La distancia a las estrellas

Un niño le pregunta al padre:

— Papá, ¿qué está más cerca, la Luna o Italia?

El progenitor, que presume de pedagógica paciencia en la educación de su retoño, decide utilizar la experiencia directa para aclarárselo.

— Ay, hijo. Qué preguntas… Anda acércate y mira por la ventana.

Cuando el niño se asoma el padre le inquiere:

— ¿Qué ves sobre aquella montaña?

— La Luna llena

— ¿Y acaso ves Italia?

— No

— ¡Pues entonces!

El asunto de las distancias astronómicas parece muy complicado y es quizá la parte de la astronomía que más cabezas rompe entre el público general. La estrella más cercana está a 4,3 años luz; la galaxia independiente más cercana a unos 2,5 millones de años luz; el centro del cúmulo de galaxias más cercano cae a unos 50-60 millones de años luz; el cuásar más cercano 10 veces más lejos…

Lo creamos o no los astrónomos no se inventan todos estos números, aunque a veces den una cantidad necesariamente aproximada en vez de un número exacto, lo que llamamos en física una estimación.

Hay objetos cuya medida de distancia es directa. Por ejemplo, en los años 60 y 70 del siglo pasado sondas espaciales soviéticas y estadounidenses visitaron repetidamente la Luna y entre otras muchas tareas depositaron allí unos retroreflectores que permiten hoy día determinar la distancia a nuestro satélite con una precisión de milímetros enviando un pulso láser y midiendo el tiempo de vuelta.

Claro que la distancia a la Luna ya se conocía antes, incluso llegó a estimarse en la antigüedad a partir del radio de la Tierra y del tamaño de la sombra de ésta proyectada sobre aquella durante un eclipse lunar. De hecho con un buen conocimiento de trigonometría y unas observaciones precisas se pueden conocer las distancias a los principales cuerpos del sistema solar, construyendo unas sobre otras con cuidado.

En el caso de las estrellas hay que hilar mucho más fino, puesto que como hemos dicho la más próxima queda a 4,3 años luz o, lo que es lo mismo, a 40 billones de kilómetros de aquí. Evidentemente nadie ha extendido una cinta métrica por el camino y tampoco es tarea fácil llevarse un espejo hasta allá para hacer rebotar ningún láser. El truco está en un fenómeno denominado paralaje.

El paralaje es el cambio aparente en la posición de un objeto relativamente cercano respecto a otros más lejanos cuando cambia la posición del observador, por ejemplo, cuando circulamos en coche y las señales parecen moverse más rápido que los árboles del paisaje, que a su vez se desplazan aparentemente frente a las montañas de fondo. Esto es fácil de comprobar por uno mismo extendiendo el brazo, levantando el pulgar y abriendo y cerrando alternativamente los ojos izquierdo y derecho. El pulgar parece desplazarse respecto al fondo de nuestro campo visual.

Este sencillo y genial truco es el que utilizan los astrónomos para determinar directamente las distancias a las estrellas más cercanas, siendo el cambio de punto de vista producido por la traslación de la Tierra alrededor del Sol, ¡y evidentemente no guiñando los ojos! Pensemos que cuanto mayor es el desplazamiento del punto de vista mayor será el efecto, y cuanto más lejano el objeto más pequeño ese cambio aparente en la posición.

Teniendo en cuenta lo anterior necesitamos una precisión enorme para medir las distancias astronómicas a las estrellas, que implican un “bamboleo” anual muy pequeño producido por el movimiento de la Tierra en su órbita, incluso para las estrellas más cercanas. Tanto es así que de hecho la ausencia de paralaje de las estrellas era uno de los mejores argumentos en contra del modelo heliocéntrico copernicano, ya que los astrónomos renacentistas sabían que si la Tierra orbitaba el Sol debería observarse un paralaje en las estrellas. Como los mejores observadores del cielo del siglo XVII eran incapaces de percibir ningún cambio en las posiciones de las estrellas sólo les quedaba elegir entre suponer una Tierra fija o admitir que las estrellas estaban situadas a distancias absurdamente grandes.

Hoy sabemos que la opción correcta es la segunda, pero hasta mediados del siglo XIX realmente no tuvimos la precisión necesaria para medir la paralaje de ninguna estrella, lo que se hizo por vez primera con la estrella 61 Cygni, desplazamiento que es aproximadamente de 0,3 segundos de arco. Sólo por referencia este desplazamiento corresponde al grosor de un cabello humano visto a 70 metros de distancia.

Un siglo después de las primeras medidas de paralaje estelar y tras un meticuloso trabajo los astrónomos habían conseguido medir la distancia a más de 10.000 estrellas, pero dado que nuestra galaxia contiene una cantidad estimada de unos 200.000 millones de estrellas esa pequeña cantidad limitaba mucho nuestro conocimiento de la Vía Láctea y la vida de las estrellas.

Donde no llegaba nuestra precisión de medida no nos quedaba más remedio que estimar por medios indirectos las distancias a las estrellas, a los cúmulos de estrellas o las nebulosas. Por ejemplo, si yo sé que una bombilla tiene entre 100 y 200 vatios y la observo desde la distancia, teniendo en cuenta su brillo aparente me puedo hacer una idea de cómo de lejos está, cuán grande es, etc; pero si sé exactamente su distancia puedo calcular ya su luminosidad, su tamaño…

La física de las estrellas es la base de la astrofísica, y conocer esta bien implica saber determinar la distancia correcta a las estrellas que estudias. Por eso a partir de 1989 hubo un gran empuje en la astronomía con el lanzamiento del satélite Hipparcos, que midió con una precisión sin precedentes (200 veces mejor que hasta entonces) las distancias y los movimientos de unas 100.000 estrellas.

Aunque Hipparcos fue un hito de la astronomía moderna la verdadera revolución llega ahora con el satélite de la Agencia Espacial Europea GAIA, que va a pulverizar todos los records estudiando las posiciones, distancias y movimientos de más de 1500 millones de estrellas con una precisión de 0,00001 segundos de arco, que para terminar de marearnos podemos tener en cuenta que equivale al grosor de un cabello humano visto a 2000 kilómetros de distancia.

Este mapa 3D de una fracción de la Vía Láctea que se está construyendo es muy importante para calibrar las estimaciones de distancias que se hacen a otros objetos que a su vez son un peldaño en una escalera de objetos y distancias que finalmente nos permite hacernos una idea de la escala y funcionamiento del universo en que vivimos.

Ahora que sabemos lo sencilla y la vez compleja que es la determinación de distancias en el universo no deberíamos tratar a la ligera ninguna pregunta sobre estas, infantil o no, pues puede que nos sorprendamos… Díganme, cuando la ISS sobrevuela Valencia, ¿qué está más cerca de la sede central de la VIU, la estación espacial o Italia?