Llevo desde el año 2007 entero como profesor, con diversas asignaturas, en la UCLM. Cada cuatro años nos tocan las elecciones a rector, más o menos. Este año, debido a la pandemia, se han retrasado. Pero en principio eran lo mismo: dos tipos, a veces sólo uno mínimamente razonable, entre los que había que escoger. Siempre lo he considerado una obligación más a la que atendía como tanta otras en la Universidad: gestionar facturas, subir las notas al sistema adecuado, etc.
Hasta estas elecciones. El asunto es que de los dos candidatos, hay uno que ha hecho algo que hace tiempo que no me pasaba: me ha ilusionado. Mucho. Concretamente, el candidato Julián Garde.
Vino hasta la escuela de Industriales de C. Real con el ánimo de pulsar las opiniones de los profesores y asistí a la reunión sin demasiada expectativas. Esperaba encontrarme una persona más, dispuesta a no molestar ni decir nada que pudiera evitar una elección que era bastante segura. A fin de cuentas, dado que el actual rector lleva dos mandatos, es razonable pensar que ganará casi cualquier oponente. No tenía que esforzarse nada, sólo no ser muy políticamente incorrecto. Y lo cierto es que desde el principio, presentó una pasión por intentar solucionar problemas que ve, además de tener una clara visión de la Universidad, muy distinta de la de casi cualquier otra persona que conozca. Y muchísima ilusión, muchas ganas de hacer de la UCLM una Universidad mejor, más integrada en la región y con mayor atractivo para los propios estudiantes de Castilla-la Mancha y capaz de generar empleo y personas capaces para la región.
Y me contagió toda esa ilusión. Tanto, que fue la primera vez que saliendo de una reunión con un candidato, no sólo sabía a quién iba a votar, sino que sabía que esta vez no iba a ser una obligación.
Lo cierto es que voy a votar por Julián Garde, y con muchísima ilusión. No es que el actual rector lo haya hecho tan mal. A fin de cuentas, Miguel Ángel Collado dirigió muy bien la Universidad en momentos de crisis económica muy complicados. Pero la pasión e ilusión que representan Julián, junto con el conjunto de refrescantes ideas que presenta sobre la UCLM hace que rompa una norma no escrita personal, la de no decir nada públicamente sobre los candidatos a rector, para decir que yo voy a votar a Julián Garde. Porque honestamente, creo que es algo más que el mejor candidato para la UCLM. Es un candidato que va a hacer que la Universidad salte hacia adelante, que le hace falta.
Para terminar, me gustaría decir que nadie me ha pedido/dicho que escriba este texto. Lo hago porque honestamente creo que es el mejor candidato para dirigir la UCLM.
En la ciencia ficción es muy frecuente el uso de planetas que orbitan estrellas dobles, tanto en el cine, todo el mundo recuerda los dobles soles sobre Tatooine, como en las novelas. Por ejemplo, un caso extremo donde largas variaciones climáticas juegan un papel fundamental en la trama es la trilogía de Heliconia escrita por Brian W. Aldiss(1). Pero ¿hasta qué punto es esto posible?
En un reciente artículo en la revista «Journal of Geophysical Research: Planets», un grupo de investigadores decidieron encarar la cuestión. Comienzan en la introducción comentando que tanto por simulaciones sobre dinámicas planetarias y de estrellas, como por elementos observacionales, la cantidad de sistemas dobles es grande, son sistemas comunes en el Universo.
Sigue explicando que trabajos previos consideraron el clima y la habitabilidad de planetas orbitando este tipo de sistemas binarios, usando simulaciones 1-D y 3-D(2). De hecho, en las simulaciones de los sistemas binarios en 3-D realizadas para planetas similares a los sistemas estelares Kepler-47 y Kepler-35(3), que albergan respectivamente un planeta neptuniano y un mundo océano demostraron que ambos planetas poseen climas muy estables, con variaciones menores al 1% de la media en la temperatura. La razón es que tanto la cubierta de nubes del primero como la gran cantidad de agua del segundo compensan las altas variaciones en radiancia(4) que produce el sistema binario. El problema con estas simulaciones es que estos dos sistemas planetarios son poco representativos de las posibles variaciones en tipo y órbitas en los sistemas binarios.
Por eso los autores de este artículo se decidieron a comprobar qué pasa al maximizar y minimizar dos cantidades fundamentales para entender la variación climática en un planeta en la zona habitable de un sistema binario: el periodo y la magnitud de la radiancia de las estrellas y la inercia térmica del sistema acoplado atmósfera/superficie planetaria, respectivamente. Al maximizar el periodo y magnitud de la irradiancia hasta el límite de sistemas estables, estamos considerando todas las posibles cantidades de energía que el planeta reciba, y al minimizar la inercia térmica del acople atmósfera/superficie, le impedimos al planeta adaptarse con facilidad a los cambios en la energía irradiada que recibe de su sol.
Citando estudios muy recientes, de los años 2016 a 2019, realizados en sistemas binarios con variaciones pequeñas en la irradiancia estelar, la comparan con lo que es posible para un sistema estelar doble que sea estable. Por ello explican que en su investigación emplearon un planeta tipo tierra, recibiendo una irradiación solar similar a la que nosotros recibimos (1.360 W m⁻²) con una serie de pasos que ellos resumen así:
Mediante cálculos analíticos examinaron todas órbitas estables alrededor de sistemas estelares binarios, identificando las que proveen mayor cambio en la incidencia de radiación sobre el planeta.
Con un modelo en 3-D del clima del planeta, identificaron el impacto en el clima del mismo tanto en todo el planeta, como en las regiones que lo formaron y también a lo largo de las estaciones.
El resultado final observado es que en sistemas dinámicos estables, las masas continentales del plante presentan variaciones debido a la presencia de las dos estrellas, pero el clima global es resistente a situaciones catastróficas y la habitabilidad del planeta no se ve comprometida debido a la alta inercia térmica de las masas de agua, lo que impide una variación catastrófica del clima en el planeta.
En las sección siguiente de su trabajo, donde explican los métodos que emplearon, dicen que usaron cuatro tipos de estrellas, con masas que van de 0,15 hasta 1,0 masas solares. Pueden parecer pocas, pero el asunto es que imponer en sistemas estables de estrellas dobles la presencia de planetas orbitando alrededor limita mucho las posibilidades del tamaño de las estrellas, de tal manera que esto es una buena muestra representativa. Esos modelos de estrellas los emplearon con soluciones analíticas sobre la estabilidad de sistemas planetarios en órbita alrededor de estrellas dobles publicados recientemente por otro grupo de trabajo, en el que parte de los autores de esta trabajo estaban presentes.
Ese modelo de la dinámica del planeta lo acoplaron con modelos abiertos de simulación climática planetaria(5), para incorporar las variaciones en radiancia debidas a las variaciones orbitales calculadas de manera analítica con el modelo. Al comentar la física que incluyen en el modelo, dicen que usan un gemelo de la Tierra, y que no consideran los efectos de la radiación al alterar la composición atmosférica. Comentan que si bien la composición química de la atmósfera puede cambiar mucho por la radiación que reciba, sus efectos sobre el clima de la superficie son pequeños, luego para su estudio pueden eliminar esa variabilidad. Siguen después explicando que para poder simular el clima del planeta, emplearon la misma distribución de superficie emergida que la que posee nuestro planeta y un océano de sólo 50m de profundidad, que es suficiente para poder entender el clima a escalas geológicas, el objetivo del estudio.
Viendo la dinámica estelar, comprobaron que debido a que si las masas de las estrellas son muy distintas las órbitas de los planetas que rodean al sistema estelar se hacen muy excéntricas(6) y por lo tanto el planeta no puede girar de manera estable si es del tamaño de la Tierra, la máxima variación de flujo en un sistema binario estable es del 35%. Uniendo todos los parámetros que simularon, en la figura siguiente muestran las variaciones en irradiancia solar para doce casos representativos.
Variación de irradiancia de los sistemas estelares dobles a lo largo del tiempo para doce casos representativos. El caso 1 es un control con un solo sol, como nuestro planeta.Las líneas naranjas representan el flujo recibido por hora, mientras que la línea negra su valor medio cada 30 días. Las variaciones verticales en las líneas naranjas son los eclipses de una estrella sobre otra. Figura 4 del artículo citado.
Como es obvio desde la figura, el caso 7 presenta una variación máxima en la irradiación planetaria. Las fuertes variaciones diarias en la luz del caso 8 se corresponden con un sistema binario con dos estrellas muy juntas, que por lo tanto interfieren en la luz que emiten sobre el planeta. Los casos 2, 3 y 4 presentan estrellas iguales en masa, con el caso 4 marcando la máxima influencia de los eclipses estelares en la irradiancia sobre el planeta.
Como tenían también simulaciones del clima del planeta, pudieron representar la variación de la temperatura en el planeta, sus océanos y la tierra emergida. Los resultados para los mismos 12 casos tipos anteriores forman la siguiente figura:
Temperaturas en los planetas de los 12 casos anteriores. Las líneas rojas son los máximos locales en cualquier punto del planeta, las líneas verdes la media en la zona emergida y la línea en el medio la temperatura media en el océano. Las líneas negras son la media en 30 días y las de colores, como antes, marcan la variación horaria. Figura 5 del artículo citado.
Es notable que el océano apenas cambie su temperatura media, y que incluso en los caos más extremos de variación de irradiación, caso 12, la temperatura del océano se mantenga constante con variaciones del orden de 5 grados máximo. En las zonas emergidas no sucede esto y las variaciones de temperatura pueden ser muy grandes, hasta casi cuarenta grados de diferencia. Es notable que el caso 1, la simulación de un planeta como la Tierra, presenta también variaciones en en la máxima registrada de casi 40º, algo bastante cercano a la realidad.
Como ya habían dicho al principio, todos estos resultados implican que los planetas que se encuentren en zonas habitables(7) de sistemas estelares binarios no están condenados, sino que perfectamente pueden albergar vida. Después empiezan a especular sobre los efectos que las variación que observan tendría sobre la vida en ese planeta, incluyendo la posibilidad de desarrollar vida inteligente. Pero ya me parece que entra demasiado en el reino de la especulación y no lo voy a comentar.
(1) El artículo de la wikipedia en español sobre la trilogía explica muy bien el argumento central: Wiki:Heliconia.
(2) Las simulaciones 1-D de sistemas tan masivos como planetas se basan en la idea de que es razonable estimar todo el planeta como un conjunto medio de sus características de estudio principales. Por ejemplo, para «simular» la Tierra, bastará con saber la cantidad media de agua, su densidad, la radiancia total emitida por el Sol, etc. Son modelos que pueden llegar a ser útiles en estudios a largo plazo, como este artículo.
(3) Las entradas en la Wikipedia en Español e Inglés lo aclaran más sobre estos sistemas lo aclaran más, pero el segundo planeta, el de Kepler-35, es una sospecha, puesto que no se ha podido localizar: Wiki:Kepler-35, Wiki:Kepler-47.
(4) La radiancia es la cantidad de radiación electromagnética emitida por un cuerpo. En el caso de sistemas estelares, es la cantidad de energía que las estrellas emiten al espacio y que puede llegar a los planetas que orbiten esas estrellas para calentarlos o no.
(6) La excentricidad de la órbita es la diferencia entre un círculo perfecto y la órbita real. La de la Tierra es de 0,017. Fuente: Wiki:Excentricidad orbital.
(7) Se define la zona habitable de un sistema estelar como la región alrededor de la estrella o estrellas donde debido al valor de la irradiancia estelar, los planetas pueden tener agua líquida en la superficie. El artículo de la wikipedia en Español está bien: Wiki:Zona de habitabilidad.
Una pistola atómica es un buen arma, pero puede disparar en ambas direcciones
Salvor Hardin, primer alcalde de Términus
Con este libro quiero comenzar una nueva serie de artículos en los que hablo de algunos de los libros que, de alguna manera, han resultado fundamentales en mi vida.
Y para hacer eso, nada mejor que comenzar con el libro «Fundación», de Isaac Asimov. Es el primero de una serie bastante larga, con seis o siete libros de calidad irregular, decayendo bastante en los últimos. Pero este primero…
Narra la historia de un futuro imperio humano que se extiende por la galaxia y que está llegando a su fin debido a fuerzas históricas que impiden su desarrollo o supervivencia. Justo en esos momentos, una de las mentes más brillantes de todos los tiempos, un científico llamado Hary Seldon desarrolla una teoría mecanicista del devenir humano para grandes poblaciones(1) que llama psicohistoria(2). Es decir, logra predecir el comportamiento de grandes grupos de población a lo largo del tiempo, asignándoles diversas probabilidades a acontecimientos futuros. Y se da cuenta de que al imperio galáctico le quedan muy pocos años de vida, no más de treinta antes de derrumbarse. Después de su derrumbe, según sus ecuaciones, habría que esperar un tiempo de 10.000 años para que surja otro nuevo imperio, y pretende reducir este lapso de tiempo en un factor 10 con el establecimiento de una fundación dedicada a la recopilación del conocimiento humano en una gran enciclopedia electrónica(3). El desarrollo del libro es la historia de los primeros años de esta fundación, y como interacciona con los restos cada vez más moribundos y empequeñecidos del imperio galáctico. El libro está estructurado como un conjunto de relatos largos que suceden cada vez que se produce una «crisis Seldon», un conjunto de situaciones sociales, económicas y políticas cuya salida previó Hary Seldon con ayuda de sus ecuaciones. En cada uno de esos relatos, siguiendo la clásica estructura de planteamiento, nudo y desenlace, se presentan primero las condiciones sociales, políticas y económicas que generaron la crisis Seldon, después las personas que las resuelven y los cambios sociales que eso genera.
Aunque así dicho no suene tan interesante, la maestría de Asimov a la hora de plantear personajes, situaciones y aforismos, hace que su lectura sea absorbente, y que te enganche de una manera muy especial el devenir a lo largo de siglos de esta imaginaria galaxia llena de vida humana. Sin desvelar nada de la trama del libro, la inteligencia demostrada por gran parte de los personajes a la hora de enfrentarse a las tensiones sociales que les toca vivir es maravillosa. Escrita en el sencillo estilo tan característico de Asimov, el conjunto de ideas que contiene han inspirado y seguro que inspirarán a varias generaciones de científicos y tecnólogos, además de divertir a un montón de gente.
Después de leerlo, uno no puede evitar pensar en la posibilidad de descripción, más o menos determinista, de un gran conjunto de personas a lo largo del tiempo. No sólo me encantó el libro, sino que sus ideas me han dado incontables horas de pensamiento en torno a temas de historia, sociedad y economía que seguro no sería capaz de ver o pensar de otra manera.
(1) Si bien no existe nada parecido, Asimov dijo que se inspiró en las ideas fundamentales de la física estadística, donde la descripción de cada partícula individual no tiene sentido, sino la suma colectavi de sus movimientos para desarrollar la idea. De todas formas, hoy en día hay científicos estudiando cómo modelizar de manera general la historia humana. Tienen incluso una revista de investigación: Cliodynamics.
(2) No hay que confundirla con la rama de la psicología también llamada psicohistoria. Esta última pretende entender la historia humana desde una perspectiva de la psicología human individual, sin pretender en ningún momento realizar ningún tipo de predicción del futuro. El ariculo de la wikipedia sobre
(3) Si esta definición suena a la de la Wikipedia, eso es porque desde luego la idea tiene resonancias.
Además de por su propio interés científico, hay razones extra para querer lograr que las ondas en el agua, las olas, desaparezcan en un determinado terreno, que es de lo que trata el artículo que comento aquí. Cuando se hacen puertos y estructuras del estilo, donde los barcos deben atracar, el oleaje que se forme es muy molesto, por eso se suelen poner barreras capaces de minimizar el mismo. Pero si hay olas muy grandes, pasan por encima de las barreras y por lo tanto, los barcos no pueden atracar y los que están atracados se mueven, con todos los riesgos de seguridad que eso conlleva.
Los autores del artículo comienzan en su introducción comentando la importancia de los océanos para la humanidad, dado que los empleamos como rutas de transporte y lugares de alimentación y recreo(1). Y dado que el mar es de todo menos tranquilo, la investigación sobre sistemas de control del oleaje es un campo muy activo de la hidrodinámica. Como comentaba en el párrafo anterior, métodos más habituales de control del oleaje logran su disipación o atenuación, pero no su eliminación. Por eso con los sistemas actuales podemos o bien disminuir la altura de las olas o bien la frecuencia con la que llegan cerca de los puertos, pero no eliminar por completo el oleaje.
Sin embargo, en el campo de ondas electromagnéticas, y gracias al uso de metamateriales(2), el lograr la atenuación de estas ondas en volúmenes muy concretos, o su paso sin perturbar las ondas en sí, ya se ha conseguido en diversas condiciones. Por supuesto, algo así sería muy ventajoso en estructuras humanas cercanas al mar, porque si las olas pasan a través de un volumen determinado sin que se note su presencia, no pueden afectarlo ni a los barcos que contiene. Según el artículo, los problemas principales de estos metamateriales para su aplicación a las ondas marinas son dos. El primero, que las estructuras que hay que hacer son muy complejas, lo que dificulta su replicación en puertos y demás. Además, generalmente su función de invisibilidad o paso de una onda sin verse afectada por ella sólo la cumplen para una longitud de onda, cunado las olas son ondas de muy amplio espectro. Con estos dos inconvenientes, no se podrían emplear las estructuras actuales para su uso con ondas en líquidos.
Comentan después los investigadores que el uso de metamateriales en gradientes planos soluciona algunos de estos problemas: son estructuras que se pueden replicar en el tamaño requerido, relativamente fáciles de montar y que tiene un ancho de banda grande, lo que permitiría que atenuaran un conjunto grande de oleajes. Su uso en óptica está restringido, en el sentido de que más que trasladar la onda sin alterarla, este tipo de gradientes eliminan la amplitud que entre, atenuando muy fuertemente la onda electromagnética. Pero es este el objetivo de los autores con la olas: eliminarlas en una región dada.
Así, los autores adaptaron la tecnología de metamateriales con un gradiente de índice o GIM en inglés(3), para lo que en lugar de usar diversos materiales, emplearon distintas profundidades como generadores de diversos índices de transmisión de las ondas marinas en el agua. Con algo tan sencillo de construir como diversos gradientes de profundidad en el agua, se induce la «invisibilidad» de una zona de la costa a las olas, efectivamente protegiéndola frente a ellas.
La figura siguiente muestra el dispositivo de prueba en un canal:
Como se observa, el gradiente de altura se genera en el comienzo y el final del elemento, mientras que la zona central del mismo es simplemente un paralelogramo plano de longitud L2, anchura t y altura d. Con este sistema, y siguiendo el formalismo de transmisión de ondas que se emplea con las ondas visibles, al pasar por este dispositivo, las ondas marinas «ven» un índice de «refracción» de perfil cambiante en la longitud de propagación n(x).
Estructura de metamaterial con gradiente de profundidad que es capaz de eliminar olas. La figura (a) es un dibujo transversal de algunas dimensionas básicas, la figura (b) muestra el modelo teórico que se empleó y la (c) la realización práctica del mismo. Tomado de la figura 1 del artículo citado.
Es interesante notar que, dado que tenían que trabajar en un canal, las olas las crearon artificialmente con un dispositivo colocado antes del gradiente de alturas.
Como explican con más detalle en el artículo, generalmente las relaciones entre el índice de refracción del material por el que se propaga la onda y la onda en sí genera la dispersión de las ondas, lo que en este caso se traduciría en ondas un poco más pequeñas distribuidas por el canal. Sin entrar en detalles más técnicos, su estructura es capaz de modificar esta relación para permitir que las ondas pasen por el canal fuertemente atenuadas, es decir, en lugar de dispersar las olas, el gradiente de altitud equivalente al GIM deja que la onda se propague atenúandose muy fuertemente, por lo que se evita el problema de las olas.
La siguiente figura muestra el resultado experimental en el canal anterior con ondas de 0,7 Hzs de frecuencia y una altura media del canal de 16 cm:
Eliminación experimental de las ondas para las condiciones vistas arriba. La escala que va de 4 a -4 indica amplitud de la onda, y se observa con claridad como las ondas quedan atenuadas dentro de la zona con el gradiente y después del mismo.Los puntos (b) y (c) son los puntos en los que posteriormente caracterizan la altura de las olas respecto al máximo inicial. Adaptado de la figura 2 del artículo citado.
Antes de iniciar el experimento, simulaciones empelando el método de elementos finitos confirmaron que efectivamente, la geometría del canal anulaba las ondas enviadas. Es fácil ver que después del paso por la zona de gradientes, una cierta parte de las olas se recupera, pero dentro de ese canal, no hay apenas alteraciones de la altura. Sería esa zona la de «invisibilidad» para las olas, donde cualquier objeto situado en ellas no se movería.
Las pequeñas olas que se muestran en los experimentos dentro del canal se deben sobre todo, a efectos no lineales(4) de la viscosidad, que en el modelo analítico que resolvieron de la propagación de las olas, no se tuvieron en cuenta.
Para caracterizar el funcionamiento de este sistema a diversas frecuencias y amplitudes, midieron en los puntos (a), (b) y (c) de la figura anterior la amplitud total de las olas y la dividieron por la máxima a la entrada en el dispositivo, obteniendo una medida directa de la atenuación de las olas en el dispositivo de gradiente variable.
Los datos, que se muestran en la figura siguiente,confirman que para varias longitudes de onda y frecuencias del oleaje artificial el dispositivo funciona, dado que atenúa de manera clara el oleaje.
Disminución de amplitud dentro del gradiente respecto a las olas externas para diversas amplitudes (izquierda) y frecuencias(derecha) de las olas de entrada. El color azul indica que los datos de amplitudes se tomaron en el punto (c) de la imagen anterior, mientras que los rojos en el punto (b). Las estrellas indican valores simulados y los puntos, experimentales. Es fácil ver que para todas las frecuencias y amplitudes medidas, la zona del gradiente atenúa claramente las olas. Adaptado de la figura 3 del artículo citado.
Después de comentar brevemente los resultados de sus experimentos y los límites debidos a los efectos no lineales, concluyen el artículo diciendo que este tipo de gradiente podrían usarse en el diseño y construcción de puertos que permitieran tener aguas tranquilas, casi independientemente de las condiciones del mar.
(1) Como ejemplo, en el año 2011 en los Estados Unidos, el 53% de las importaciones y el 38% de las exportaciones entraron por mar, mientras que en el conjunto de la Unión Europea, cerca del 45% de las exportaciones y el 55% de la importaciones ase realizaron por transporte marítimo. Fuentes: EEUU: Bureu of Transportation Statistics. UE: Eurostat.
(2) Los metamateriales son objetos artificiales estructurados diseñados con sus propiedades finales en mente, formados por conjunto de materiales muy diferentes entre si. Es decir, la mayoría de los materiales que se emplean por los seres humanos tiene algunas propiedades deseables y otras no tanto, con las que hay que lidiar de la mejor manera posible. Con los metamateriales, se diseña desde el principio las características que se desean. Una explicación muy buena está en la Wikipedia en inglés: Wiki:Metamaterial.
(3) Metamateriales con gradiente de índice son materiales cuya estructura les causa tener un índice de refracción que varía de forma contínua en el espacio del metamaterial. Como el índice de refracción controla como se propaga la luz para todas las frecuencias, al variar el índice de refracción, se varía la transmisión de la onda electromagnética de la luz. Así se logra «atrapar» la luz en zonas específicas o alterar su transmisión a través de una fibra óptica.
(4) No linealidad: Generalmente, cundo un fenómeno físico tiene que representarse con funciones que no pueden ser aproximadas por una recta, su uso y predicción se vuelve mucho más complicado porque pequeños cambios en los valores llevan a grandes efectos, difíciles de computar o calcular.
