A la caza de asteroides Teach article

Traducido por José Luis García Herrero. ¿Tienes ganas de salvar la Tierra? Andy Newsam y Chris Leigh del National Schools’ Observatory (Reino Unido), presentan una actividad en la puedes hacerlo en potencia, detectando asteroides que podrían estar en rumbo de colisión contra la Tierra.

Introducción

Imagen cortesía de la NASA /
JPL-Caltech

Los asteroides, también conocidos como planetas menores, son objetos metálicos, rocosos y polvorientos que orbitan alrededor del Sol, además de ser demasiado pequeños para poder ser considerados como planetas. En la actualidad se conocen decenas de miles de asteroides, y más de 12000 de ellos tienen un nombre oficial.

Ceres, captado por el
Telescopio Espacial Hubble

Imagen cortesía de NASA, ESA
y J Parker (Southwest Research
Institute); fuente de la imagen:
Wikimedia Commons

El más grande de todos, Ceres, tiene un diámetro de 1000 km, mientras que el más pequeño tiene el tamaño de un guijarro. Hasta ahora sólo se han descubierto 15 asteroides con diámetros por encima de los 240 km, y si fusionáramos todos los asteroides conocidos, su tamaño sería más pequeño que el de la Luna, cuyo diámetro es de 3500 km.

La mayoría de los asteroides se encuentran en el Cinturón de Asteroides, entre las órbitas de Marte y Júpiter, pero algunos otros presentan órbitas con gran acercamiento a la Tierra: se conocen como objetos próximos a la Tierra (NEOs, del inglés “near-Earth objects”). Si se encuentran en rumbo de colisión con la Tierra, se denominan meteoroides. Cuando un meteoroide entra en contacto con la atmósfera a gran velocidad, el rozamiento hace que se incinere en forma de una estela luminosa denominada meteoro. Si el meteoroide no se quema por completo, lo que queda de él cae sobre la superficie terrestre y se denomina meteorito.

El Cráter Barringer de
Arizona (EE.UU.) presenta un
diámetro de 1186 km y una
profundidad de 180 m. Se
encuentra rodeado de un
borde formado por rocas
aplastadas y entremezcladas
, algunas del tamaño de una
casa; la estructura que
proyecta la sombra en la
parte norte del cráter es el
centro de visitantes (23
Enero 2004)

Imagen cortesía de la ESA

Aunque a la Tierra llegan muchos asteroides, su tamaño es demasiado pequeño como para causar cualquier daño. Sin embargo, los ha habido más grandes en el pasado: el Cráter Barringer (diámetro: 1186 km ) se formó hace unos 50000 años por el impacto de un meteorito de un tamaño estimado de 40 m. Estos impactos se dan aproximadamente una vez cada mil años, pero la mayoría de los cráteres no se hacen visibles debido al clima o a la vegetación, o porque se encuentran en el fondo del mar.

Aunque es muy poco probable que un NEO de gran tamaño impacte con la Tierra en durante nuestra vida, los astrónomos invierten sus esfuerzos en detectar y seguir el rastro de tantos NEOs como sea posiblew1. Si pueden encontrar a tiempo NEOs que amenacen la Tierra, quizás se podría intentar desviarlos de su órbita y evitar el choque con la Tierra.

¿Cómo encontrarlos? Aunque las posiciones de las estrellas se mantienen fijas entre noche y noche, la Luna, los planetas y los asteroides se desplazan despacio entre ellas. Al contrario que los planetas, la mayoría de los asteroides son demasiado tenues para verlos a simple vista, por lo que hace falta disponer de prismáticos o telescopio.

En la siguiente actividad, diseñada por National Schools’ Observatoryw2 del Reino Unido (NSO; ver cuadro, alumnos de edades comprendidas entre 7 y 19 años pueden buscar asteroides a partir de las imágenes generadas por el telescopio robótica más grande del mundo, el Telescopio Liverpool de La Palma, en las Islas Canarias, España (8 m de altitud y 25 toneladas de peso, con espejos de 2m de diámetro). Usando las mismas técnicas que los astrónomos profesionales, los estudiantes aprenden rápidamente cómo detectar asteroides reales a partir de observaciones reales. Los alumnos más jóvenes pueden necesitar una presentación previa por parte de los profesores, para los que existen materiales didácticos en líneaw3. Los alumnos de más edad puede calcular la velocidad de los asteroides detectados (ver la tarea avanzada abajo) y crear un informe con sus datos. El taller combina tecnologías de la información, física y matemáticas en una divertida actividad de descubrimiento.

 

El National Schools’ Observatory

National Schools’ Observatory (NSO) es un importante sitio web educativo, creado por la Universidad John Moores de Liverpool (Reino Unido). Permite que los centros educativos realicen sus propias observaciones junto a astrónomos profesionales con el telescopio robótico más grande del mundo, el Telescopio Liverpool, cuyo 5% de su tiempo está asignado a centros educativos del Reino Unido e Irlanda. Una vez realizada la observación solicitada, los alumnos pueden descargar la información del telescopio y utilizar software específico de tratamiento de imágenes para analizar las imágenes obtenidas. Además, el sitio web ofrece recursos educativos relacionados con la Astronomía.


 

Impresión artística de un
asteroide impactando en
aguas tropicales poco
profundas de la costa de
México, dando lugar al cráter
Chicxulub crater. El impacto
de este asteroide pudo haber
sido el responsable de la
extinción de los dinosaurios.
Por fortuna, se piensa que los
asteroides cuyo tamaño
pueden causar daños de este
calibre (diámetro mayor o
igual que 1 km) impactan
sólo una vez cada varios
millones de años.

Imagen cortesía de la NASA /
JPL-Caltech

Búsqueda de Asteroides

Preparación

Todos los recursos necesarios están disponibles de manera gratuita en líneaw3 sin necesidad de registrarse. Cada alumno (o cada pareja de alumnos) necesitará disponer de un ordenador con Microsoft Windows®. No es necesario disponer de conexión a Internet ya que es posible descargar los ficheros de la actividad con antelación.

  1. Descarga e instala el programa LTImage. Se trata de un software de procesado de imágenes desarrollado por el NSO y adaptado para uso escolar. LTImage funciona con cualquier imagen en formato FITS; es decir, con imágenes tomadas por la mayoría de los telescopios profesionales del mundo. Existe un video en línea a modo de guía de uso del programa.
  2. Descarga las notas del profesor, la presentación en PowerPoint®, y un conjunto de notas del estudiante (disponible para edades 7-11 y 11-16; es probable que los alumnos de más edad no necesiten notas).
  3. Presenta la actividad por medio del PowerPoint.
  4. Distribuye una copia de las notas del estudiante a cada alumno.

Para conocer los detalles sobre el uso de LTImage en cada paso concreto, puedes consultar las notas del profesor.

Realización de las observaciones

Para detectar el movimiento de asteroides, necesitamos imágenes del cielo nocturno tomadas con cierto tiempo de diferencia, para que a los asteroides les haya dado tiempo de cambiar de posición entre imagen e imagen. Para estar seguros de que el movimiento es real, usaremos cuatro imágenes distintas, tomadas con intervalos de 30 minutos.

Espejo secundario del
Telescopio Telescope

Imagen cortesía de J Marchant

Encontrarás las imágenes en el apartado “Data files” de la actividad de Búsqueda de Asteroidesw3.

Los cuatro ficheros ah_demo-1.fits hasta ah_demo-4.fits son simulaciones con las que practicar, mientras que los archivos ahunt-10-1-1.fits hasta ahunt-10-1-4.fits corresponden a observaciones reales de un NEO denominado 2001 GQ2, realizadas justo antes de la medianoche del 5 de Abril de 2009.

  1. Guarda las ocho imágenes en tu ordenador. Para empezar, prueba con las imágenes de demostración (ah-demo-1, ah-demo-2, etc.), ya que contienen asteroides simulados para que te sea más sencillo detectarlos.

Detección de asteroides

  1. Arranca LTImage y abre la primera imagen.

No te preocupes si ves que la imagen es probablemente muy oscura; es normal y se puede corregir: la cámara del Telescopio Liverpool fue diseñada para contar el número de fotones incidentes, más que para sacar imágenes bonitas. Algunos detalles de la imagen pueden ser muy oscuros comparados con las estrellas que los rodean, y por eso no podemos verlos al principio. Para revelar más detalles de los objetos más tenues, necesitamos ajustar la escala usando las dos barras de desplazamiento de LTImage.

  1. Abre y redimensiona las otras tres imágenes.
Una imagen antes y después de redimensionarla
Imágenes cortesía del National Schools’ Observatory
  1. Para buscar asteroides, usamos una técnica llamada blinking (parpadeo). Para hacer que las imágenes parpadeen, sólo tienes que mirar a la pantalla principal de LTImage e ir cambiando de una imagen a otra rápidamente. Por ejemplo, mira la imagen 1 durante medio segundo, luego la 2, la 3 y termina con la 4, antes de volver a la imagen 1 y repetir el proceso.

Las estrellas no se mueven, pero un asteroide sí lo hará. Eso es todo lo que hay que hacer: conseguir varias imágenes, usar el parpadeo, y si algo se mueve en línea recta, será un asteroide.

¿Puedes ver cómo se mueve el asteroide 2003 BK47? Haga clic sobre la imagen para ampliarla
Imágenes cortesía del National Schools’ Observatory

En las imágenes de demostración, deberías encontrar dos asteroides (uno de ellos es más difícil de localizar). Sigue parpadeando las imágenes hasta que estés seguro. Quizás sea útil variar el tiempo que miras cada imagen. Ten en cuenta que puede que las estrellas parezcan oscilar a causa del viento y a las variaciones en el apuntado del telescopio, pero el movimiento de los asteroides es mucho más claro.

  1. Cuando hayas encontrado al menos uno de los objetos en movimiento en las imágenes de prueba, intenta hacer lo mismo con las cuatro imágenes reales para descubrir el asteroide.
Imagen cortesía del National
Schools’ Observatory

Medida de la posición de un NEO

  1. Después de encontrar el NEO por medio del parpadeo, hay que medir su posición. Para encontrar las coordenadas del píxel del asteroide en cada imagen, utiliza la herramienta Image Examine de LTImage. Consulta el apartado ‘Measuring the position of near-Earth objects (NEOs)’ del sitio webw3 de la actividad de Búsqueda de Asteroides para más instrucciones.
  2. Para localizar las coordenadas X e Y, mueve el puntero del ratón hasta situarlo justo debajo del marcador de posición en la ventana “Examine”.
  3. Repite este paso para cada NEO y para cada imagen, recordando anotar todos los resultados.

El caso real

Ahora que tienes claro el proceso, puedes descargar imágenes de observaciones de NEOs más recientes sobre los que los astrónomos necesitan disponer de más información. Las imágenes son de zonas del cielo en las que es muy probable que se encuentren NEOs descubiertos recientemente, es necesario realizar más observaciones para determinar mejor las órbitas de los NEOs. Al tratarse de imágenes reales, no sabremos de antemano dónde se encontrará el NEO en la imagen, o si ni siquiera aparecerá, aunque debería estar presente. Por supuesto, también hay una pequeña probabilidad de que algún asteroide desconocido aparezca en el mismo campo de visión.

  1. En el sitio webw3 de la actividad de Búsqueda de Asteroides, accede a “Download some recent observations to analyse”, y descarga un grupo de cuatro imágenes. Recuerda anotar el código ID del grupo de imágenes, ya que lo necesitarás para realizar el informe de resultados.
  2. Redimensiona las imágenes, haz que parpadeen y mide las posiciones de los posibles NEOs que encuentres. Deberías encontrar al menos uno en cada observación. En aproximadamente el 10% de los casos, no habrá ninguno y, en 1% de los casos, aparecerán dos NEOs.
El Telescopio Liverpool
Imagen cortesía de J Marchant

Envío de resultados

Para enviar tus resultados (las coordenadas X-Y de los nuevos NEOs identificados), accede a “Report your results” en el sitio webw3 de la actividad de Búsqueda de Asteroides. Los resultados de interés se enviarán al Minor Planer Centerw4 de la Unión Astronómica Internacional, con el fin de mejorar las estimaciones de las órbitas.

Tarea avanzada: cálculo de la velocidad de un asteroide.

Si dispones de tiempo y consideras adecuado utilizar algunos conocimientos de matemáticas con los alumnos, puedes usar las imágenes de prueba y algunas herramientas de LTImage para calcular a qué distancia está el asteroide y a qué velocidad se desplaza. Si quieres acceder a las instrucciones, puedes descargar el documento “More able tasks” del sitio webw3 de la actividad de Búsqueda de Asteroides.

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Web References

Resources

  • En la película Deep Impact, unos astrónomos intentan destruir un cometa antes de que colisione con la Tierra. Si quieres acceder a recursos para el uso de la película Deep Impact en el aula, consulta:
  • Oberhummer H, Behacker M (2006) Deep Impact. Science in School 1: 78-80. www.scienceinschool.org/2006/issue1/deepimpact
  • En el proyecto “Galaxy zoo”, puedes colaborar con astrónomos en la clasificación de galaxias a partir de imágenes tomadas por el telescopio Hubble. En el proyecto “Moon zoo”, puedes clasificar estructuras del relieve lunar. Visita: www.galaxyzoo.org y www.moonzoo.org

Author(s)

Andy Newsam es director de NSO, además de profesor de enseñanza de astronomía en la Univesidad John Moores de Liverpool (Reino Unido). Además de llevar a cabo investigación en astronomía (en campos tan diversos como explosiones estelares, agujeros negros supermasivos y lentes gravitacionales), está muy interesado en el uso de la astronomía para promover y mejorar el conocimiento científico. Por este motivo, invierte gran parte de su tiempo visitando centros educativos, compartiendo su entusiasmo con alumnos y profesores.

Chris Leigh completó un master en astrofísica y un doctorado en detección y caracterización de planetas gaseosos extrapolares, en ambos casos en la Universidad de St Andrews (Reino Unido). Chris se trasladó a la Univesidad John Moores de Liverpool en 2004 y en la actualidad es director del proyecto NSO. Además, sigue dedicado a la investigación y colabora en la búsqueda de exoplanetas con expertos de todo el mundo.


Review

Tras una breve introducción sobre asteroides y el Telescopio Liverpool, el artículo presenta una actividad de búsqueda de asteroides en imágenes digitales. El artículo se puede enfocar para relacionar la física clásica (distancia, velocidad, gravedad) con la física moderna (astrofísica) y ciencias de la Tierra (sistema solar, paisaje terrestre en zonas de impacto de asteroides). El trabajo práctico en equipo es beneficioso para los alumnos y para el profesor, y la posibilidad de generar resultados científicos reales que pueden ser útiles a la comunidad científica internacional es una motivación adicional.

El artículo estimula la comprensión de preguntas como:

  • ¿Qué son los asteroides y de dónde provienen¿
  • ¿Los asteroides han chocado con la Tierra? ¿Qué efectos podemos ver en la Tierra?
  • ¿Cuáles son las propiedades de los asteroides del sistema solar?
  • ¿Qué es el Telescopio Liverpool y cómo funciona?
  • ¿Cómo se puede calcular la velocidad y la distancia recorrida por objetos en movimiento, como los asteroides?

Gerd Vogt, Escuela Secundaria Superior del Medio Ambiente y de Economía, Yspertal, Austria




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