Astronomía

La brújula solar vikinga

Griegos, fenicios, cartagineses, romanos todos ellos fueron grandes navegantes. Extendieron su cultura por todo el Mediterráneo, Europa, y buena parte de Asia y África.

Todos sabemos que se guiaban principalmente por las estrellas. A lo largo de la noche las estrellas en el cielo describen una trayectoria circular, similar a la del Sol, de este a oeste. Cuanto más hacia el sur esté la constelación, más amplia será su trayectoria. Por el contrario cuanto más al norte, su arco será más pequeño. Hasta llegar a la estrella Polar, que prácticamente permanece inmóvil. Esto obviamente no es porque las estrellas se muevan, unas más y otras menos, es porque nosotros giramos, y la estrella Polar está alineada con respecto a nuestro eje de giro.

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Foto de alta exposición sobre el Monte Fuji. Se puede apreciar el arco que describen las estrellas a lo largo de la noche. Cuanto más cerca de la estrella Polar, menos amplio es el arco. (c)reonides

Si estamos en el Polo Norte tendremos a la estrella Polar justo encima de nosotros, a 90º. Conforme vayamos bajando de latitud, la estrella irá bajando también de altura, así si nos desplazamos 40º desde el Polo Norte (latitud 90º- 40º=50º) la altura de la estrella Polar será también de 50º sobre el horizonte.

Y si querían moverse en dirección Este-Oeste no tenían más que fijarse en el movimiento del Sol durante el día, o de alguna constelación conocida durante la noche.

Sin embargo, a pesar de sus conocimientos sobre astronomía y matemáticas, pocos se aventuraron más allá de las línea de la costa Atlántica.

Los vikingos, por otro lado lo tenían mucho más difícil. Tan al norte, podían pasar días enteros con cielos nublados y bancos de niebla que les impedían ver estrella alguna. Además durante la época de verano, los días son largos y las noches muy cortas, por lo que tenían muy poco tiempo para tomar las referencias necesarias. Y sin embargo consiguieron saquear costas e incluso asentarse a miles de kilómetros de sus hogares. ¿Cómo lo hicieron?

Sabemos que a mediodía, el Sol alcanza su altura máxima en el cielo, y luego comienza a bajar. Eso sucede sea cual sea la latitud, aunque claro cuánto más al norte esta altura máxima será menor. También depende de la época del año en la que estemos. En invierno la altura máxima puede ser muy baja, y apenas asomar por detrás de las montañas.

Los primeros vikingos que se aventuraron en el Atlántico profundo utilizaban una herramienta muy sencilla para comprobar si el barco seguía el rumbo correcto. Se trataba de una pequeña tabla circular de madera de unos 30 cm de diámetro. En su centro sobresalía un gnomon, un pequeño palo de madera fijado a la tabla y que proyectaba su sombra sobre el tablero. Para mantenerlo perfectamente horizontal se solía colocar flotando en un recipiente de agua.

Si recordáis la entrada sobre Eratóstenes y el radio de la Tierra, en los trópicos, a mediodía el Sol cae perfectamente perpendicular a la superficie de la Tierra y por tanto no hay apenas sombra, sin embargo a medida que nos desplazamos hacia el norte, las sombras se van alargando. Por tanto si a mediodía la sombra del gnomon era más corta que el día anterior, significaba que se estaban desplazando hacia el Sur. Por el contrario si la sombra era más alargada se estaban desplazando hacia el Norte. Podían así por tanto corregir su curso.

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Esquema de una brújula solar. La sombra nos indica si estamos más al norte o al sur de dónde deseamos.

Observaban sin embargo que la trayectoria de la sombra del Sol en diferentes épocas del año era distinta. Como hemos mencionado, en invierno, en esas latitudes de tan al norte, el Sol apenas asoma por las montañas y las sombras son muy alargadas, en verano por el contrario, con el Sol a mayor altura, son más cortas.

Los estudiosos fueron anotando la sombra máxima que tomaba el Sol a mediodía en su latitud, uniendo los puntos se formaban círculos concéntricos, uno para cada época del año. Así que sólo debían mirar la brújula a mediodía para comprobar su rumbo. Si la sombra del gnomon estaba entre los círculos máximo y mínimo correspondientes a esa estación, es que se estaban desplazando correctamente hacia el oeste, sin variar su latitud.

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Reproducción de una brújula solar vikinga simple.

Esto aparentemente sencillo en realidad no lo era tanto. Se trataban de viajes de semanas sin apenas referencias, con lo cual saber cuál era el momento para mirar la brújula no era algo trivial. Además como hemos mencionado, era frecuente que navegaran durante días entre bancos de niebla, y no era fácil determinar siquiera dónde se encontraba el Sol.

Usaban entonces un trozo de roca translucida llamada sólarsteinn, espato de Islandia. Se trata de un cristal de carbonato de calcio que tiene una propiedad singular, la birrefringencia, la cual permite localizar la fuente de luz (el Sol) incluso en días nublados o inmersos en un banco de niebla. Ya localizado el Sol podían saber aproximadamente la hora del día a la que se encontraban. En esta entrada de Experientia docet podéis encontrar más información sobre la sólarsteinn que tal vez os resulte interesante.

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Sólarsteinn, o espato de Islandia, cristal brirefringente que ayuda a localizar una fuente de luz.

El método sin embargo no era demasiado exacto, los círculos concéntricos tenían bastante margen de error y muchos de los barcos no volvían. Pero los vikingos, lejos de desistir lo que hicieron fue mejorar la brújula. Por otro lado el estar limitados a tomar medidas solo a mediodía podía resultar problemático. Además durante el verano nórdico el día dura muchas horas, y era una pena perder tantas horas de sol para corregir el rumbo.

Del mismo modo que antes marcaron en las tablas la sombra del gnomon, pero esta vez a lo largo del día, cada media hora. La sombra describía como antes una curva (en este caso una hipérbola) y de este modo, fuera cual fuera la hora a la que miraran, sabían si se estaban desviando hacia el Norte o hacia el Sur. Y además ahora podían comprobar el rumbo cuando quisieran, y no únicamente a mediodía, con lo cual los errores de rumbo se corregían al de poco, y no al día siguiente como hasta entonces.

Pero claro estas curvas variaban con el paso de los días, y cada una solo era válida para un par de semanas. Idearon entonces un sistema por el cual en el propio instrumento tenían las curvas descritas en diferentes épocas de modo que podían seleccionar la curva correspondiente al momento en el que se encontraban. Cuantas más curvas tenían, es decir, cuantos menos días había entre una curva y otra, más preciso era el instrumento. Ya podían saber dónde se encontraban en cualquier momento del día, en cualquier época del año.

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Esquema de las curvas dibujadas sobre la brújula vikinga, para una latitud de 60ºN.

De este modo consiguieron medir su latitud errores de menos de 4º, y así poder navegar por el Atlántico durante semanas o meses, asentándose en Groenlandia, e incluso en la Costa Este americana.

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Asentamientos (verde) e invasiones vikingas entre los siglos VIII y XI.

Los vikingos eran un pueblo bárbaro que ni siquiera tuvo escritura propiamente dicha hasta que fueron evangelizados en el siglo XI. Sin embargo, observando el Sol y las sombras, consiguieron navegar mucho más lejos que lo que había conseguido navegar las culturas más desarrolladas, y diseñaron una brújula mucho antes de que el resto de los europeos usaran la brújula magnética.

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Barco vikingo en el Museo de Oslo

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El tamaño del Universo

En Universo, es grande, muy grande, pero ¿Cómo de grande? En esta entrada vamos a intentar determinarlo, y es posible que te des cuenta de que igual es aun más inmenso de lo que creías.

Empecemos por distancias asequibles. El radio medio de la Tierra es de 6.371 km, algo así como la distancia que puede haber por ejemplo desde Madrid hasta Chicago. Es decir una distancia asequible para nosotros, que podríamos recorrer en avión en unas siete horas. La atmósfera terrestre tiene un grosor de tan solo 100 km. Si ascendiéramos al espacio de manera completamente vertical en una nave que fuera a la misma velocidad que un coche, en una horita llegaríamos al espacio exterior.

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La atmósfera es una fina capa de tan solo 100 km

La Luna está a 384.400 km de la Tierra, es decir en nuestro coche espacial tardaríamos 3.844 horas en llegar a la Luna, unos 160 días. En un avión comercial solo tardaríamos 16 días.

A medio camino nos iremos encontrando, orbitando a diferentes alturas, entre los 200 y los 25.000 km a los satélites meteorológicos, de comunicación, sistemas de posicionamiento como GPS o Galileo etc. La Estación Espacial Internacional se encuentra a unos 416 km. El telescopio Hubble está orbitando a 519 km. Tal vez hayáis visto estos dos últimos en la película Gravity (el instrumento que están reparando los astronautas al inicio de la película es el telescopio Hubble).

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El telescopio espacial Hubble visto desde el Transbordador espacial Discovery durante la misión STS-82.

Si estuviéramos a bordo del Apolo 11, la nave que permitió que el hombre pisara la Luna por primera vez, e hiciéramos todo el trayecto a su máxima velocidad, podríamos llegar en línea recta a la Luna en solo 8 horas. Sin embargo, como los viajes espaciales precisan órbitas de aproximación complejas, en ese célebre viaje a la Luna transcurrieron 102 horas desde el despegue hasta el alunizaje. Si os interesa este viaje a la la Luna tenéis mucha información detallada sobre cómo fue la misión del Apolo11 en la wikipedia.

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Vista de la Tierra desde la Luna – Misión Apolo 8.

Como vimos en la entrada sobre los tamaños aparentes Marte, que es el planeta más cercano a la Tierra está a una distancia mínima de 55,6 millones de kilómetros. Si fuéramos en nuestro Apolo 11 a tardaríamos 51 días, claro que esto es irreal, ya que para entonces Marte se habría alejado y además necesitamos orbitas de aproximación etc. Así que una estimación más realista sería la del medio año.

El perihelio es el punto de la órbita de un planeta en el que se este encuentra más cerca del Sol. Como sabéis los planetas describen órbitas elípticas así que su distancia al Sol va variando. La distancia más cercana de la Tierra al Sol es de 147,1 millones de km. Es decir en nuestro Apolo 11 tardaríamos en llegar al Sol como año y medio, tres veces más que a Marte. Llegaríamos un poco chamuscados eso sí.

En este momento ya empezamos a ver que los kilómetros se nos quedan cortos, así que podemos utilizar una nueva unidad de medida, la unidad astronómica (u.a.). Definimos unidad astronómica como la distancia media de la Tierra al Sol 149.597.870,7 km, sin embargo vamos a ver qué astronómicamente esta unidad, aunque históricamente importante, se nos va a quedar pequeña bastante pronto.

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Unidad Astronómica ( NASA/JPL-Caltech).

El radio de órbita de Júpiter es de 5,2 u.a. y de Saturno 9,55 u.a. Plutón, se encuentra a una distancia media del Sol de 39,5 u.a. Lo veremos en detalle más adelante pero más allá de Plutón a unas 100 u.a. existe lo que llamamos el cinturón de Kuiper, que se trata de una acumulación de objetos, similar al cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter, que orbitan alrededor del Sol.

La sonda Voyager1 es hoy en día el objeto hecho por el hombre más lejos ha llegado de la Tierra, está a unas 120 u.a. Y todavía recibimos señales de ella. Otra de las hazañas de la humanidad.

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La sonda Vogayer1, imitando a los náufragos que enviaban mensajes en una botella, contiene un mensaje. Un mensaje que trata de explicar por medio de gráficos, vídeos y música la historia de la Tierra, a quien pueda interesar.

Aún más lejos, mucho más lejos a 2.000 u.a. tenemos la nube de Oort, que como su nombre indica se trata de una nube de objetos que orbitan alrededor del Sol, esta vez esférica que se extiende hasta los 50.000 – 100.000 u.a. Todos los cometas de periodo largo, como el Halley, proceden de esta nube. Consideramos que es el fin del Sistema Solar, es decir en fin de la influencia gravitatoria del Sol sobre otros objetos que no son estrellas.

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Recreación artística de la nube de Oort y del cinturón de Kuiper. La manchita azul del centro es lo que habitualmente conocemos como el Sistema Solar, pero realmente es mucho más grande.

Seguimos nuestro viaje, dejando atrás el Sistema Solar, y adentrándonos en la inmensidad del espacio interestelar. La estrella más próxima al Sol es Próxima Centauri y se encuentra a unas 255.000 u.a. Si cuadruplicáramos la velocidad de nuestro Apolo11, tardaríamos 32.000 años en llegar.

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Próxima Centauri es la estrella más próxima al Sol. (Imagen tomada por el telescopio espacial 2MASS)

Como vemos ya la unidad astronómica, a nada que salimos del Sistema Solar, empieza a quedársenos corta. Una unidad muy descriptiva es el año luz, que como sabéis es la distancia que recorre la luz en un año.

El hombre ha tardado milenios en comprender que la luz para propagarse necesita viajar, que su efecto no es instantáneo. En nuestra vida común tal vez resulte difícil de entender, ya que es una velocidad tan rápida, que no podemos percibirla. Por otro lado Einstein en su teoría de la Relatividad General determina que esta velocidad de la luz es la velocidad más alta a la que la materia podría desplazarse. Mejor dicho, es la velocidad que la materia ya no puede alcanzar sin dejar de ser materia. Esto lo explicaremos también con más detalle próximamente, pero quedaos con el concepto de que nada en el Universo puede viajar más rápido que la luz.

La luz del Sol tarda unos 8,32 minutos desde que sale del Sol hasta que llega a nuestra Tierra, es decir en recorrer una unidad astronómica. En llegar a Plutón tarda unas 5,5 horas y en abandonar el Sistema Solar tardaría casi un año. Esto deja claro que el Sistema Solar es muchísimo más grande que los esquemas y dibujos a los que estamos acostumbrados, que si acaso llegan hasta Plutón. Próxima Centauri se encuentra a 4,22 años luz. Sirio está aproximadamente al doble de distancia 8,6 años luz. HD 10700-e, es el planeta extra-solar candidato a ser habitable más cercano a la Tierra y se encuentra a 11,9 años luz.

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Región HII de unos 12 años luz de anchura.

Como vimos en las entradas sobre la temperatura del Universo algunas regiones HI y HII, lo que solemos llamar nebulosas, superan fácilmente los 100 años luz.

El Sistema Solar se encuentra a unos 26.000 años luz del centro de la Vía Láctea, nuestra galaxia, tiene un diámetro de unos 100.000 años luz, y contiene entre 200.000 millones y 400.000 millones estrellas.

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Diagrama de la Vía Láctea. Obviamente es una recreación, no una foto real.

Bien, ahora el viaje va a ir rápido. La Vía Láctea se encuentra a unos 2.500.000 años luz de la galaxia más cercana, Andrómeda. Y ya empezamos otra vez con distancias difíciles de imaginar. Para que nos hagamos una idea, según los estudios parece ser que el primer homo apareció en la Tierra hace 2,3 millones de años, es decir, la luz que ahora podemos ver ahora con nuestro telescopio de Andrómeda, fue emitida cuando todavía no existían los antecesores del homo sapiens.

Bueno pues Andrómeda y la Vía Láctea pertenecen a lo que los astrofísicos llamamos Grupo Local, un grupo de unas 50 galaxias cercanas que se mueven de forma conjunta. Nuestra vecindad, vaya.

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Grupo Local, es el grupo de estrellas al que pertenece la Vía Láctea.

El Grupo Local tiene una extensión de unos 10 millones de años luz y se dirige hacia el Cúmulo de Virgo, que es una acumulación de galaxias que se encuentra a unos 59 millones de años luz y contiene unas 1.500 galaxias. Y juntos todos vamos hacia el Gran Atractor, que se encuentra a unos 250 millones de años luz. Bien, pues este Gran Atractor, que contiene miles de galaxias, que a su vez contienen miles de millones de estrellas es tan solo una más de las miles de zonas densas del Universo.


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Imagen del Universo. Señalado en rojo el Gran Atractor, acumulación de galaxias que contiene Grupo Local.(Imagen obtenida por el telescopio 2MASS)

Desconocemos todavía las dimensiones del Universo, y además sabemos que nunca podremos observarlo por completo, y no es por falta de tecnología. Estimamos que desde el Big Bang han transcurrido 13.800 millones de años y este es el radio máximo que podríamos ver*. Es decir si hay algo que esté por ejemplo a 100.000 millones de años luz no lo podremos ver porque todavía su luz no ha podido llegar a nosotros. No ha habido tiempo para que la luz recorra esos 100.000 millones de años luz. A esto lo llamamos el Universo Observable. Pero sabemos que es solo una parte del Universo.

El objeto más distante que se ha podido observar es la protogalaxia UDFj-39546284, en 2011 por el telescopio Hubble, y se encuentra a 13.420 millones de años luz, es decir su luz partió tan solo 380 millones de años luz después del Big Bang. Por eso es una protogalaxia, una galaxia que todavía no está formada. Estamos haciendo una foto de la infancia del Universo.

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El punto rojo en el centro de la imagen es la protogalaxia UDFj-39546284, el objeto más distante que hemos fotografíado. (Imagen obtenida por el telescopio Hubble)

Por otro lado cabe destacar que los astrofísicos en realidad no utilizamos la unidad del año luz, sino el parsec, que es 3,6 veces un año luz. Y para objetos muy muy distantes utilizamos el redshift z, que realmente es una medida no de distancia, sino de velocidad a la que se alejan los objetos (esto lo explicaremos con detalle más adelante).

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El Universo Observable.

*Lo cierto es que, a causa de la gran expansión posterior al Big Bang, podemos ver más, una esfera de unos 46.000 millones de años luz de radio, ya que esta frontera de lo observable también se alejó de nosotros. Sin embargo la explicación de esto requiere una carga matemática y física bastante extensa. Simplemente quedaros con el concepto de que nunca podremos observar todo el Universo.