Entrades amb l'etiqueta ‘espai’

Espai, temps i ètica

divendres, 16/02/2018

En Michael Shermer, en un article recent, diu que som éssers sensibles dissenyats per l’evolució per sobreviure i florir entre l’espasa de l’entropia i la paret de la mort. Ens explica, com bé sabem, que la segona llei de la termodinàmica (que tracta de l’entropia) és la primera llei de la vida. Si no fem res, l’entropia seguirà el seu camí i ens portarà cap a estats de més i més desordre que acaben en la mort. Per tant, explica, el nostre propòsit a la vida, que els nostres gens han après durant milions d’anys, és combatre l’entropia fent coses “extròpiques” i usant energia per ordenar, construir i sobreviure. Ser amable i ajudar als altres ha estat una estratègia exitosa, diu. Castigar els dictadors i aquells que volen fer mal als altres n’ha estat una altra, fins i tot al Paleolític. De fet, a partir de totes aquestes accions, els humans hem anat creant i evolucionant un concepte de moralitat i ètica que es basa fortament en les lleis de la natura.

En el seu escrit, en Michael Shermer explica que, a la llarga, l’increment d’entropia implicarà la fi de tot l’univers. Cert. Però no ho veurem, perquè no vivim milions d’anys. Vivim ara, aquí i amb els altres. I així és com la perspectiva científica defineix totes les facetes de l’ètica: amb l’espai i el temps. L’argument que tot és vàlid i que no importa com actuem perquè el món s’acabarà de totes maneres, és èticament inacceptable, perquè moltes coses que fem sí que importen als altres, ara mateix. Pensem en els torturadors. Podem acceptar el que fan? No, perquè té greus conseqüències per a les seves víctimes. No cal que hi hagi efectes còsmics ni que afecti a l’univers, quan un ésser humà és torturat. L’hi importa a ell, importa a la seva família, i per tant ens importa.

Hi ha qui diu que sense Déu i sense la promesa de la vida eterna, la vida no té cap significat i per tant la moralitat deixa de tenir sentit. Però els conceptes d’espai i temps ens recorden que vivim ara i aquí, no a l’altra vida. I que el judici sobre les nostres accions i les dels altres l’hem de fer en base a aquests paràmetres, independentment de si hi ha alguna cosa després de la mort o no. La ciència no es fica en aspectes transcendents, perquè no li cal, per construir l’ètica. Els que sofreixen fam o violència i els qui malviuen o tenen limitada la seva llibertat són persones que ara mateix viuen prop nostre. El seu sofriment l’està causant algú, que n’és el responsable. Són persones que ara mateix sofreixen per culpa d’altres persones, i que tenen dret a que el que ara és injust, es corregeixi ara. Perquè els drets de les persones impliquen deures. Deures envers els nostres éssers estimats, la nostra comunitat, la nostra espècie i el nostre planeta.

El que ens diu en Michael Shermer amb arguments científics m’ha recordat el que deia, en un llibret meravellós, l’Umberto Eco. A “En què creuen els qui no creuen”, Eco argumenta les bases de la seva ètica laica. Explica que som animals de posició erecta, que tenim nocions d’una dreta i d’una esquerra, i que podem fer coses, tots sabem què vol dir batre, aixafar, picar, caminar, ballar i moltes més coses com recordar i sentir desig, por, tristesa, consol, plaer i dolor. Però som junt amb els altres. Podríem morir o tronar-nos boigs si visquéssim en una comunitat on sistemàticament tothom hagués decidit no mirar-nos a la cara i comportar-se com si no existíssim, diu Eco. Per això, explica, hem de respectar els drets de la corporalitat dels altres, entre els quals hi ha el dret de parlar, de pensar i de ser tractats amb dignitat i sense violència. El reconeixement del paper dels altres i la necessitat de respectar, en relació amb ells, les mateixes exigències que considerem irrenunciables per a nosaltres, és el resultat d’un creixement mil·lenari que ha anat configurant l’ètica. L’ètica dels altres, que viuen ara i aquí.

Michael Shermer, el científic. Umberto Eco, l’escriptor. Dos raonaments diferents que arriben al mateix punt. Dos raonaments de cultura de pau que ens fan veure fins a quin punt hi ha molta feina a fer, al món. La imatge de dalt és d’aquesta pàgina web (foto de Kampala, feta per Dominic Bukenya).

———

Per cert, Joan Soler Felip, que va conèixer Pere Casaldàliga als 14 anys, explica que és una persona que està casada amb el poble. Als seus 90 anys, continua vivint en una casa senzilla, amb les portes sempre obertes a tothom. Tot citant Casaldàliga, en Joan Soler diu que el Primer món hauria de renunciar a les seguretats.

Les tres endevinalles del GPS

dijous, 1/01/2015

A les dues del migdia, veig arribar dos helicòpters. Arriben a la vegada. Cada un d’ells porta un missatge. Un d’ells diu que ha sortit de Barcelona a les 13:12, i l’altre, que ha sortit de Tarragona a les 13:24. Els dos diuen que han viatjat sempre a 100 quilòmetres per hora. On soc?

En aquest cas no és difícil saber on sóc. Només cal tenir un mapa a escala i un compàs. L’helicòpter que ve de Barcelona ha volat durant 42 minuts, i amb això ja podem saber que som a 80 quilòmetres de Barcelona (vegeu nota al final). Amb el mateix raonament aplicat a l’altre helicòpter, deduïm que ens trobem a 60 quilòmetres de Tarragona. Ara, només cal estendre el mapa i dibuixar-hi dos cercles: el dels punts que són a 80 Km. de Barcelona, i el dels que es troben a 60 Km. de Tarragona. Ben aviat ens adonem que som a Cervera, al punt on es troben els dos cercles (hi ha un segon punt d’intersecció, però el podem descartar perquè és al mar). En poques paraules, podem saber on som si disposem d’un mapa i un compàs i si sabem la nostra distància a un mínim de dos punts determinats. Són tècniques ben conegudes pels navegants.

Anem ara a la segona endevinalla:

No tinc rellotge i no sé l’hora. Però veig arribar tres helicòpters. Arriben alhora, i cada un d’ells porta un missatge. Un d’ells diu que ha sortit de Lleida a les 9:30, el segon explica que ha sortit de Girona a les 10, i el tercer diu que ha sortit de Manresa a les 10:10. Tots diuen que han viatjat sempre a 100 quilòmetres per hora. On soc?

Aquesta ja no és tan fàcil, però la intuïció matemàtica ens diu que és probable que puguem deduir on som, perquè ens manca una informació (la nostra hora) però en canvi en tenim una de nova, la del tercer helicòpter. Jugant amb el mapa i el compàs, és fàcil veure que podem trobar la solució per aproximacions successives. Podem anar fent proves, tot fixant cada vegada un valor hipotètic per l’hora del rellotge que no tenim. Imaginem que quan veiem arribar els tres helicòpters junts, són les 10:30. Ara, com que ja tenim l’hora d’arribada, podem dibuixar els tres cercles, com podeu veure a la imatge de sota. I de fet podem fer el mateix per les 11:20 i obtindrem els cercles que també podeu veure a la imatge de baix, a la dreta. Cap dels dos cassos és possible, perquè en aquests dos instants no hi ha cap punt del mapa en el que els tres helicòpters coincideixin. En canvi, els tres cercles de les 10:55 sí que intersequen, i ho fan a Puigcerdà. Podem assegurar que som a la Cerdanya, a Puigcerdà. El truc és anar provant amb diferents hipòtesis pel que fa al temps del nostre rellotge, fins que encertem el cas en què els tres cercles intersequen en un punt. Cal dir que, de fet, també ho podem resoldre directament i sense haver d’anar provant, amb l’ajut de la geometria (vegeu la nota al final).

El sistema GPS es basa en el mateix principi, amb l’única diferència que enlloc d’helicòpters tenim senyals electromagnètics de ràdio que viatgen a la velocitat de la llum. Si entenem les endevinalles, entenem el GPS. Avui en dia, quan ens perdem, ho tenim més fàcil que els nostres avis. Molts telèfons mòbils tenen GPS, i el sistema GPS ens diu on som. Podem veure la nostra posició en un mapa i podem saber les coordenades geogràfiques del lloc on som: longitud i latitud. El GPS funciona mitjançant una xarxa de satèl·lits que orbiten al voltant de la terra. Cada satèl·lit porta un rellotge atòmic per mesurar el temps amb una precisió de l’ordre de menys d’un nanosegon (un nanosegon és la mil milionèsima part d’un segon). Gràcies a Einstein, sabem que la velocitat de la llum és constant. Com que aquesta velocitat és de 300 mil quilòmetres per segon, amb una única divisió veiem que tant la llum com les ones electromagnètiques que rebem dels satèl·lits recorren 30 centímetres cada nanosegon. Els rellotges atòmics son tan ràpids que la llum només avança uns 4 o 5 centímetres entre cada dos tics. Com en el cas dels helicòpters, els GPS mesuren distàncies amb el temps. Quan volem determinar la nostra posició, el GPS localitza automàticament un mínim de quatre satèl·lits de la xarxa, dels quals rep senyals que indiquen la posició del satèl·lits (abans era la ciutat d’on surt cada helicòpter) i el temps (en fraccions de nanosegon) de sortida del senyal en el rellotge de cadascun d’ells. En base a aquests senyals, el GPS pot calcular les nostres coordenades geogràfiques tal com fèiem a l’endevinalla, amb un error de precisió que en condicions normals és d’uns 15 metres. Val a dir que a més, aviat tindrem el sistema Galileo. A diferència del GPS (Nord-americà i militar) el sistema Galileo és un projecte civil, l’alternativa de la Unió Europea a l’actual GPS. Oferirà un servei obert, de lliure accés per a tothom, amb un error de quatre metres sobre el terreny i de vuit metres en vertical.

Però podem pensar una mica més i donar-hi més voltes. Si encara en teniu ganes, aquí teniu la tercera endevinalla:

Veig arribar dos helicòpters. Arriben junts, però no tinc rellotge i no sé l’hora. Cada un d’ells porta un missatge. Un d’ells diu que ha sortit de Lleida a les 10:30, i l’altre, que ha sortit de Tarragona a les 11. Els dos diuen que han viatjat sempre a 100 quilòmetres per hora. Puc dir alguna cosa d’on soc?

Aquest cas és ben interessant. Si en el mapa dibuixeu el segment recte que uneix Vic i Amposta, podem afirmar que ens trobem en algun punt d’aquesta recta (vegeu, un cop més, la nota al final). Puc trobar-me a Vic, però és segur que no soc ni a Solsona ni a Mataró…

Per cert, en Noam Chomsky diu que el paper dels intel·lectuals i activistes radicals ha de ser analitzar i valorar, mirar de persuadir, organitzar, però mai arribar al poder i governar. Diu que han d’estar preparats per plantar cara a la repressió i actuar en defensa dels valors que professen.

 

Si voleu veure millor aquestes fotos, cliqueu aquí i mireu les tres pàgines del pdf en mode pantalla completa. Podreu anar endavant i endarrera amb les fletxes del teclat

 

NOTA: A la primera endevinalla, ens diuen que el primer helicòpter ha sortit a les 13:12 i que ha arribat a les 14 hores. Per tant, ha volat durant 48 minuts. A una velocitat constant de 100 quilòmetres per hora, és clar que cada 6 minuts recorre 10 Km. i, en conseqüència, en els 48 minuts haurà fet un total de (48/6)*10 = 80 quilòmetres. El mateix raonament serveix per al segon helicòpter.

Per a entendre la segona endevinalla, imagineu-vos una representació 3D amb eixos x-y-z. En el pla horitzontal dels eixos x-y, tenim el mapa de Catalunya o de la regió del món que estem estudiant. En l’eix z, vertical, representem el temps. És un diagrama espai-temps, similar als que utilitzava Einstein per il·lustrar la teoria de la relativitat. Tot allò que passa, per exemple, a les 10 del matí, es pot representar en un pla horitzontal (el pla del present, en aquest cas, el pla de les 10) paral·lel al pla x-y. Quan passa el temps, el pla del present puja inexorablement. En aquest pla de les 10 podem situar un punt a Girona que marca la posició de l’helicòpter gironí, que acaba de sortir. En canvi, el que ha sortit de Lleida a les 9:30 ja ha volat durant mitja hora, i l’únic que podem dir és que es troba en algun punt del cercle centrat a Lleida i de radi 50 Km. Al cap d’un quart d’hora, en el pla de les 10:15, ja podrem dibuixar els tres cercles, que a partir d’ara aniran creixent. A la imatge de dalt podeu veure l’estat dels tres cercles a les 10:30, a les 10:55 i a les 11:20. Si ara ens situem fora de l’espai i el temps i observem el diagrama 3D mentre el pla del present puja i els cercles creixen, és fàcil veure que cada cercle crea un con o paperina virtual que es va obrint a mesura que passa el temps. Cada helicòpter, en aquest diagrama d’espai-temps, té associat un con de possibles llocs on es pot trobar. I la geometria ens diu que tres cons d’eix vertical intersequen en un punt, en el punt que ens diu on som. En els GPS i en el sistema Galileo passa exactament això, amb l’única diferència que enlloc d’helicòpters tenim senyals electromagnètics que viatgen a la velocitat de la llum. El que calculen els nostres GPS a partir dels missatges que reben dels satèl·lits és aquest punt d’intersecció entre els tres cons en el diagrama espai-temps.

Si us interessa, us podeu descarregar la conferència que vaig donar a les Aules Universitàries per a la Gent Gran d’aquesta web. I aquí podeu trobar una mica d’història junt amb una comparació entre l’actual sistema GPS i el futur sistema Galileo.

I què passa en el cas de la tercera endevinalla? En aquest cas només tenim dos cons en el diagrama d’espai-temps, amb eixos verticals que passen per Tarragona i Lleida. Si imaginem el pla del present que va pujant, hi veurem dos cercles que es van acostant, passen a ser tangents en un punt intermedi (que anomenaré Q) del segment recte que uneix Tarragona i Lleida i, a partir d’aquest moment, ja sempre més intersequen. Si dibuixeu, en el mapa, el segment recte entre Tarragona i Lleida i suposem que el que surt de Lleida vola en direcció a Tarragona, a les 11 del matí es trobarà en un punt imtermedi R entre Prades i Alcover, mentre que el de Tarragona estarà acabant de sortir. És clar que el punt Q es troba exactament a mig camí entre R i Tarragona, prop de la carretera de Reus a Alcover. Dibuixeu ara la recta perpendicular al segment Tarragona-Lleida que passa per Q. És una recta que veureu que passa per les rodalies de Vic i d’Amposta. No podem saber exactament on som perquè ens manquen dades, però podem estar ben segurs que som en algun punt d’aquesta recta i que no som ni a Tàrrega, ni a Ripoll ni a Sitges.

De John Harrison a Galileo

dimecres, 12/06/2013

GalileoSatellite.jpg Què podem fer si ens perdem enmig del mar, a la muntanya, dins d’un bosc o en un desert? Sortosament, ho tenim més fàcil que els nostres avis. Molts telèfons mòbils tenen GPS, i el sistema GPS ens diu on som. Podem veure la nostra posició en un mapa i podem saber les coordenades geogràfiques del lloc on som: longitud i latitud. El GPS ha estat un bon invent per a poder orientar-nos. El que no és tan conegut és que, tant al segle XVIII com al segle XXI, si ens podem orientar és gràcies als rellotges. Hem aprés que per mesurar bé la posició i el lloc on som, cal saber mesurar bé el temps. Depenem de la física i de la l’íntima relació que hi ha entre espai i temps.

Els navegants i descobridors del renaixement sabien calcular bé la latitud. Només calia mesurar, amb un sextant, l’alçada màxima del Sol o de les estrelles sobre l’horitzó i consultar les taules astronòmiques. Però la longitud geogràfica sempre va ser molt més esquívola. La diferència de longituds geogràfiques entre dos llocs de la Terra (o separació entre els seus meridians) és clar que és proporcional a la diferència entre les seves corresponents hores solars. Per això calien els rellotges. Els vaixells que sortien de qualsevol port, per exemple de Barcelona, portaven un rellotge ajustat a l’hora solar de Barcelona. Quan, dies després, eren enmig del mar, per saber la longitud del meridià només havien de mesurar l’hora solar i restar-la de la que marcava el rellotge. El principi és ben conegut. Si anem a Pontevedra, veurem que el Sol surt més tard i es pon més tard que aquí. Els navegants ho feien a l’inrevés: mesuraven aquest retard i amb això podien calcular la seva posició, el seu meridià. En teoria tot era perfecte. Es podien orientar gràcies als rellotges. Només hi havia un “petit” problema: els rellotges no eren bons, i avançaven o s’endarrerien. Com que 24 hores equivalen al gir de 360 graus de la Terra, un error de 4 minuts en l’hora és equivalent a un error d’un grau en la mesura de la longitud geogràfica, que correspon a 111 quilòmetres si som a l’Equador. No és pas un error menyspreable. Els navegants no es podien orientar bé perquè tenien rellotges dolents.

A principis del segle XVIII, es parlava molt del problema de la longitud. Calia trobar maneres de calcular-la amb més precisió. Els anglesos, molt preocupats pel tema, van ser pragmàtics. Justament l’any 1714, el Parlament anglès va acordar donar un premi de vint mil lliures a la persona que trobés una solució al problema. El premi es donaria a la persona que trobés com mesurar la longitud amb un error de menys de mig grau i que ho demostrés en un viatge en vaixell. El rellotger John Harrison va anar millorant el disseny dels seus mecanismes fins aconseguir un rellotge, l’anomenat H4, que superava els requeriments del Parlament. L’any 1764, el seu fill William ho va demostrar en un viatge de 47 dies a les illes Barbados. El rellotge només es va endarrerir 39 segons, equivalents a una distància de 18 quilòmetres en l’Equador. Tot i que no va ser fàcil convèncer la comissió del Parlament, John Harrison va finalment rebre el premi l’any 1773 junt amb el reconeixement públic d’haver resolt el problema de la longitud.

Què fa un GPS per a saber on som? El GPS també utilitza rellotges per calcular distàncies i determinar la nostra posició. John Harrison utilitzava rellotges, i els nostres GPS també. La diferència és que els rellotges dels GPS són molt més precisos. I no són en els nostres GPS, sinó que estan en els satèl·lits que són en òrbita.

El sistema GPS funciona mitjançant una xarxa de satèl·lits que orbiten al voltant de la terra. Cada satèl·lit porta un rellotge atòmic per mesurar el temps amb una precisió de l’ordre d’un nanosegon (un nanosegon és la mil milionèsima part d’un segon). Si mesurem el temps que tarda un senyal electromagnètic en viatjar des d’el satèl·lit fins el GPS del nostre telèfon, podrem calcular la distància entre els dos amb un simple producte perquè, gràcies a Einstein, sabem que la velocitat de la llum és constant. Com que aquesta velocitat és de 300 mil quilòmetres per segon, amb una única divisió podem veure que tant la llum com les ones electromagnètiques que rebem dels satèl·lits recorren 30 centímetres cada nanosegon. Els rellotges atòmics son tan ràpids que, en cas que facin un tic cada nanosegon, la llum només avança un pam i mig entre cada dos tics. Doncs bé, quan volem determinar la nostra posició, el GPS localitza automàticament un mínim de quatre satèl·lits de la xarxa, dels quals rep senyals que indiquen la seva posició i el temps (en nanosegons) en el rellotge de cadascun d’ells. En base a aquests senyals, el GPS pot calcular el retard dels senyals i per tant les distàncies als satèl·lits (vegeu nota al final). Finalment, obtenim les nostres coordenades geogràfiques amb un error de precisió que en condicions normals és d’uns 15 metres.

El sistema Galileo és l’alternativa de la Unió Europea a l’actual GPS. Galileo és un projecte civil, a diferència del GPS que és Nord-Americà i militar. Oferirà un servei obert, de lliure accés per a tothom, amb un error de quatre metres sobre el terreny i de vuit metres en vertical, juntament amb un servei de pagament amb abonament que emetrà senyals encriptades amb un marge d’error inferior al metre per a localització en aplicacions específiques com la navegació aèria i els serveis de cartografia. El servei i la qualitat de les dades de posició deixarà d’estar supeditat als criteris i prioritats militars. Serà un servei per a la societat civil, més fiable i força més precís que el GPS. La constel·lació Galileo estarà formada per 30 satèl·lits en òrbita en una alçada mitjana de 23.222 quilòmetres, junt amb una sèrie d’estacions terrestres que controlaran els satèl·lits per tal de millorar la precisió del senyal i corregir-ne la trajectòria. Cada satèl·lit Galileo (vegeu la imatge de dalt) porta dos rellotges atòmics: un rellotge màser d’hidrogen que només endarrereix un nanosegon cada 24 hores, i un rellotge secundari de rubidi amb precisió de 1,8 nanosegons cada 12 hores. Ara mateix, els primers quatre satèl·lits Galileo ja són en òrbita i es troben en fase de proves. D’aquí a 4 o 5 anys (el 2017 o el 2018), ja el podrem utilitzar.

És més fàcil i més precís mesurar el temps que mesurar grans distàncies. Per això els mapes antics i medievals eren poc precisos, i per això els humans sempre hem fet servir rellotges per orientar-nos i per conèixer la nostra posició i les nostres coordenades. Però fa quatre segles, quan els navegants calculaven la seva posició, no ho podien fer bé: cometien errors de l’ordre de 100 quilòmetres. Fa tres segles i gràcies als rellotges de John Harrison, els errors ja eren només de l’ordre de 15 o 20 quilòmetres. Avui, gràcies als rellotges atòmics i a la tecnologia GPS, podem saber on som amb un error mil vegades més petit, de l’ordre dels 15 metres. I d’aquí a cinc anys, amb Galileo ho sabrem amb un error de només 4 metres. Tot plegat, perquè hem entès que el temps ens pot explicar l’espai i perquè hem trobat la manera de fer que ens l’expliqui.

Nota: Les estacions terrestres de control monitoritzen els satèl·lits i garanteixen que els seus rellotges estiguin “en hora” al nanosegon, a més de que tinguin informació sobre la seva posició en l’espai en tot moment. Llavors, si el nostre aparell GPS o Galileo portés un rellotge atòmic d’alta precisió incorporat, tot seria força senzill. Com hem dit, el GPS localitzaria automàticament alguns satèl·lits de la xarxa, dels quals rebria senyals amb informació sobre la posició i el temps en el satèl·lit en l’instant d’emissió del senyal. El temps de viatge del senyal es podria obtenir restant el temps en l’instant que rebem el senyal menys el temps en l’instant d’emissió. Multiplicant per la velocitat de la llum, el temps de viatge ens donaria la distància D al satèl·lit. Com que el satèl·lit també ens hauria enviat la seva posició a l’espai, podríem concloure (amb un únic satèl·lit) que segur que ens trobem en algun punt de l’esfera que té el centre a la posició del satèl·lit i radi D. Amb més d’un satèl·lit, el mateix raonament ens donaria per a cada satèl·lit una esfera sobre la que ens hem de trobar, i podríem calcular la nostra posició tot intersecant aquestes esferes (podem afegir a més la superfície de la Terra si sabem que estem tocant de peus a terra). Val a dir que és bo tenir informació redundant de molts satèl·lits perquè així podem reduir errors i calcular, amb algorismes de mínims quadrats, un punt que es trobi el més prop possible de les esferes de tots els satèl·lits que observem. Però malauradament tot plegat és una mica més complicat perquè els rellotges dels GPS evidentment no són atòmics. Sabem amb molta precisió l’instant d’emissió dels senyals, però l’instant de recepció el sabem amb una precisió molt més baixa. El problema és més complicat, però la solució no és massa més difícil. Suposem que estem veient 5 satèl·lits. Fem el càlcul com abans, restant el temps que ens dóna el rellotge del GPS del temps en l’instant d’emissió que ens arriba amb el senyal, i obtenim un radi d’esfera per a cada satèl·lit: D1, D2, …, D5. Aquests radis són incorrectes, però sabem que l’error és el mateix en tots ells, perquè és degut a un error en la mesura del temps de recepció, que és el minuend en totes les restes. Per tant podem assegurar que els radis correctes seran D1+d, D2+d, …, D5+d on el valor desconegut d depèn de l’error en el rellotge del GPS. Cal trobar el valor òptim de d. Aquest valor  és el que fa que els punts d’intersecció entre tots els possibles conjunts de tres esferes siguin el més propers possibles entre ells. Cal observar que en el cas de 5 esferes, podem formar deu conjunts diferents de 3 esferes cada un (les combinacions de 5 elements escollits de 3 en 3) i per tant, haurem de trobar el valor de d que apropi el màxim possible aquests deu punts. Cal tenir també en compte que cada conjunt de tres esferes intersecta en dos punts, però que un d’ells és a l’espai exterior i no és vàlid. Un cop hem calculat el valor d, calculem el punt d’intersecció de totes les esferes i ja hem resolt el càlcul de la nostra posició. Podeu comprovar que, si no imposem res més, el càlcul es pot fer si veiem un mínim de 4 satèl·lits. Però si sabem, per exemple que estem caminant o que anem en cotxe, el nombre mínim de satèl·lits baixa a tres perquè el càlcul es pot limitar a cercar punts sobre la superfície de la Terra.

En resum: podem saber on som gràcies a la geometria, als satèl·lits, a la informàtica i als algorismes d’optimització…

 

Per què podem escoltar el planeta Mart?

diumenge, 19/08/2012
Curiosity_NASA.png

Trajectòria de la nau amb el robot "Curiosity" (NASA)

Fa pocs dies, el dilluns 6 d’agost, el robot “Curiosity” va aterrar (hauríem de dir amartitzar) suaument al cràter Gale del planeta Mart.

Mart és molt lluny, de la terra. El passat 3 de març ens hi vam apropar fins una distància de 100 milions de kilòmetres, però hi ha vegades que som molt més lluny seu, fins a 400 milions de kilòmetres. Ara mateix som a uns 250 milions de kilòmetres de distància. La propera oposició (moment de màxim apropament) serà el 8 d’abril de 2014, amb una distància de 92.8 milions de kilòmetres. I haurem d’esperar fins al juliol de 2018 per a poder-ne tenir una visió “propera”, des de 57 milions de kilòmetres de distància.

Aquestes distàncies son molt grans. Penseu que si anéssiu a Mart, us costaria trobar la terra, enmig del seu cel de nit. El diàmetre de la terra és aproximadament el doble que el diàmetre de Mart. Si Mart el veiem com un puntet al cel, com una estrella que no parpelleja, la visió de la Terra des de Mart no ha de ser gaire diferent. Som un puntet al cel de Mart. D’altra banda, els senyals que ens envia el “Curiosity” en aquests moments tarden uns 18 minuts en arribar-nos. Això anirà variant en funció de les posicions relatives dels dos planetes, amb un retard dels senyals que variarà entre 4 i 22 minuts. En altres paraules, tant les ones electromagnètiques com la llum tarden més d’un quart d’hora en arribar-nos. És lluny, oi?

Fixeu-vos en la imatge de la NASA, que ens indica la trajectòria que ha seguit la nau. Podem escoltar ara els senyals que ens estem enviant des del planeta Mart perquè hem sabut com arribar-hi. Perquè hem aprés a calcular bé la trajectòria per arribar a un planeta que veiem com un puntet al cel. Perquè, al llarg dels segles, hem arribat a comprendre la música del cel i l’harmonia del moviment dels planetes. Si no hagués estat pels antics, pels Babilonis i Egipcis, per Aristarc, Ptolomeu i tots els grecs, per Copèrnic, Kepler, Galileu, Newton i molts altres, no ens n’hauríem sortit. Hem llançat una nau des de la Terra, que es mou, cap un altre planeta que també s’està movent. És com tirar una pilota de golf des d’un cotxe en marxa i fer que entri per la finestreta d’un altre cotxe que avança a tota velocitat per una altra carretera. La imatge de la NASA és molt clarificadora. La nau va sortir de la terra el 26 de novembre de 2011, amb un fort impuls inicial. L’impuls inicial va ser tangencial, tot aprofitant la velocitat del moviment de translació de la Terra. Després, el moviment ha estat lliure, sense emprar cap més energia (excepte quatre moments en que es van fer petits retocs a la trajectòria). Mentre que els objectes que llancem a la terra segueixen una trajectòria parabòlica, els objectes llançats a l’espai interplanetari del sistema solar descriuen una trajectòria (òrbita) el·líptica al voltant del Sol, sense que calgui més energia per a que es moguin. Des d’el passat mes de novembre, la Terra, Mart i la nau s’han estat movent en òrbites el·líptiques al voltant del Sol. Amb el que hem aprés dels avantpassats, hem pogut afinar la trajectòria del Curiosity, fent que es trobés amb la de Mart fa pocs dies, el 6 d’agost.

I ara, podem escoltar el planeta Mart perquè hem equipat el “Curiosity” amb tota mena de sensors. La ciència ens proporciona eines per satisfer la nostra curiositat. Els sensors del “Curiosity” son els nostres sentits a distància, els òrgans perceptius que hem dipositat a més de cent milions de kilòmetres de distància. Hem tingut cura d’ells durant el viatge, protegint-los amb termòstats per a que no es refredessin fins a menys 273 graus i fent que la nau girés a raó de dues voltes per minut.

Un d’aquests sensors, el que detecta la direcció i velocitat del vent, ha estat dissenyat per companys de la UPC. Cada un d’aquests sensors és un xip d’un mil·límetre i mig de costat i mig mil·límetre de gruix, preparat per a treballar en una atmosfera amb el 95 per cent de diòxid de carboni, a 63 sota cero i amb una pressió atmosfèrica cent vegades més petita que la de la terra. El vent travessa cada xip (n’hi ha quatre en diferents direccions) per una cambra que conté tres resistències de pel·licula de platí. Les resistències fan de mini-estufes, i escalfen el gas atmosfèric. Però cada xip inclou un mecanisme de control, un termòstat, que garanteix que el gas només s’escalfa deu graus. Si el vent és fluix, cal molt poca potència elèctrica, però si el vent és fort, necessitarem més potència (la potència no és mai superior a una dècima de watt). Mesurant la intensitat elèctrica necessària, podem mesurar la velocitat del vent. És el principi de l’anemometria de fil calent.