1

ÍNDEX

1. Introducció. Justificació i concepte de l’exposició 2

1.1 La bellesa de l’evolució del Cosmos 2

1.2 Tres nivells de lectura 2

2. Objectius 3

3. Continguts 3

3.1 Introducció. Què veurem? 3

3.2 Per què aquesta exposició? 3

3.3 Abans de començar... 3

4. Resum de l’exposició 6

5. Esquema de l’exposició 7

5.1 Les galàxies com a blocs bàsics de l’Univers 8

5.2 La nostra galàxia 11

5.3 La matèria primera per a les estrelles 14

5.4 Les estrelles: gresol dels elements químics 17

5.5 El Sol 22

5.6 Els planetes (i cometes) 25

5.7 Mort estel·lar: l’origen de la vida 31

5.8 L’etern retorn 35

2

1. Introducció. Justificació i concepte de l’exposició L’exposició s’adapta a la forma i l’esperit del projecte internacional «From Earth to the Universe» i, per tant, n’incorpora la filosofia, l’estètica i les imatges de la selecció oficial. A més, la implementació concreta s’ha elaborat aplicant una sèrie de criteris:

• L’exposició d’imatges conté un discurs, missatge o contingut que queda reflectit en el subtítol «La bellesa de l’evolució del Cosmos».

• L’organització i la presentació del material permeten tres nivells diferents de lectura.

1.1 La bellesa de l’evolució del Cosmos Sobre un material seleccionat principalment pel seu impacte visual («bellesa»), s’ha organitzat un discurs centrat en l’evolució química de l’Univers. D’aquesta manera, l’exposició comunica al públic més general i d’una manera bàsica i esquemàtica un dels conceptes centrals de l’astrofísica moderna: el de l’evolució a partir d’un Univers primigeni molt senzill (compost només d’hidrogen i heli) fins a un Univers actual i futur, enriquit i complex (amb tots els altres elements químics) que permet l’existència de planetes i vida. Es mostra la descoberta sorprenent que tots els elements químics que ens envolten, llevat de l’hidrogen i l’heli, són, en realitat, subproductes generats al cor de les estrelles i escampats després pel Cosmos en processos de vegades tranquils o de vegades violents.

1.2. Tres nivells de lectura L’exposició admet tres nivells de lectura: visual, general i detallat. El nivell visual correspon a la simple contemplació de les imatges. D’aquesta manera, el contingut evolutiu no es comunica, però les fotografies per si mateixes són capaces de sorprendre i cridar l’atenció del públic general sobre la bellesa de la ciència.

El nivell general només implica llegir una frase molt breu a cada plafó, a tall de titular. Aquests titulars, acompanyats amb les imatges,formen una successió que ofereix al públic un discurs esquemàtic i elemental (però claríssim) sobre l’evolució química de l’Univers. Sense esforç, un visitant ocasional capta de seguida que els planetes i la vida són un producte de les estrelles, que som part del Cosmos en un sentit molt profund i insospitat.

El nivell detallat implica la lectura d’alguns o de tots els peus de figura. Aquests peus són els textos oficials de «From Earth to the Universe» traduïts al català i amb algunes modificacions menors per adaptar-los al discurs evolutiu (perquè inicialment aquests textos estaven concebuts com a peces totalment independents).

3

D’aquesta manera, el públic més motivat accedeix a detalls addicionals sobre la natura dels cossos celestes i sobre el lloc que els correspon en l’evolució del Cosmos. Com a complement, en aquesta versió de l’exposició, cada imatge s’acompanya d’un panell informatiu addicional en el qual s’ofereixen pistes sobre la mida aparent dels objectes representats i les condicions en les quals es poden observar (a simple vista, amb telescopis o amb mitjans sofisticats).

2. Objectius • Estimular l’interès per l’astronomia i la ciència. • Animar la ciutadania a replantejar-se el seu lloc en l’Univers. • Analitzar l’Univers com un tot del qual formem part. • Comprendre que el món complex en què vivim, i l’Univers en general, és

producte d’un Univers inicial molt senzill compost d’hidrogen i heli. • Entendre l’evolució còsmica com un procés dinàmic de milers de milions

d’anys. • Captar que l’estat actual (i la vida a la Terra) no és la culminació del procés

d’evolució còsmica, sinó que aquest continua en l’actualitat i seguirà en el futur.

3. Continguts 3.1 Introducció. Què veurem? «De la Terra a l’Univers: la bellesa de l’evolució del Cosmos» És una exposició d’imatges astronòmiques en el marc de l’Any Internacional de l’Astronomia 2009 (AIA 2009). Aquesta celebració va ser promoguda per la Unió Astronòmica Internacional i per la UNESCO. L’organització internacional de l’AIA 2009 va proposar aquesta exposició com un dels projectes de base. La mostra descobreix l’evolució del Cosmos a través de fotografies impactants.

3.2 Per què, aquesta exposició? El 1609, Galileu va dirigir per primera vegada el seu telescopi cap al cel. Quatre-cents anys després ha tingut lloc l’Any Internacional de l’Astronomia sota el lema «L’Univers perquè el descobreixis». Amb l’exposició «De la Terra a l’Univers: la bellesa de l’evolució del Cosmos» podràs veure, mitjançant imatges obtingudes amb telescopis moderns, com ha evolucionat el Cosmos fins avui.

3.3 Abans de començar... Què és l’astronomia?

L’astronomia és la ciència que s’ocupa de l’Univers en general, dels cossos celestes que conté, de la seva evolució, de la seva naturalesa i de les seves

4

interaccions. L’astronomia, per tant, estudia els planetes i els seus satèl·lits, els cometes i meteoroides, les estrelles i la matèria interestel·lar, els sistemes d’estrelles anomenats galàxies, els cúmuls de galàxies i l’Univers en conjunt.

L’astronomia és una de les ciències més antigues. A l’inici de la civilització, l’ésser humà es va adonar que la repetició regular dels fenòmens celestes constituïa el rellotge natural de les seves múltiples activitats: la jornada de treball es mesurava per la sortida i la posta del sol; el mes, pel cicle lunar, i les sembres, les collites i les feines agrícoles, en general, es regulaven per les estacions.

Als pobles antics, els astres es consideraven divinitats i l’estudi de les seves posicions resultava essencial per determinar la influència que tenien sobre els esdeveniments terrenals. Per aquestes raons, en totes les civilitzacions del passat, l’astronomia va ser una ciència al servei tant del poder civil com del poder religiós.

L’astronomia moderna es divideix en dues branques: l’astronomia clàssica i l’astrofísica. L’astronomia clàssica inclou l’astrometria (l’estudi mitjançant l’observació de les posicions i els moviments dels cossos celestes) i la mecànica celeste (l’estudi matemàtic dels seus moviments explicats per les teories de la gravitació). L’astrofísica inclou la resta de camps d’estudi, entre els quals hi ha l’anàlisi de la composició química i de les condicions físiques dels astres, la seva evolució i l’estudi de l’Univers com un tot (objecte, aquest últim, de la disciplina coneguda com a cosmologia).

Origen de l’Univers

L’Univers té aproximadament uns 15.000 milions d’anys. Va tenir una fase inicial coneguda com a gran explosió (Big Bang en anglès). L’espai i el temps tenen l’origen en aquella explosió.

En la fase inicial, la de la gran explosió, la matèria i l’espai del Cosmos estaven comprimits en estat d’altíssimes densitats, pressions i temperatures. A partir d’aquest estat es va produir l’expansió de l’espai, amb el consegüent refredament progressiu de la matèria.

Un instant després de la gran explosió es van formar els àtoms d’hidrogen i heli, que són els elements més comuns que hi ha i dels quals estan compostes principalment les estrelles. La matèria extremadament calenta es va anar expandint i refredant i, a partir d’aquesta matèria es van formar estrelles, galàxies, etc.

Què és un telescopi?

És un instrument òptic que té la funció de recollir la llum provinent d’un objecte llunyà i ampliar-lo, de manera que permet veure objectes llunyans o febles molt

5

més detalladament que a simple vista. És una eina fonamental de l’astronomia; sempre que hi ha hagut un desenvolupament o perfeccionament del telescopi, l’han seguit avenços en la nostra comprensió de l’Univers.

Tan importants com els telescopis són les càmeres que es col·loquen darrere per captar les imatges. En aquesta exposició s’ofereixen imatges obtingudes amb els millors telescopis (espacials i terrestres) i les millors càmeres astronòmiques del món.

Com s’expressen les distàncies en astronomia?

En astronomia professional s’usen sobretot dues unitats de mesura poc conegudes entre el gran públic: la unitat astronòmica (equivalent a la distància entre la Terra i el Sol) i el parsec, una longitud enorme que s’empra per mesurar distàncies entre estrelles.

Però en obres d’astronomia divulgativa és molt freqüent expressar les distàncies en temps de llum. En comptes de donar la distància als objectes en quilòmetres (o en unitats astronòmiques o en parsecs), donem com a dada el temps que la llum trigaria a arribar des d’un punt determinat a un altre, a una velocitat 300.000 km/s.

Així, l’any llum és la unitat de longitud més adequada per expressar grans distàncies en astronomia divulgativa. És igual a la distància recorreguda per la llum en un any solar mitjà o, més específicament, la distància que recorreria un fotó que es mogués pel buit i ben apartat de qualsevol pertorbació, en un any julià (365,25 dies de 86.400 segons).

L’any llum no és una unitat de temps, sinó de distància. La llum tarda 8 minuts a viatjar des del Sol fins a la Terra. La nostra galàxia té 100.000 anys llum de diàmetre.

Prenent per a la velocitat de la llum un valor de 300.000 km/s, un any llum equival en nombres rodons a 9.461.000.000.000 km (gairebé deu bilions de quilòmetres), o bé a 63.240 unitats astronòmiques, o també a 0.3066 parsecs (dit d’una altra manera, un parsec és igual a 3,26 anys llum).

Res no pot viatjar més ràpid que la llum, ni els objectes materials ni l’energia en cap de les seves formes.

6

4. Resum de l’exposició Com s’ha indicat en la introducció, l’exposició té tres nivells de lectura. Quan se segueix el nivell general, els títols dels plafons formen un missatge que sintetitza els conceptes essencials sobre l’evolució química del Cosmos.

En el resum següent s’ofereix un text basat en aquest nivell general de lectura i, per tant, una visió sintètica dels continguts de la mostra.

L’Univers observable apareix ple de galàxies, que s’acostumen a agregar en grups d’una mida moderada o en cúmuls que arriben a tenir milers de membres.

Hi ha una diversitat enorme de galàxies. La nostra té forma d’espiral. Els núvols de Magalhães, les galàxies més properes a la nostra, són irregulars, mentre que la d’Andròmeda, la major del Grup Local, és una altra galàxia espiral normal. La nostra galàxia conté centenars de milers de milions d’estrelles, així com grans núvols de pols i gas. La Via Làctia representa el panorama de la nostra galàxia vista des de l’interior.

Els núvols de pols i gas s’anomenen nebuloses i es componen gairebé només d’hidrogen. Les nebuloses tenen zones on la matèria està més concentrada- i en el si d’aquestes neixen estrelles de diverses mides però que gairebé sempre es formen en grups: els cúmuls estel·lars. Hi ha cúmuls estel·lars joves, que poden contenir milers d’estrelles, i també n’hi ha d’antics. Les estrelles converteixen l’hidrogen en altres elements químics per mitjà de processos nuclears: aquí hi ha la clau de l’evolució química de l’Univers.

El Sol és una estrella normal que, malgrat que és bastant tranquil·la, té una certa activitat que afecta el seu entorn. Va acompanyat de planetes gegants com ara Júpiter i Saturn (el més bell de tots), compostos sobretot de gas. Els planetes petits (com ara Venus, Mart i la Terra amb la Lluna) són rocosos. Els cometes són cossos petits i glaçats que formen part del sistema solar. Moltes estrelles tenen planetes al seu voltant des del moment que neixen.

Les estrelles com el Sol moren de manera tranquil·la, però d’altres ho fan en explosions cataclísmiques. La mort estel·lar enriqueix l’Univers amb elements més pesants que l’hidrogen, àtoms forjats en els interiors estel·lars. Així, les estrelles aporten al Cosmos els elements necessaris per a la vida. La formació i la mort d’estrelles i planetes es manté activa a la nostra galàxia i en d’altres, però és més intensa en galàxies que col·lideixen. Som testimonis d’un procés d’evolució còsmica impulsat per les estrelles i que està alterant la composició del Cosmos. Cada galàxia conté una multitud d’estrelles i hi ha centenars de milers de milions de galàxies a l’Univers observable: una immensitat, potser infinita, de mons en evolució.

7

5. Esquema de l’exposició Les galàxies com a blocs bàsics de l’Univers

La nostra galàxia

La matèria primera per a les estrelles

Les estrelles: gresol dels elements químics

El Sol

Els planetes (i cometes)

Mort estel·lar: l’origen de la vida

L’etern retorn

La primera secció de la mostra pretén situar el públic en el context còsmic més general: l’Univers consta de galàxies que s’agreguen en grups i cúmuls. La nostra, entre totes aquestes galàxies, n’és una més.

Ara la vista es centra en la nostra pròpia galàxia i en l’aspecte que ofereix quan l’observem des de l’interior.

Aquest grup de plafons presenta al públic les nebuloses: núvols de gas i pols que floten lliures en el si de les galàxies i que constitueixen la primera matèria per a la formació d’estrelles.

Les estrelles com a màquines còsmiques que converteixen hidrogen en elements químics més pesants.

Ens apropem al Sol com a exemple d’estrella ordinària però propera, en la qual podem contemplar detalladament tots els fenòmens energètics de les estrelles.

Moltes estrelles estan acompanyades de planetes. Els plafons següents ens aproximen als mons opacs del sistema solar.

El cicle de l’evolució química de l’Univers es completa amb els mecanismes que fan que les estrelles moribundes lliurin a l’espai els elements pesants que s’han forjat en el seu interior.

Després de la visió detallada de la producció d’elements químics a les estrelles i la seva difusió per l’Univers, el punt de vista s’allunya per mostrar que els processos de naixement (i, per tant, de mort) de les estrelles es mantenen actius en l’Univers actual en les escales més grans. Els processos que han donat lloc a l’aparició del Sol, els planetes i la vida s’estan produint ara (i ho continuaran fent) de cap a cap d’un Univers que té una grandària que supera la capacitat de la imaginació.

8

5.1 Les galàxies com a blocs bàsics de l’Univers Plafons 2, 3, 4 i 5

L’Univers observable apareix ple de galàxies1

Tenim exemples d’aquestes agrupacions en el cúmul de galàxies d’Hèrcules, que està format per cent membres (plafó 2); Els Ulls, que és un grup de galàxies format per dos membres (plafó 3), o el Quintet de Stephan, de només quatre membres, encara que apareix anteposada una cinquena galàxia que no pertany al grup. El grup compacte de Hickson 44 també consta de quatre galàxies (plafó 4).

, que se s’agreguen en grups d’una mida moderada (entre dues i diverses desenes de membres) o en cúmuls. Els cúmuls estan formats per centenars i fins i tot milers de galàxies: són els sistemes més grans units per la gravitació que es coneixen en l’Univers. Curiosament, la major part de la seva matèria lluminosa no està en les galàxies, sinó entre elles, en forma d’un gas a una temperatura de milions de graus atrapat per la força gravitatòria del conjunt.

Als cúmuls de galàxies, que, com hem comentat, estan formats per milers de membres, l’enorme atracció gravitatòria sumada de tots els seus components pot desviar la llum d’objectes encara més llunyans que apareixen com a arcs de llum, un fenomen que s’anomena lent gravitatòria.

Hi ha una diversitat enorme de galàxies: el·líptiques, espirals i irregulars2

1 Una galàxia és un sistema massiu d’estrelles, núvols de gas, planetes, pols i matèria fosca units gravitatòriament.

. NGC 5128 és una galàxia el·líptica anòmala perquè té una banda pulverulenta

2 Tipus de galàxies: al principi del segle xx, Hubble i Lundmark van classificar les galàxies en tres tipus fonamentals: el·líptiques, espirals i irregulars, cosa que va desembocar en l’esquema bàsic que encara s’utilitza avui dia. Les galàxies espirals, com la nostra, estan formades per un nucli embolcallat per una esfera central anomenada bulb, i per un disc amb braços espirals. Es veuen al cel amb una varietat d’inclinacions, amb bulbs majors o menors, i amb diferents tipus de braços espirals (més ben o més mal

La primera secció de la mostra pretén situar el públic en el context còsmic més general: l’Univers consta de galàxies que s’agreguen en grups i cúmuls. La nostra, entre totes aquestes galàxies, n’és una més.

9

a causa de la col·lisió amb una altra galàxia (les el·líptiques normals no contenen pols) i M106 és una galàxia espiral (plafó 5).

Plafó 2: L’Univers observable apareix ple de galàxies

Quan mirem l’Univers, apareix davant nostre ple de galàxies. El cúmul de galàxies d’Hèrcules està format per cent membres de tot tipus, galàxies el·líptiques, espirals i irregulars.

Plafó 3: Les galàxies s’agrupen i formen grups d’una mida moderada...

El grup de galàxies més petit tindria només dos membres. Un exemple és el parell anomenat Els Ulls. Un altre grup de galàxies és el Quintet de Stephan, traçats, més o menys enrotllats); s’hi aprecien altres components, com ara anells o barres (estructures aproximadament rectes que s’estenen en ambdós costats del nucli de la galàxia). Les galàxies irregulars, al contrari, no tenen nuclis dominants i tenen formes asimètriques; un clar exemple són els núvols de Magalhães, les dues galàxies més pròximes a la nostra, visibles a simple vista des de l’hemisferi sud. Les galàxies el·líptiques, en tres dimensions, són sistemes semblants, grosso modo, a una pilota de rugbi. No presenten detalls estructurals, a part d’un nucli concentrat al voltant del qual s’observa una nebulositat la brillantor de la qual decreix suaument cap a l’exterior. Les galàxies el·líptiques constitueixen la població dominant de les parts centrals dels cúmuls de galàxies i, almenys algunes d’elles, es podrien formar per la fusió de dues o més galàxies espirals després d’una col·lisió violenta.

10

amb tan sols quatre membres, encara que hi apareix anteposada una cinquena galàxia que no pertany al grup, d’aquí ve el nom.

Plafó 4: ...o cúmuls que poden reunir fins a milers de membres

A més dels grups de galàxies, com el grup compacte de Hickson 44 que consta de quatre galàxies, hi ha els cúmuls que tenen milers de membres. Per la gravitació combinada d’un cúmul es pot desviar la llum d’objectes encara més llunyans que apareixen com a arcs de llum. És el que es coneix com a lent gravitatòria.

Plafó 5: Hi ha una diversitat enorme de galàxies

En l’Univers hi ha una diversitat de galàxies enorme que es poden classificar en tres tipus principals: el·líptiques, espirals i irregulars. NGC 5128 és una galàxia el·líptica anòmala perquè té una banda pulverulenta a causa de la col·lisió amb una altra galàxia. Les el·líptiques normals no contenen pols. Si mires la galàxia M106 veuràs que és una espiral amb un nucli prominent envoltat d’un disc amb diversos braços espirals.

11

5.2 La nostra galàxia Plafons 6, 7, 8, 9, 10, i 11

La nostra galàxia, igual que l’NGC 7331, té forma d’espiral (com hem vist, les galàxies espirals tenen un bulb central envoltat d’un disc pla solcat per braços espirals). Una altra galàxia espiral és la del Remolí (plafó 6). Els núvols de Magalhães (plafó 7), les galàxies més properes a la nostra, són irregulars, mentre que la d’Andròmeda3 (plafó 8), la més gran del Grup Local4

La nostra galàxia conté centenars de milers de milions d’estrelles. La zona central se situa cap a la constel·lació de Sagitari, a l’hemisferi sud celeste, encara que es pot observar des de gairebé tot el món (plafó 9). Al costat de la zona de Sagitari hi ha la constel·lació d’Escorpí, que inclou l’estrella vermellosa Antares, una de les més lluminoses que es coneixen (plafó 10). El disc de la galàxia, vist de perfil i des de l’interior, traça al firmament la banda lletosa de la Via Làctia (plafó 11).

, és una altra galàxia espiral normal.

5 6

3 La galàxia d’Andròmeda es distingeix a simple vista a un cel veritablement fosc, que podem trobar relativament en pocs llocs, normalment en zones aïllades lluny dels nuclis de població i de les fonts de contaminació lumínica. A simple vista sembla bastant petita perquè només la part central és prou brillant perquè l’ull humà la pugui apreciar, però el diàmetre angular complet de la galàxia és, en realitat, set vegades el de la Lluna plena vista des de la Terra.

4 Grup local: un grup d’aproximadament trenta galàxies properes entre si (astronòmicament parlant), del qual també en forma part la nostra. 5 La Via Làctia va ser un dels primers objectes celestes que Galileu va examinar amb el telescopi. Va descobrir que la seva aparença nebulosa es desgrana en una multitud d’estrelles en certs llocs. Galileu va concloure, correctament, que la Via Làctia es compon d’estrelles. 6 D’on prové el nom de Via Làctia? El mite grec explica que Zeus es va fer passar pel marit d’una dona que es deia Alcmena i de la seva trobada en va néixer un nen que van anomenar Hèrcules. L’esposa de Zeus, Hera, es va assabentar del que havia passat i va intentar matar la criatura enviant-li dues serps, però el petit les va estrangular sense dificultat. Seguint les instruccions de Zeus, el déu Hermes va esperar que Hera s’adormís i va posar Hèrcules a la seva falda perquè el nen pogués mamar l’aliment

Ara la vista se centra en la nostra pròpia galàxia i en l’aspecte que ofereix quan l’observem des de l’interior.

12

Plafó 6 La nostra galàxia té forma d’espiral

La nostra galàxia, igual que NGC 7331, té forma d’espiral. Les galàxies espirals tenen un bulb central envoltat d’un disc pla solcat per braços espirals. Aquesta forma la pots veure clarament en la imatge de la galàxia del Remolí.

Plafó 7 Els núvols de Magalhães són les galàxies més properes a la nostra.

Els núvols de Magalhães (Núvol Gran i Núvol Petit) són galàxies que orbiten al voltant de la nostra. Són els sistemes estel·lars més propers.

que l’havia de fer immortal. Hera es va despertar i va separar bruscament el nen del seu pit, per la qual cosa es va escapar una reguera de llet que es va escampar pel firmament: la Via Làctia.

13

Plafó 8 La galàxia d’Andròmeda és la més gran del Grup Local

El membre més gran del Grup Local de galàxies és l’espiral d’Andròmeda. Aquesta galàxia té un bulb central que es compon d’astres més antics i freds, de color groguenc, mentre que els braços espirals del disc contenen estrelles més joves i calentes, de color blavós.

Plafó 9 La nostra galàxia conté centenars de milers de milions d’estrelles...

Si observes el centre de la nostra galàxia podràs veure la gran multitud d’astres que la formen. Aquesta regió del cel es situa cap a la constel·lació de Sagitari, en l’hemisferi sud celeste. Es pot observar des de gairebé tot el món.

14

Plafó 10 ...i grans núvols de pols i gas

En mirar el cel podràs veure, al costat de la zona de Sagitari, la constel·lació d’Escorpí, que inclou l’estrella vermellosa Antares, una de les més lluminoses que es coneixen. La banda brillant de la Via Làctia apareix a l’esquerra de la imatge, on s’entrellacen núvols d’estrelles amb acumulacions de pols i gas.

Plafó 11 La Via Làctia és la imatge que brinda la nostra galàxia si es veu des de l’interior

Si mires el cel en una nit fosca veuràs la Via Làctia com una banda brillant: consisteix en acumulacions d’estrelles i nebuloses en el pla del disc central de la nostra galàxia. Aquesta imatge de la Via Làctia completa s’ha compost a partir de fotografies obtingudes des d’Alemanya i Namíbia.

5.3 La matèria primera per a les estrelles Plafons 12, 13 i 14

15

En les galàxies floten núvols de pols i gas que s’anomenen nebuloses (plafó 12). Es componen sobretot d’hidrogen7, encara que també contenen quantitats petites d’altres substàncies8

Plafó 12 Els núvols de pols i gas s’anomenen nebuloses

(plafó 13). Les nebuloses es concentren sota l’influx de la seva pròpia atracció gravitatòria i hi neixen estrelles noves. Les nebuloses són la matèria original a partir de la qual es formen les estrelles (plafó 14).

En la imatge veuràs diversos objectes astronòmics a la constel·lació boreal del Cigne. L’estrella més brillant és Deneb. A l’esquerra hi ha les nebuloses d’Amèrica del Nord i del Pelicà, núvols de pols i gas. A baix a la dreta, al costat de l’estrella Sadr, hi ha la nebulosa de la Papallona, una de les regions més brillants del complex nebular del Cigne.

Plafó 13 Les nebuloses es componen sobretot d’hidrogen

7 L’hidrogen és un element químic representat pel símbol H, de nombre atòmic 1. En condicions normals de pressió i temperatura a la Terra, és un gas diatòmic (H2) incolor, inodor, insípid, no metàl·lic i altament inflamable. Amb una massa atòmica d’1,00794(7) u, l’hidrogen és l’element químic més lleuger i també l’element més abundant, ja que constitueix aproximadament el 75 % de la matèria de l’Univers. En l’espai interestel·lar hi ha hidrogen molecular (H2) o també en estat atòmic. Cecilia Payne (1900-1979) va demostrar que l’hidrogen és el principal component de les estrelles, una cosa assumida actualment però que va representar un autèntic canvi de paradigma el 1925. Malgrat que es va mantenir lligada a Harvard durant gairebé dues dècades, no va ser considerada astrònoma oficial fins l’any 1938. El 1956 es va convertir en la primera dona professora associada d’aquesta universitat. : «La recompensa del científic jove consisteix en l’emoció de ser la primera persona en la història del món que considera o que comprèn alguna cosa. Res no es pot comparar amb aquesta experiència... la recompensa del científic gran és el sentiment d’abastar en un esbós vague tot un gran paisatge.» 8 Moltes nebuloses mostren colors vermellosos. Això passa perquè estan compostes d’hidrogen atòmic en part ionitzat. Els àtoms d’hidrogen en estat normal consten d’un protó i d’un electró que gira al seu voltant. A l’àtom ionitzat, l’electró es desprèn del protó. Quan un electró torna a quedar atrapat per un protó, emet certa quantitat de llum amb el color característic d’aquestes nebuloses d’hidrogen ionitzat.

Aquest grup de plafons presenta al públic les nebuloses: núvols de gas i pols que floten lliures en les galàxies i que constitueixen la matèria primera per a la formació d’estrelles.

16

Altres nebuloses vistoses són el Cap de Cavall o les nebulositats de la constel·lació d’Orió, compostes essencialment de gas hidrogen.

Plafó 14 Les nebuloses es condensen i hi neixen estrelles

Els núvols de pols i gas coneguts com a nebuloses es condensen i hi neixen estrelles. Ho pots veure en la nebulosa del Con: a la part superior hi ha una estrella molt brillant, 5 Monocerotis, al costat d’altres estrelles que acaben de néixer. En la nebulosa de la Roseta veuràs les estrelles joves a l’ull central de la roseta.

17

5.4 Les estrelles: gresol dels elements químics Plafons 15, 16, 17, 18, 19, 20 i 21

Les estrelles es formen en núvols de gas que es concentren per efecte de la seva pròpia gravitació. El procés és violent i comporta la formació de discos9

Es formen estrelles de mides diferents. Eta Carinae, per exemple, és una de les més lluminoses que es coneixen a la nostra galàxia (plafó 15).

, que alimenten de matèria l’estrella naixent (o protoestrella), i expulsions de matèria a centenars de quilòmetres per segon. La temperatura i la densitat al centre de la protoestrella augmenten a mesura que s’acumula la matèria fins a permetre que els àtoms d’hidrogen —l’element més abundant de l’Univers— es fusionin per formar àtoms d’heli en un procés que allibera grans quantitats d’energia.

Les estrelles gairebé sempre es formen en grups: els cúmuls estel·lars10

9 El procés de col·lapse d’un núvol interestel·lar fins a formar una protoestrella es coneix actualment amb bastant precisió i sol implicar l’aparició d’un disc de matèria circumestel·lar que a llarg termini acaba per desaparèixer.

(plafó 16 i 17). Totes les estrelles d’un cúmul es formen alhora i, encara que

10 Sembla molt probable que el Sol naixés en el si d’un d’aquests grups d’estrelles. Tanmateix, els cúmuls estel·lars oberts tenen poca massa (pocs membres) i els encontres que sofreixen durant la seva vida al

Les estrelles com a màquines còsmiques que converteixen hidrogen en elements químics més pesants.

18

coincideixen en edat, no totes evolucionen al mateix ritme: els processos interns són lents en les estrelles que tenen poca massa —que poden viure milers de milions d’anys— i més ràpids en les estrelles que en tenen més —que completen el seu cicle vital en pocs milions d’anys.

Hi ha cúmuls estel·lars joves, que poden contenir milers d’estrelles, i també n’hi ha d’antics. Un exemple de cúmul estel·lar jove és el de les Plèiades o les Set Cabretes (plafó 18). La mitologia grega identifica els seus set membres més brillants amb les set filles d’Atles i Plèione. Aquest cúmul, format per estrelles joves i calentes, està situat a 440 anys llum. El doble cúmul de Perseu consta de dos cúmuls estel·lars que són dels més lluminosos, densos i propers. Es creu que van néixer d’un mateix núvol interestel·lar fa tretze milions d’anys. Els cúmuls d’estrelles joves s’anomenen també cúmuls oberts o cúmuls galàctics (plafó 19).

Els cúmuls antics, o globulars, són les agrupacions d’estrelles més velles de la galàxia. NGC6752, de la constel·lació austral del Gall Dindi, i el cúmul globular d’Hèrcules, amb una edat estimada de més de deu mil milions d’anys, són cúmuls estel·lars antics (plafó 20).

Les estrelles converteixen l’hidrogen en altres elements químics més pesants11

Quan comença aquest procés, que constitueix el motor d’una estrella durant la seva vida, diem que s’ha format una nova estrella: una enorme esfera gasosa de la qual podem veure de manera directa la part més externa, l’atmosfera. Poca cosa queda ja al voltant de l’estrella de la matèria que la va formar. Tanmateix, la matèria del disc circumestel·lar es pot condensar i formar planetes, cometes o asteroides, és a dir, un sistema planetari.

per mitjà de processos nuclears (fusió nuclear): aquí hi ha la clau de l’evolució química de l’Univers. L’energia generada emergeix a la superfície i a l’atmosfera estel·lars. En la imatge ultraviolada pots veure la regió més externa del Sol, la corona solar (plafó 21).

disc galàctic acaben per disgregar-los, com a màxim, en mil milions d’anys. Per tant, hi ha estrelles escampades per tota la Galàxia que són germanes del Sol, encara que no tinguem manera d’identificar-les. 11 Elements químics pesants: es denominen elements pesants (o metalls en l’argot astronòmic) tots els elements químics més pesants que l’hidrogen i l’heli. Constitueixen una fracció mínima de la composició de l’Univers, al voltant del 80 % en massa d’hidrogen i del 20 % en massa d’heli. S’originen a partir de processos de fusió en l’interior de les estrelles. La presència i l’abundància d’aquests elements és un indicador de l’edat de les estrelles i del medi interestel·lar.

19

Plafó 15 Es formen estrelles de diverses mides

La nebulosa d’Eta Carinae es troba en la constel·lació de la Quilla (Carina). A partir d’aquests núvols es formen estrelles de totes les mides, entre les quals hi ha l’estrella Eta Carinae, una de les més lluminoses que es coneixen a la galàxia.

Plafó 16 Les estrelles neixen en grups

Les estrelles neixen en grups. Aquests grups els pots veure en la nebulosa de la Llacuna, una regió d’intensa formació estel·lar. El grup d’estrelles que acaba de néixer a partir d’aquesta nebulositat es denomina NGC 6530 i la seva energia fa brillar amb tons vermellosos l’hidrogen de la nebulosa. Una altra regió de formació estel·lar és el cúmul estel·lar NGC 3603. Conté un dels grups d’estrelles joves més impressionants de la galàxia.

20

Plafó 17 Les estrelles que neixen juntes formen un cúmul estel·lar

Quan un núvol de pols i gas es condensa comença la formació d’estrelles. Neixen en grup i formen cúmuls estel·lars com per exemple NGC 6520, que va sorgir fa dos-cents milions d’anys de la nebulosa fosca Barnard 86.

Plafó 18 Hi ha cúmuls estel·lars joves

En l’Univers pots trobar cúmuls estel·lars joves, com ara les Plèiades o les Set Cabrelles. Aquest cúmul està format per estrelles joves i calentes. La mitologia grega n’identifica els set membres més brillants amb les set filles d’Atles i Plèione.

Plafó 19 Els cúmuls joves poden tenir milers d’estrelles

21

Els cúmuls joves arriben a contenir milers d’estrelles. Aquest és el cas del doble cúmul de Perseu. Aquests dos cúmuls estel·lars són dels més lluminosos, densos i propers. Es creu que van néixer d’un mateix núvol interestel·lar fa tretze milions d’anys. Els cúmuls d’estrelles joves també es denominen cúmuls oberts o cúmuls galàctics.

Plafó 20 També hi ha cúmuls estel·lars antics

En l’Univers també pots trobar-hi cúmuls estel·lars antics. Entre els cúmuls estel·lars antics hi ha el cúmul globular NGC 6752, en la constel·lació austral del Gall Dindi, i el cúmul globular d’Hèrcules, amb una edat estimada de més de deu mil milions d’anys. Els cúmuls globulars són les estructures més antigues que es coneixen a la nostra galàxia.

Plafó 21 L’hidrogen es converteix en altres elements químics a l’interior de les estrelles

Les estrelles tenen originalment la mateixa composició química que les nebuloses de les quals van sorgir: principalment hidrogen i heli. En el centre de les estrelles l’hidrogen es converteix en altres elements químics més pesants a través de reaccions de fusió nuclear. L’energia generada en el procés emergeix a la superfície i a l’atmosfera estel·lars. En aquesta imatge ultraviolada pots veure la regió més externa del Sol, la corona solar.

22

5.5 El Sol Plafons 22, 23 i 24

Anomenem sistema solar el conjunt format per la nostra estrella i els cossos que giren al seu voltant. El sistema solar consta del Sol (al centre), vuit planetes, 97 satèl·lits (coneguts, però n’hi podrien haver més), quatre sistemes d’anells, milions d’asteroides (amb radi superior a 1 km), molts milions de cometes, el vent solar (flux de partícules carregades procedents del Sol que envaeixen l’espai interplanetari) i un gran núvol de pols. Quan estudiem aquests cossos, tant col·lectivament com individualment, intentem comprendre l’origen, la formació i l’evolució del sistema solar, un procés que va començar a partir d’un núvol de gas i pols, fa 4600 milions d’anys.

El Sol és una estrella bastant comuna (plafó 22), que emet la major part de la seva radiació en llum visible. L’atmosfera del Sol es compon, quant al nombre de partícules, d’un 92% d’hidrogen, més d’un 7% d’heli i la quantitat d’elements pesants (com el ferro o el magnesi) sumats no arriben a un 1%.

Produeix energia mitjançant la fusió d’àtoms d’hidrogen per formar heli12

12 La reacció de fusió bàsica d’una estrella es pot representar sintèticament així: 4H→He+E.

, de manera que aquesta energia s’obre camí fins a la superfície de l’estrella i s’emet en forma de radiació visible. En la imatge, obtinguda amb la llum que

L’energia prové de la transformació de la massa perduda en aquesta reacció segons l’equació d’Einstein. L’energia alliberada en aquestes reaccions nuclears és un milió de vegades més gran que l’alliberada en una reacció química (combustió), cosa que explica que s’assoleixi una temperatura de 15 milions de

graus en el nucli del Sol.

Ens apropem al Sol com a exemple d’estrella ordinària però propera, en la qual podem contemplar detalladament tots els fenòmens energètics de les estrelles.

23

emeten els àtoms d’hidrogen, es poden veure els detalls de la superfície solar o fotosfera.

La temperatura central del Sol, on té lloc la fusió, arriba a 15 milions de graus, mentre que a la superfície és «només» de 6000 graus. Una estrella amb les característiques del Sol té una vida mitjana d’uns 9000 a uns 10000 milions d’anys, de manera que la nostra estrella ja ha viscut la meitat de la seva existència.

Malgrat que és bastant tranquil·la, té una certa activitat que afecta el seu entorn. Les taques solars13 (plafó 23) són la manifestació més freqüent de l’activitat solar, són regions de la fotosfera solar14

La cromosfera s’estén per sobre de la superfície visible (la fotosfera) i està limitada per la part superior per l’atmosfera solar o corona. Les imatges s’han obtingut amb llum ultraviolada perquè no es pot veure en condicions normals a causa de la llum feble que emet. En la imatge pots veure una gran erupció solar que expulsa matèria cap a l’atmosfera exterior, encara que, com hem dit anteriorment, el Sol és una estrella bastant tranquil·la i de brillantor constant (plafó 23).

que es refreden perquè el camp magnètic solar bloqueja la sortida d’energia (per això apareixen més fosques). La fotosfera té, de mitjana, una temperatura d’uns 6000 graus; les taques tenen una temperatura, aproximadament, de 1000 graus menys.

Una altra de les manifestacions de l’activitat solar són els bucles coronals i les fulguracions solars. Els bucles coronals són estructures arquejades formades per gas extremadament calent i amb càrrega elèctrica, a la corona solar.

13Les taques solars apareixen més fosques que el seu entorn perquè són més fredes, però no per això hem de pensar que són veritables zones negres. En realitat, si retalléssim una taca solar i la col·loquéssim al cel de la nit resplendiria com una estrella. Ens semblen fosques només pel contrast amb els voltants, més calents. 14 Estructura del Sol: Corona: atmosfera tènue exterior del Sol. És visible en els eclipsis totals. S’expandeix contínuament cap a l’espai com un «vent» de partícules carregades (principalment protons i electrons), que es mouen amb velocitats entre 300 i 600 km/s, el vent solar, i que és el responsable fonamental de les aurores boreals i d’altres fenòmens magnètics de l’atmosfera terrestre. Aquest vent representa una pèrdua de massa solar d’unes dues tones per segon. Cromosfera: fina capa (8000 km) irregular a la superfície que està molt afectada per l’activitat magnètica. Se situa entre la corona i la fotosfera. Fotosfera (significa ‘esfera de llum’): és la superfície visible del Sol. És una capa de gas de la qual procedeix gairebé tota la llum que rebem del Sol, encara que la font d’energia se situï en el nucli solar. Hi podem trobar taques solars, protuberàncies i camps magnètics. Zona de convecció: zona en la qual l’energia procedent del nucli es transporta per convecció. Zona de radiació: zona en la qual l’energia procedent del nucli es transporta per radiació. Nucli: el gas de l’interior del Sol estava format originalment per 75 % en massa de H, 23 % en massa de He i la resta per elements més pesats. En el nucli tenen lloc les reaccions de fusió nuclear.

24

Aquest gas cau de nou i desencadena una fulguració explosiva coneguda com a pluja coronal. En canvi, les fulguracions solars són erupcions violentes que apareixen al voltant de les taques solars (plafó 24).

Plafó 22 El Sol és una estrella normal...

El Sol és una estrella corrent. És a 8,3 minuts llum del nostre planeta.

En aquesta imatge, obtinguda amb la llum que emeten els àtoms d’hidrogen, pots veure detalls de la superfície solar o fotosfera solar.

Plafó 23 ...i bastant tranquil·la

En mirar el Sol detalladament, s’aprecien les taques solars. Són regions que es refreden perquè el camp magnètic solar bloqueja la sortida d’energia. Les taques són la manifestació més freqüent de l’activitat solar. En imatges obtingudes amb llum ultraviolada pots veure detalls de la cromosfera solar, que és la capa intermèdia entre la visible i la corona solar. En la imatge es veu una gran erupció solar que expulsa matèria cap a corona, encara que la nostra estrella és bastant tranquil·la i de brillantor constant.

25

Plafó 24 L’activitat solar afecta l’entorn de la nostra estrella

Entre les manifestacions de l’activitat solar hi ha els bucles coronals. Són unes estructures arquejades formades per gas extremadament calent i amb càrrega elèctrica, a la corona solar. Aquest gas cau de nou i desencadena una fulguració explosiva coneguda com a pluja coronal. Altres manifestacions de l’activitat solar són les fulguracions solars, erupcions violentes que apareixen al voltant de les taques solars.

5.6 Els planetes (i cometes) Plafons 25, 26, 27, 28, 29, 30 i 31

Moltes estrelles estan acompanyades de planetes. Els plafons següents ens aproximen als mons opacs del sistema solar.

26

El Sol va acompanyat de vuit planetes que giren al seu voltant15

15 A finals del segle XVI Tycho Brahe havia acumulat moltes observacions sobre el moviment dels cossos planetaris. Va ser el seu deixeble, Johannes Kepler, qui va aconseguir interpretar-los en forma de lleis que expressen les condicions que compleixen les òrbites de tots ells. De manera esquemàtica són:

. Segons la seva composició podem classificar-los en dos grups: els terrestres o rocosos i els gegants gasosos o jovians. Al grup dels planetes gegants, fets sobretot de gas, hi ha Júpiter, Saturn, Urà i Neptú. Es caracteritzen perquè tenen una densitat mitjana o baixa i una atmosfera d’hidrogen-heli molt densa, probablement capturada de la nebulosa solar durant la seva formació. De fet, la composició d’aquests planetes s’assembla a la del Sol, lleugerament enriquida d’elements pesants (nitrogen, carboni, fòsfor, sofre, etc.). Aquests planetes no tenen una superfície sòlida, encara que molt probablement contenen un nucli sòlid de silicats i ferro d’unes deu vegades la massa terrestre. Les seves atmosferes presenten bandes de diferents «colors», originades per les capes de núvols a diverses altures i de diferent composició que reflecteixen la llum solar i es veuen afectades per ciclons i anticiclons.

1a: Els planetes es mouen descrivint el·lipses en un dels focus de les quals hi ha el Sol. Aquesta llei és vàlida per a tots els cossos planetaris (canviant el Sol per un planeta, en el cas dels satèl·lits); a més, en el cas dels planetes aquesta el·lipse és, en general, molt poc excèntrica (és a dir, gairebé una circumferència). 2a: Les àrees escombrades pels radis vectors que uneixen el Sol amb un planeta són iguals per a temps iguals. La conseqüència immediata d’aquesta llei és que el planeta es mou a una velocitat més alta com més a prop és del Sol. 3a: El quadrat del període de revolució (T) d’un planeta és proporcional al cub del semieix més gran de la seva òrbita (d): T2

= k x d3. Els cossos planetaris giren en les seves òrbites el·líptiques de manera que, contemplats des de l’hemisferi nord celeste, el sentit del gir és oposat al de les agulles del rellotge (revolució directa). El sentit contrari s’anomena revolució retrògrada. Aquestes conclusions van permetre entendre moltes de les paradoxes de les observacions acumulades. El fet que, de vegades, alguns cossos creuin les òrbites d’altres cossos és perquè no totes les òrbites tenen la mateixa excentricitat. Aquestes òrbites irregulars són degudes a interaccions entre els cossos planetaris, algunes produïdes probablement en l’origen mateix del sistema, i d’altres, de més recents. Una interacció orbital molt important, que deriva de la tercera llei de Kepler, té un significat especial: quan la velocitat orbital d’un cos planetari està en una relació senzilla amb la d’un altre cos pròxim (1/2, 1/3, 1/4, etc.), els dos cossos coincidiran en les mateixes posicions orbitals cada cert nombre d’òrbites i aquesta coincidència determinarà que l’atracció gravitatòria expulsarà el més petit de la seva òrbita. Aquestes pertorbacions repetides s’anomenen ressonàncies; per tant, les «òrbites ressonants» són òrbites «prohibides» per als cossos petits. En canvi, altres cossos comparteixen la mateixa òrbita de manera estable, com succeeix amb els grups d’asteroides Troià, que precedeix i segueix Júpiter en la seva òrbita, exactament a 60º del planeta. Els troians estan situats en punts lagrangians, en els quals les combinacions de forces i moviments del Sol, Júpiter i els asteroides indueixen una «illa» d’estabilitat orbital. D’altra banda, a més del moviment al voltant del Sol (o del planeta) tots els cossos planetaris giren al voltant de si mateixos amb un moviment que es coneix com a rotació. La velocitat de rotació és molt variada en cada cas i depèn tant del valor que tingués inicialment en originar-se el sistema com de l’efecte de frenada que exerceix el camp gravitatori dels cossos pròxims. Així s’explica que Mercuri tingui una velocitat molt baixa a causa de la proximitat al Sol i que la Lluna hagi arribat a igualar la seva velocitat de rotació a la de translació a causa de l’atracció de la Terra.

27

Júpiter és el planeta més gran del sistema solar. La imatge s’ha obtingut amb llum infraroja per mostrar l’altitud dels núvols (plafó 25). Alguns d’aquests ciclons i anticiclons presents en les atmosferes dels planetes són tan estables que hi han romàs durant desenes i centenars d’anys, com la gran taca vermella de Júpiter (plafó 26), que en realitat és un anticicló16

Urà és el tercer planeta més gran i el setè pel que fa a la distància al Sol. Està envoltat per cinc anells finíssims. A Urà, el metà absorbeix la llum vermella i li confereix un to verd blavós (plafó 26). Un altre dels planetes gegants que pots veure al cel és Saturn (plafó 27), el més bell dels mons gasosos del sistema solar

. Altres bandes es desplacen de sud a nord sense perdre la forma (la taca fosca de Neptú) o s’engoleixen unes a les altres, desapareixen i reneixen.

17

El grup dels planetes rocosos està constituït pels planetes petits: Mercuri, Venus, la Terra, i Mart, tots ells amb superfície sòlida i un nucli de ferro i roques riques en silici. Mart és un planeta rocós més petit que la Terra que arriba a apropar-se a tan sols 3 minuts llum (plafó 28). És observable a simple vista. En la imatge captada per la sonda Mars Global Surveyor pots veure núvols formats per cristalls de gel d’aigua. A baix a l’esquerra hi ha núvols que cobreixen els cims dels tres volcans de Tharsis. En la part superior es veu la coberta de gel del casquet polar nord.

. Aquesta imatge va ser captada per la sonda espacial Cassini i s’hi aprecien les ombres que els milers d’anells individuals projecten sobre l’hemisferi boreal del planeta. També es veuen algunes zones tempestuoses en l’hemisferi austral.

Un altre planeta rocós és la Terra (plafó 29). La imatge mostra una vista sobre l’Atlàntic nord. No es tracta d’una foto real, sinó d’una imatge sintetitzada a partir de dades de satèl·lits artificials. El nostre planeta té un satèl·lit natural: la Lluna. El paisatge lunar està format per terrenys elevats clars i planes fosques plenes de lava solidificada conegudes com a mars lunars.

Els cometes també formen part del sistema solar. Són blocs de gel de centenars de metres o diversos quilòmetres que, quan se sublimen amb la radiació solar, emeten gasos i pols que formen la cabellera i la cua (plafó 30).

16 Christiaan Huygens va descobrir la taca vermella de Júpiter en el segle XVII i des de llavors s’ha mantingut activa, encara que amb notables canvis de color al llarg del temps. Probablement existia des de feia segles, i pot ser que duri diversos segles més. 17 En general, si un satèl·lit és massa a prop del seu planeta, l’atracció de marea que sofreix la seva part pròxima és molt més gran que la de la part oposada, cosa que conduiria a la seva fragmentació. Per tant, es pot calcular la distància mínima necessària perquè això no passi i el satèl·lit pugui romandre en la seva òrbita amb estabilitat suficient; el càlcul indica que aquesta distància mínima és, aproximadament tres vegades el diàmetre del planeta, cosa que es coneix com a límit de Roche. La hipòtesi més acceptada sobre l’origen dels anells de Saturn és que un cos (potser un cometa, potser un satèl·lit) es va endinsar més enllà del límit de Roche i va ser destruït: els anells en són les restes.

28

Moltes estrelles tenen planetes al seu voltant des del mateix moment de néixer18

Plafó 25 El Sol va acompanyat de planetes gegants com Júpiter

. En les nebuloses que tenen més quantitat de pols moltes de les estrelles neixen acompanyades de planetes. Aquest és el cas de les nebuloses de la Corona Austral (plafó 31), que es mostren com una llarga cua de pols interestel·lar que brilla il·luminada per les estrelles joves properes. Aproximadament un terç de les estrelles té planetes al seu voltant.

La nostra estrella va acompanyada de planetes, entre els quals hi ha el nostre. El planeta més gran del sistema solar és Júpiter. Si s’observa amb llum visible, Júpiter apareix amb tons marrons i crema. En aquesta imatge obtinguda amb llum infraroja es mostra l’altitud dels núvols, des dels més elevats (en blanc), passant pels mitjans (en blau), fins als més baixos (en vermell).

Plafó 26 Els planetes gegants estan fets de gas

18 És evident que no es poden formar planetes rocosos (formats per silicats, ferro, etc.) en un Univers on només hi hagi hidrogen i heli. Però els models indiquen que els planetes gasosos tampoc no s’arriben a desenvolupar en aquestes condicions. Per tant, un Univers d’hidrogen i heli és un Univers sense planetes. La fabricació de «metalls» en el si de les estrelles i de la seva posterior devolució al medi interestel·lar constitueix un pas crucial per a la formació dels mons i la vida. Com més «metalls» contingui una nebulosa, més probable és l’aparició de planetes al voltant de les estrelles que neixin en el seu si.

29

A Júpiter pots observar una gran taca vermella. Es tracta d’un anticicló de la mida de la Terra, ubicat a l’hemisferi austral. Un altre d’aquests planetes gegants és Urà. És el tercer planeta més gran i el setè pel que fa a la distància al Sol. Aquests planetes gegants estan fets de gas. A Urà, el metà absorbeix la llum vermella i li confereix un to verd blavós.

Plafó 27 Saturn és el més bell dels planetes gasosos del sistema solar

Un altre dels planetes gegants que pots veure al cel és Saturn, el més preciós dels mons gasosos del sistema solar. Aquesta imatge va ser captada per la sonda espacial Cassini i s’hi aprecien les ombres que els anells projecten sobre l’hemisferi boreal del planeta. També es veuen algunes zones tempestuoses en l’hemisferi austral.

Plafó 28 Els planetes petits són rocosos, com Mart...

Si a la nit mires el cel en les circumstàncies adequades pots veure Mart, un planeta rocós més petit que la Terra. En la imatge captada per la sonda Mars Global Surveyor pots veure núvols formats per cristalls de gel d’aigua. A baix a l’esquerra hi ha núvols que cobreixen els cims dels tres volcans de Tharsis. En la part superior es veu la coberta de gel del casquet polar nord.

30

Plafó 29 ...o com la Terra amb la Lluna

Un altre planeta rocós és la Terra. La imatge mostra una vista sobre l’Atlàntic nord. Aquesta imatge es va generar mitjançant el sistema informàtic Blue Marble de la NASA, que integra dades de diversos satèl·lits artificials. El nostre planeta té un satèl·lit, la Lluna, que es troba a 1,25 segons llum. El paisatge lunar està format per terrenys elevats clars i planes fosques plenes de lava solidificada conegudes com a mars lunars. Tota la superfície lunar mostra marques de cràters causades per impactes de meteorits.

Plafó 30 Els cometes són cossos petits i glaçats del sistema solar

31

Els cometes que circulen pel nostre sistema solar són petits blocs de gel de centenars de metres o diversos quilòmetres que, quan se sublimen amb la radiació solar, emeten gasos i pols que formen la cabellera i la cua. Exemples d’aquests cometes són el cometa Machholz, C/2001 Q4 i el cometa Hale-Bopp.

Plafó 31 Moltes estrelles neixen acompanyades de planetes

En les nebuloses que tenen més quantitat de pols, moltes de les estrelles neixen acompanyades de planetes. Aquest és el cas de les nebuloses de la Corona Austral, que es mostren com una llarga cua de pols interestel·lar que brilla il·luminada per les estrelles joves properes. Un terç de les estrelles, aproximadament, té planetes al seu voltant.

5.7 Mort estel·lar: l’origen de la vida Plafons 32, 33, 34, 35

El cicle de l’evolució química de l’Univers es completa amb els mecanismes que fan que les estrelles quan moren lliurin a l’espai els elements pesants que s’han forjat en el seu interior.

32

L’esgotament de l’hidrogen al centre marca el principi del final en la vida d’una estrella. Per mantenir el seu equilibri19

Les estrelles com el Sol, per exemple la que hi ha en el centre de la nebulosa planetària de l’Hèlix (plafó 32), moren de manera tranquil·la. En la imatge s’aprecia la nebulosa planetària, l’embolcall gasós que emeten les estrelles al final de la seva existència i que torna al medi interestel·lar una part del material que va formar el seu interior.

, l’estrella creix desmesuradament i es converteix en una gegant vermella, amb una mida similar a la distància des de la Terra —o fins i tot des de Júpiter— al Sol. Al final d’aquesta etapa l’estrella expulsa lentament l’atmosfera, que forma un embolcall gasós al voltant del nucli. La massa inicial de l’estrella té un paper fonamental en el seu final. Els models teòrics i les observacions indiquen que, si la massa estel·lar no assoleix unes set o vuit vegades la massa del Sol, l’estrella expulsarà tota la seva atmosfera i deixarà al descobert un nucli calent que il·lumina l’embolcall. Es forma llavors una nebulosa planetària el nucli de la qual (una nana blanca amb temperatures de desenes de milers graus i de mida similar a la de la Terra) és incapaç de produir energia i es refreda lentament fins a perdre’s de vista.

Altres estrelles més pesades moren en explosions cataclísmiques. Les estrelles que superen en unes set o vuit vegades la massa del Sol exploten com supernoves20

19 Les estrelles mantenen la seva estructura gràcies a l’equilibri entre la pressió exercida cap a fora per la producció d’energia i la compressió que exerceix cap a l’interior el propi pes de l’astre. L’equilibri entre producció d’energia i gravitació determina la mida de l’estrella, que pot anar variant al llarg de la seva vida a mesura que s’alteren les condicions en el si de l’objecte.

, un dels fenòmens més violents de l’Univers: llancen la matèria estel·lar a l’espai a velocitats de milers de quilòmetres per segon i només queda el nucli central, de pocs quilòmetres de diàmetre. Aquest nucli es pot desenvolupar com una estrella de neutrons que gira ràpidament —un púlsar— o, si té una massa més gran que 3,2 vegades la del Sol, com un forat negre, una concentració de matèria tal que ni la llum no pot escapar de l’acció de la seva gravetat. L’energia emesa per l’estrella de neutrons que hi ha en el centre de la nebulosa del Cranc fa que el gas nebular emeti, a més de llum, ones de radio (plafó 33).

20 Quan les estrelles massives entren en una crisi energètica final a causa de l’esgotament absolut de les seves fonts d’energia interna, llavors ja no hi ha res que contraresti la tendència a la contracció induïda per la gravitació. L’estructura de l’estrella s’esfondra i això indueix l’explosió de la supernova. Aquest és el procés que desencadena les supernoves de tipus II, també anomenades supernoves gravitatòries. Hi ha altres tipus d’explosions estel·lars cataclísmiques, també anomenades supernoves termonuclears, que es produeixen a través d’un mecanisme totalment diferent, en concret a causa de l’intercanvi de massa entre una estrella normal i una nana blanca que orbita al seu voltant. Les supernoves termonuclears més importants són les conegudes com de tipus Ia. Cal subratllar el fet que les estrelles, en el curs de la seva vida normal, només arriben a sintetitzar els elements químics més lleugers que el ferro o el níquel. Tots els altres elements es generen en el curs de les explosions de supernoves, per això tenen una importància crucial per a l’evolució química de l’Univers.

33

La mort estel·lar enriqueix l’Univers amb elements més pesants que l’hidrogen, àtoms forjats en els interiors estel·lars. Així, les estrelles aporten al Cosmos els elements necessaris per a la vida (plafó 34). Aquests elements químics són els que trobem a la Terra i que constitueixen el material del qual estem fets els éssers vius. Després de llargs processos dinàmics, la matèria expulsada per les estrelles s’agruparà i desencadenarà la formació d’una altra generació d’estrelles. En la nebulosa de la Trompa de l’Elefant tenim un exemple de nebulosa molt rica en elements pesants, com ho posa de manifest el seu alt contingut de pols. S’aprecia un fragment nebular petit i brillant dins de la regió més fosca. Es tracta d’una estrella nounada (plafó 35): probablement estiguin sorgint planetes al seu voltant.

Plafó 32 Les estrelles com el Sol moren de manera tranquil·la

En la nebulosa planetària de l’Hèlix s’aprecia l’embolcall gasós resplendent i tènue que expulsen les estrelles semblants al Sol al final de la seva existència. Les estrelles com la nostra moren de manera tranquil·la i tornen al medi interestel·lar part del material que va constituir el seu interior.

Plafó 33 Altres estrelles moren en explosions cataclísmiques

Al Sol li espera un final tranquil, però hi ha altres estrelles que moren en explosions cataclísmiques o supernoves. Algunes explosions de supernoves deixen darrere seu objectes compactes anomenats estrelles de neutrons.

34

L’energia emesa per l’estrella de neutrons que hi ha al centre de la nebulosa del Cranc fa que el gas nebular emeti, a més de llum, ones de radio. Aquestes explosions escampen a gran velocitat per l’espai interestel·lar elements químics pesants creats a partir de l’hidrogen al llarg de la vida de l’estrella.

Plafó 34 Les morts estel·lars enriqueixen l’Univers amb elements pesants

Les explosions estel·lars són l’únic mitjà del qual disposa l’Univers per generar molts dels elements químics necessaris per a la vida. La nebulosa G292.0+1.8 es va formar en una propera explosió de supernova fa milers d’anys. En la supernova de Tycho es veu com el material està en expansió i s’està barrejant amb el medi interestel·lar per formar part d’altres nebuloses en el futur.

Plafó 35 Les estrelles aporten al Cosmos els elements necessaris per a la vida

Els materials expulsats per les estrelles al final de les seves vides s’incorporen a les nebuloses interestel·lars i nodreixen la formació de noves generacions d’estrelles i planetes. Les estrelles aporten al Cosmos els elements necessaris per a la vida. Les noves generacions estel·lars sorgeixen a partir del material enriquit en elements químics pesants generats per estrelles que van existir i van desaparèixer. En la nebulosa de la Trompa de l’Elefant pots veure un fragment nebular petit i brillant dins de la regió més fosca. Es tracta d’una estrella nounada.

35

5.8 L’etern retorn Plafons 36, 37, 38, 39, 40

La formació i la mort d’estrelles i planetes es manté activa a la nostra galàxia i en d’altres, com en la galàxia del Triangle (plafó 36). Aquesta és una galàxia espiral amb els braços tatxonats de nebuloses rosades que emeten llum amb el color característic de l’hidrogen ionitzat21

La major part de les galàxies viu en comunitats, la qual cosa provoca col·lisions entre elles que donen lloc a formes espectaculars. La formació estel·lar és més intensa en galàxies que col·lideixen. En la imatge pots veure dues galàxies denominades Les Antenes, en ple procés de col·lisió (plafó 37). El xoc violent de les masses nebuloses dels dos sistemes estel·lars comprimeix el gas

, el signe més destacat que s’estan formant estrelles en l’actualitat. Aquesta galàxia és la tercera més gran del grup local.

21 Les nebuloses d’hidrogen ionitzat ja han aparegut al llarg de l’exposició, amb les seves formes impossibles i les seves tonalitats característiques rosades i vermelloses. En altres galàxies s’aprecien també aquestes nebulositats rosades, cosa que indica que en aquests llocs es desenvolupa en aquest moment una intensa formació estel·lar. Hi ha fins i tot galàxies que experimenten episodis violents de formació estel·lar (les galàxies amb formació estel·lar eruptiva). El ritme de formació estel·lar a la nostra galàxia és una mica menys intens que a la galàxia del Triangle.

Després de la visió detallada de la producció d’elements químics a les estrelles i de la seva difusió per l’Univers, el punt de vista s’allunya per mostrar que els processos de naixement (i, per tant, de mort) de les estrelles es mantenen actius en l’Univers actual en les escales més altes. Els processos que han donat lloc a l’aparició del Sol, els planetes i la vida s’estan produint ara (i ho continuaran fent) de cap a cap d’un Univers que té una grandària que supera la capacitat de la imaginació.

36

indueix episodis intensos de formació d’estrelles. En un futur remot la nostra galàxia xocarà amb la galàxia d’Andròmeda22

Al llarg de l’exposició hem recorregut els processos de formació d’estrelles, de generació d’elements químics pesants, la seva difusió per l’espai i el retorn d’aquest material a les nebuloses a partir de les quals es formaran noves estrelles i planetes en el futur. Aquest cicle, una espècie d’etern retorn químic a escala astronòmica, es produeix en tot el Cosmos a gran escala. La immensa quantitat d’estrelles que poblen la nostra galàxia dóna una mesura de l’eficàcia d’aquests processos (plafó 38). Hi ha altres galàxies semblants a la nostra i se’n coneixen centenars de milers de milions en l’Univers observable. La imatge captada pel Hubble (plafó 39) ens pot donar una idea de la immensitat insondable que l’astronomia moderna ens ha revelat al llarg dels quatre-cents anys transcorreguts des que es va utilitzar per primer cop el telescopi. Ara veiem l’Univers d’una altra manera i, per tant, entenem el lloc que hi tenim d’una manera diferent: entenem l’extraordinària petitesa del nostre món en un Cosmos antic i enorme, i comprenem que la matèria que ens constitueix i l’energia que ens impulsa són producte de les estrelles. Habitem un planeta qualsevol en una immensitat potser infinita (plafó 40) de mons en evolució.

.

22 Una col·lisió de galàxies evoca una catàstrofe de proporcions apocalíptiques. Tanmateix, la situació no és tan greu com podria semblar al principi. Quan dues galàxies xoquen, les estrelles s’entrecreuen com les cartes en barrejar-les: mai arriba a produir-se una col·lisió frontal entre estrelles, perquè les estrelles són molt petites comparades amb les distàncies que les separen, fins i tot a les zones més denses de qualsevol galàxia. El panorama és diferent respecte al gas. Els núvols de gas sí que tenen dimensions grans comparades amb les distàncies que hi ha entre ells, de manera que en una col·lisió de galàxies és inevitable que es produeixin xocs frontals, violentíssims, entre masses nebuloses. Aquests xocs impliquen la condensació i l’escalfament dels gasos, i aquest procés indueix la formació estel·lar a gran escala. Quan dues galàxies xoquen, una proporció molt gran del gas i la pols que contenen es col·lapsen i es converteixen en estrelles. I per això les galàxies en col·lisió (com l’exemple de Les Antenes) mostren regions d’hidrogen ionitzat extenses i molt brillants. Falten milers de milions d’anys perquè la nostra galàxia xoqui amb la d’Andròmeda. Quan succeeixi, al Sol no li passarà res de dolent (si és que llavors encara existeix), però els cels dels mons que poblen la nostra galàxia s’ompliran de la resplendor rosada de les nebuloses d’hidrogen ionitzat, i la formació accelerada d’estrelles massives encendrà els cels amb explosions freqüents de supernova.

37

Plafó 36 La formació estel·lar es manté activa a la nostra galàxia i en d’altres

La formació estel·lar es manté activa a la nostra galàxia i en d’altres. A la galàxia del Triangle hi ha indicis de formació estel·lar. És una galàxia espiral amb els braços tatxonats de nebuloses rosades que emeten llum amb el color característic de l’hidrogen ionitzat, el signe més destacat que actualment s’estan formant estrelles. Aquesta galàxia és la tercera més gran del grup local.

Plafó 37 La formació estel·lar és més intensa a les galàxies que col·lideixen

Quan les galàxies col·lideixen es desencadena una formació estel·lar intensa. Aquest fet el pots veure en dues galàxies anomenades Les Antenes, en ple procés de col·lisió. El xoc violent de les masses nebuloses dels dos sistemes estel·lars comprimeix el gas i indueix episodis intensos de formació d’estrelles. En un futur remot la nostra galàxia xocarà amb la galàxia d’Andròmeda.

38

Plafó 38 Cada galàxia conté una multitud immensa d’estrelles

En la imatge pots contemplar el centre de la nostra galàxia vist amb llum infraroja. Hi apareixen més d’un milió d’estrelles. S’estima que hi ha diversos centenars de milers de milions d’astres a la nostra galàxia.

Plafó 39 Hi ha centenars de milers de milions de galàxies en l’Univers observable

El telescopi espacial Hubble va captar objectes cent milions de vegades més febles que l’estrella més tènue perceptible a simple vista. En la imatge hi ha més de 10.000 objectes, cosa que ens dóna una idea dels centenars de milers de milions de galàxies que hi ha a l’Univers.

39

Plafó 40

En mirar el cúmul globular Omega Centauri pots fer-te una idea de la grandesa del Cosmos. «Hi ha, per tant, sols innombrables, hi ha infinites terres que giren al voltant d’aquells sols, de la mateixa manera com veiem girar aquestes al voltant d’aquest sol proper a nosaltres», com va afirmar Giordano Bruno a De l’infinit: l’Univers i els mons.