1] tiene una velocidad característica de desplazamiento de 300.000 kilómetros por segundo y esta es, a su vez, una constante universal.[2]
Cuando observamos un objeto lejano, esa información se demora en llegar a nosotros, puesto que la luz tiene que viajar a la velocidad recién mencionada. Lo anterior, si bien resulta a primera vista una ventaja, también resulta ser una desventaja, y es que 300.000 kilómetros por segundo es la máxima velocidad a la que cualquier información física puede viajar. Hasta donde sabemos, nunca vamos a poder movernos más rápido que a esa velocidad. Por tanto, los viajes en el espacio se hacen muy difíciles. Si pudiéramos impulsar un objeto a la máxima velocidad que nos permite la física, llegar a la estrella más cercana nos tomaría cerca de cuatro años.
Que la luz no se propague de manera instantánea implica que siempre estamos recibiendo luz del pasado. Los astrónomos estamos atrasados con las noticias que llegan desde fuera. Sin embargo, la ventaja de esta situación es que cuando observamos una estrella lejana lo hacemos en el pasado: lo que observamos es la luz que emanó de dicho objeto un tiempo atrás y que tuvo que recorrer la distancia que nos separa de dicha estrella. Al capturar una imagen del universo, por tanto, no estamos obteniendo una fotografía instantánea, ya que en la misma imagen astronómica veremos estrellas lejanas cuya luz emanó hace poco tiempo, objetos un poco más distantes, cuya luz tuvo que viajar más para llegar a nosotros, y así sucesivamente.
De esta manera, y gracias a que la velocidad de la luz no es infinita, hemos podido reconstruir la historia del universo. Si la información se propagara instantáneamente, estaríamos viendo el universo como es en la actualidad y no podríamos saber cómo fue en el pasado.
La velocidad de 300.000 kilómetros por segundo implica que la luz recorre dicha distancia en un segundo de tiempo (300.000 x 1). A esta distancia la llamamos el «segundo luz». Esta última no es una medida de tiempo sino de distancia. Es la distancia que recorre la luz en un segundo.
Ahora podemos pensar en una unidad más grande: la distancia que recorre la luz en un minuto. Es cuestión de multiplicar el número anterior por 60 segundos (300.000 x 1 x 60) y la unidad de distancia llega a 18.000.000 kilómetros.
Si continuamos este ejercicio, podemos hacer crecer la barra de medida a la «hora luz», multiplicando el «minuto luz» (300.000 x 1 x 60) por los 60 minutos que hay en una hora (300.000 x 1 x 60 x 60), y el patrón llega ahora a 1.080.000.000 kilómetros.
Luego podemos pasar al «día luz». Para eso tenemos que multiplicar el número anterior (300.000 x 1 x 60 x 60), por las veinticuatro horas que tiene un día (300.000 x 1 x 60 x 60 x 24), lo cual arroja una distancia de 25.920.000.000 kilómetros.
Finalmente, llegamos a la unidad que estamos buscando: el «año luz». Para eso tenemos que multiplicar el número anterior, por los 365,25 días que dura un año promedio (300.000 x 1 x 60 x 60 x 24 x 365,25), lo que corresponde a una distancia de 9.467.280.000.000 kilómetros. Este es el año luz expresado en kilómetros: una unidad para medir distancias. Por su nombre, a menudo las personas piensan que se trata de una unidad de tiempo, sin embargo no lo es. El año luz es la distancia o longitud que recorre la luz durante un año en el espacio vacío.
Premunidos de estas convenientes unidades de distancias, comenzaremos nuestro recorrido. Más adelante veremos que el universo observable es una esfera centrada en nosotros con un radio de 13.800 millones de años luz, aunque por ahora partiremos por lo más cercano, viendo cómo cambian las distancias a medida que nos alejamos de nuestro planeta.