La visita del cometa Nishimura, la señal de un universo maravilloso e implacable

No son ni una ni dos las películas que empiezan con un astrónomo amateur haciendo un gran descubrimiento que permite salvar a la humanidad. Desde Armageddon hasta No mires arriba, pasando por Deep impact. Bastante de lo que se muestra en esas películas es real: desde el gran papel de los aficionados en el descubrimiento de cometas y asteroides hasta el destino que en algún momento se podrá hacer realidad en nuestro planeta (siendo optimista con el tiempo verbal). Lo que, sin embargo, es ficción es el poder determinar las soluciones que incumben al futuro de la humanidad haciendo unas cuentas en una pizarra, eso solo se puede admitir en una ficción protagonizada por Leonardo DiCaprio. El asunto es más complicado, a ello iremos en breve.

Lo más importante, en todo caso, es la necesidad de explorar continuamente el cielo para detectar esos objetos errantes que en algún momento pueden pasar más o menos cerca de nuestro hogar y ponerlo en peligro. Hablamos hoy del descubrimiento de cometas, que es algo a lo que todo el mundo (con paciencia) puede contribuir.

Nos da pie a ello que un cometa nos está visitando estos días, el llamado C/2023 P1 (Nishimura), que quizás podamos ver a simple vista y que ha sido descubierto solo hace unas semanas, el 11-12 de agosto. Fue gracias al astrónomo aficionado japonés, Hideo Nishimura, un experto en el descubrimiento de nuevos objetos astronómicos, desde cometas a novas, que solo usa una buena cámara y una paciencia y dedicación elogiables. Los cálculos actuales, a los que iremos en un momento, nos dicen que pasará por el punto más cercano a la Tierra el 13 de septiembre. Como todo cometa, será más brillante cuando esté más cerca de nuestra estrella, el 17 de este mes, así que lo podremos ver seguramente a simple vista, sobre todo si la cola se hace muy brillante y el cometa no se rompe, que es una posibilidad. Y es que los cometas se rompen y desaparecen, el llamado viento solar es muy erosivo. Será visible al atardecer o amanecer cerca de Venus, en la dirección del Sol, que ahora está en la constelación de Leo yendo hacia Virgo, para lo único que sirve el horóscopo (para saber dónde está el Sol a lo largo del año –al menos en una determinada época-). En unos días será muy difícil contemplarlo desde nuestro hemisferio. Y eventualmente se perderá en el espacio, su tipo (C) indica que no es periódico, solo pasará por aquí una vez (a no ser que algo le pase) o tardará varios siglos en volver, todavía no lo sabemos con exactitud.

Pero vamos a lo que nos enseña una visita cometaria como la de Nishimura. Hablamos de un concepto físico básico que, aun siendo fundamental, se complica a escala cuántica, e involucra otros conceptos matemáticos que todos hemos estudiado en algún momento. Como lo nuestro son las escalas grandes, podemos olvidarnos de la indeterminación cuántica y fiarnos de ese principio astronómico: la trayectoria completa de un objeto orbitando alrededor de otro se puede conocer con tan solo medir dos magnitudes físicas en cualquier instante: la posición y la velocidad. Esta afirmación tiene varias implicaciones directas, aunque no sencillas de entender, y un detalle implícito, que es importante tener en cuenta.

Empezando por lo último, debemos considerar que tanto la posición como la velocidad son vectores, ¿se acuerdan de ellos? Así que conocer la posición y la velocidad no es solo determinar dos números con sus unidades, sino que en un espacio tridimensional estamos hablando de seis medidas, que definirían estos dos vectores.

Medir los vectores de la posición y la velocidad de un cometa no es sencillo, requiere muchas observaciones. Lo primero, identificar un cometa implica detectar que algo en el cielo se mueve durante una noche y entre distintas noches de manera diferente a casi todo lo que vemos. De hecho, lo que debemos hacer es distinguir entre dos tipos de objetos celestes. Por un lado, están los objetos que casi no se mueven con respecto a la Tierra, estrellas o galaxias, y durante una noche solo vemos que viajan por el cielo porque la Tierra rota sobre su eje, de manera que vemos como trazan círculos alrededor del eje de rotación. Ese eje se identifica en el cielo, y en el hemisferio norte, con la Estrella Polar (aunque no coinciden exactamente). Por otro lado, están los objetos que se mueven muy rápido con respecto a esa rotación, de manera que su trayectoria no son esas circunferencias, sino curvas diferentes en el cielo. Esos objetos deben estar mucho más cerca, desde un avión o satélite, hasta un planeta u otro astro del Sistema Solar.

Identificar un cometa entonces supone tomar imágenes del cielo y buscar objetos cuyo movimiento no sigue esos círculos, se dice que tienen un movimiento no sidéreo. Se mueven a lo largo del cielo, cambiando de constelación, podríamos decir usando un sistema de referencia que tiene ya milenios. Una vez identificado un objeto de movimiento no sidéreo, se tiene información sobre su posición en el cielo, 2 coordenadas, pero nos faltaría una tercera, la distancia, que es tremendamente difícil de conseguir directamente. Lo mismo para la velocidad, tenemos solo una velocidad proyectada en el cielo, nos faltaría un ángulo con respecto a un eje de referencia. De nuevo, muy muy difícil de medir. Entonces, ¿cómo determinamos de dónde viene y a dónde va un cometa recién descubierto?

Si conocemos la posición y la velocidad (sus vectores) de un astro, solo hay una órbita, de todas las infinitas que podríamos imaginar, que es posible y da lugar a esos valores. Dicho con un ejemplo, un satélite que queramos que gire alrededor del centro de la Tierra con exactamente un periodo de un día, es decir, que dé una vuelta cada 24 horas, como hace un punto de la superficie terrestre, solo puede estar a una altura de 35786 kilómetros (sobre el ecuador de la Tierra) y tener una velocidad de 3.07 kilómetros por segundo (con una dirección perpendicular a la línea que lo une con el centro del planeta). Ese satélite, que llamamos geoestacionario (se vería en el mismo punto del cielo a lo largo de todo el día), no puede tener ninguna otra velocidad y altura. Si fuera un poquito más rápido, su órbita se alejaría de la superficie terrestre en algún momento y su periodo sería menor. O si fuera a esa misma velocidad, pero a una altura mayor, su órbita se alejaría también en algún momento.

Este concepto es básico para los artilugios humanos que mandamos a orbitar alrededor de nuestro planeta o a explorar el espacio. Para pasar de una órbita a otra, a estas naves solo tenemos que hacerles cambiar de velocidad, es decir, imprimirles una aceleración (positiva o negativa) en un momento dado y durante un periodo corto de tiempo. Controlando la dirección, eso sí.

Y este concepto básico es lo que podemos aplicar, y deberíamos aplicar, para salvaguardar la integridad de nuestro planeta (al menos, como primer paso para ello). Pero como nos faltaban dos medidas esenciales para conocer la posición y velocidad del cometa, la solución es observarlo durante varias noches y aplicar modelos de órbitas, en los que a través de una media docena de parámetros puedan reproducir la posición en el cielo del cometa. Cuantas más posiciones diferentes se usen y más espaciadas estén, más precisa será la determinación de la órbita del cometa. No es algo que se haga en una pizarra, lo mencionamos al principio, necesita un ordenador (no muy potente, es “fácil”) que vaya determinando la órbita cada vez con mayor precisión a medida que se toman más datos hasta que el método se dice que converge, el cambio de la solución es pequeña al añadir nuevas observaciones.

Después de todo esta descripción del problema físico, ¿cuál es la enseñanza más importante que debemos extraer? Pues diría que dos. La primera: el universo es maravilloso, ¡qué bonitos son los cometas! La segunda: el universo es precioso e implacable, la física manda y la órbita de los cometas en algún momento ha interceptado e interceptará la nuestra. Cuanto antes descubramos un cometa potencialmente peligroso, con suficiente tiempo para, por un lado, determinar su órbita con precisión y por otro para prepararnos, mejor. Las dos cosas están a nuestro alcance, pero necesitamos tomárnoslas en serio.

Vacío Cósmico es una sección en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista científico, sino también filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” hace referencia al hecho de que el universo es y está, en su mayor parte, vacío, con menos de un átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos por metro cúbico, lo que invita a una reflexión sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La sección la integran Pablo G. Pérez González, investigador del Centro de Astrobiología, y Eva Villaver, profesora de investigación en el Instituto de Astrofísica de Canarias.

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