🧵 Hilo de
Ivan Marti Vidal
Acabo de prepararos un pequeño hilo que hace tiempo os prometí. ¿Sabíais que en la actualidad podemos medir la distancia Tierra-Luna (y las distancias a satélites artificiales) con una precisión de un milímetro? ¿Cómo se hace esto? ¿Y para qué sirve? ¡Dentro hilo!
Antes de empezar, os hablaré de unos dispositivos ópticos muy curiosos, de los que seguramente llevaréis algunos en vuestras bicis o cascos; unos dispositivos que, aunque son muy sencillos de entender y construir, hacen posible esta proeza: me refiero a los "retroreflectores".
Un retroreflector es un tipo de espejo que tiene la propiedad de reflejar los rayos de luz... ¡justo en la misma dirección desde donde vinieron! ¡¿Cómooor?! Pero ¿esto no contradice a la famosa "ley de la reflexión" de Fermat? ¿Cómo puede haber espejos que violen esta ley?
En un espejo normal, si te pones frente a él al lado de un amigo, cada uno podrá ver el reflejo del otro. Variando la dirección en la que miran vuestros ojos, también podréis ver el pelo de vuestro amigo, su ropa, zapatos, etc.
No obstante, si os ponéis frente a un retroreflector, cada uno de vosotros solamente podrá ver sus propios ojos. No habrá forma de ver nada que no sean vuestros propios ojos, miréis en la dirección en la que miréis en la superficie retroreflectora. Curioso, ¿verdad?
Una forma de hacer un retroreflector es con tres espejitos puestos en direcciones perpendiculares, tal como veis en la animación de abajo. Fijáos como los rayos de luz vuelven exactamente por donde vinieron. Siempre. Hay otros diseños posibles, como combinando lentes y espejitos
Aquí tenéis fotos de unos retroreflectores de microondas que hay en el Observatorio de Metsahovi. Se usan para que los satélites de teledetección puedan alinear sus medidas con posiciones exactas en la Tierra (son como "faros", para que los satélites sepan dónde están mirando).
Puede que los retroreflectores más famosos del mundo sean los que se encuentran en la superficie de la Luna, llevados allí por los astronautas de la misión Apollo de la NASA. Aquí tenéis una foto de estos dispositivos, recién instalados. ¿Por qué los pusieron allí?
Pues para poder enviar rayos láser desde la Tierra y recibirlos siempre de vuelta, sin importar del lugar del mundo desde donde se envíen. De esa forma, midiendo el tiempo que pasa entre la emisión y la recepción, puede medirse con precisión la distancia a esos espejos lunares.
Gracias a esos espejos, hemos podido medir cómo la Luna se está alejando de la Tierra, a razón de 3.8 centímetros por año. En otro hilo ya os hablé de este fenómeno y de cómo se relaciona con la lenta variación en la duración de los días. Pero sigamos hablando de lo que toca hoy.
Además de en la Luna, también hay satélites artificiales con retroreflectores. El objetivo es lanzar rayos láser desde Tierra para medir la distancia a ellos. Si medimos el tiempo de vuelo del rayo con precisión de billonésimas de segundo, ¡mediremos esas distancias al milímetro!
La tecnología usada para estas medidas es formidable. Hace falta generar un rayo láser potentísimo, y con un control de tiempo al nivel de billonésimas de segundo. Ese láser se envía al espacio a través de un telescopio (ya véis; ¡en lugar de recibir luz, esta vez la emite!).
Cuando la luz llega al satélite, el retroreflector la envía de nuevo al telescopio que, esta vez, entra en modo normal (observación) para recibir los pocos fotones que hayan sobrevivido a todo el viaje de ida y vuelta, midiendo su tiempo de llegada con un reloj atómico.
Estos telescopios (que actúan como emisor y receptor del láser) deben tener unas monturas muy precisas, para poder "cazar" y seguir a los satélites que pasen por el cielo del observatorio. Pueden apuntar a los satélite con un segundo de arco de precisión, sin requerir calibración
Bueno, ¿y qué ganamos midiendo distancias a satélites con esta precisión? Esta tecnología, llamada "SLR" (Satellite Laser Ranging) permite medir el campo gravitatorio de la Tierra con finísimo detalle, detectando incluso posibles anomalías en la posición del Centro de la Tierra.
Para estudiar la gravedad de la Tierra con este nivel de detalle, descomponemos matemáticamente nuestro planeta en los llamados "armónicos esféricos", con los que podemos hacer nuestros cálculos gravitatorios de forma sencilla.
Estos armónicos esféricos son los mismos que podéis ver en un libro de Química que hable de los orbitales atómicos. ¡Las Matemáticas son Poesía! Las funciones con las que describimos la estructura atómica pueden usarse para modelar la estructura de nuestro planeta ¡Y mucho más!
Estos armónicos esféricos tienen, además, propiedades que los hacen muy útiles en Geodesia y, particularmente, en SLR. Por ejemplo, los efectos de marea producidos por la Luna pueden estudiarse de manera más fácil si los descomponemos usando estas mismas funciones.
Pues ya lo veis: con el SLR podemos medir la gravedad de la Tierra y su variación temporal con una precisión altísima. Incluso podemos detectar efectos post-newtonianos (relativistas). ¡Y no os imagináis la de cosas que se aprenden midiendo nuestro planeta con tanto detalle!
¡Uff! Se me ha vuelto olvidar mencionar la cuenta del Observatorio de Metsähovi! @Metsahovi
Y si os ha gustado el hilo, os agradeceré un montón que lo compartáis. Aquí os dejo el enlace:
