El otro día, mientras cocinaba albóndigas con patatas, escuchaba el último episodio del podcast Oscilador Armónico. Es un podcast muy recomendable sobre Física y ciencia en general. Al principio de este episodio, dedican unos minutos a explicar qué son los cuásares, y automáticamente me vino a la mente la relación no tan conocida entre estos objetos astronómicos y algo tan cotidiano hoy en día como son los GPS. Es un tema estupendo para inaugurar la actividad de esta web, que voy a dedicar a divulgar información sobre Geodesia.
Los cuásares
Como explican en Oscilador Armónico, los cuásares son un tipo de objeto astronómico extremadamente luminoso y distante, considerado una de las estructuras más poderosas y energéticas del universo. Los cuásares son el núcleo activo de galaxias distantes, donde se encuentra un agujero negro supermasivo en el centro, que puede tener millones o incluso miles de millones de veces la masa del Sol. Este agujero negro está rodeado por un disco de acreción de materia (gas y polvo) que se calienta enormemente debido a la fricción, lo que genera la intensa radiación observada. Esa radiación es emitida en todo el espectro electromagnético, desde las ondas de radio hasta los rayos X, aunque su pico de emisión suele encontrarse en el rango de la luz visible y ultravioleta.
Una característica que los hace muy importantes para el tema que nos ocupa es la enorme distancia que generalmente separa a los cuásares de la Tierra, a veces a miles de millones de años luz. Esas inmensas distancias los convierten en una especie de ventana al universo primitivo, ya que lo que vemos es cómo eran estos cuásares hace miles de millones de años.
El Sistema de Referencia Internacional Celeste
El Sistema de Referencia Internacional Celeste o SRIC (más conocido por sus siglas en inglés ICRS) es un sistema de coordenadas utilizado para medir la posición de los objetos celestes, como estrellas, planetas, asteroides y otros cuerpos celestes, con una gran precisión. Este sistema es crucial para la astronomía moderna, ya que proporciona un marco de referencia consistente y universal para realizar observaciones astronómicas, sin depender de la ubicación de la Tierra o de otras referencias locales.
El ICRS tiene su origen en el centro de masa o baricentro del Sistema Solar. En otras palabras, las coordenadas celestes se definen en relación con el centro de gravedad del Sistema Solar, que se encuentra muy cerca del Sol, aunque ligeramente desplazado debido a la influencia de los planetas más grandes y masivos, como Júpiter y Saturno.
Como todo sistema de referencia, para que el ICRS sea práctico debe estar materializado de alguna forma estable. Esa materialización de un sistema de referencia es lo que se conoce como marco de referencia, y en el caso del ICRS es el Marco de Referencia Internacional Celeste (en inglés, ICRF). Y una característica muy importante de todo marco de referencia es que debe ser lo suficientemente estable como para poder medir posiciones de otros objetos con respecto a ese marco de referencia sin que éste cambie constantemente. En el caso del ICRF, está compuesto por un conjunto de objetos astronómicos a los que se les ha asignado coordenadas en el ICRS. Y para que sea suficientemente estable, esos objetos astronómicos están a una distancia tan grande que su posición relativa en la bóveda celeste prácticamente no varía, incluso con el desplazamiento de la Tierra alrededor del Sol, cuya órbita tiene un diámetro medio de 300 millones de kilómetros aproximadamente. ¿Se os ocurre de qué objetos astronómicos estamos hablando? Exacto, los cuásares.
Los Sistemas de Referencia Geodésicos
Ahora ya tenemos un sistema de referencia y un marco de referencia que nos permiten posicionar objetos en el espacio. Sí, literalmente en el espacio, el sideral. Por tanto está claro que el ICRS no es lo más útil si lo que queremos es medir posiciones o navegar en la superficie de la Tierra. Imaginemos que medimos la posición de un objeto en la Tierra usando el ICRS. Dado que la velocidad de traslación de la Tierra es aproximadamente 107,000 km/h, al cabo de 24 horas las coordenadas de ese objeto estarían en algún punto del espacio a unos 2,573,000 kilómetros de la superficie de la Tierra. ¡Eso es más de 6 veces la distancia media entre la Tierra y la Luna!
Por tanto, hace falta otro sistema de referencia que se desplace con la Tierra en su órbita alrededor del Sol y que también gire con ella en su movimiento de rotación. De esta forma, las posiciones determinadas sobre la superficie terrestre sí serán más útiles.
Los sistemas de referencia geodésicos, como el Sistema de Referencia Internacional Terrestre o SRIT (más conocido por sus siglas en inglés ITRS), sitúan su origen de coordenadas en el centro de masas de la Tierra y están alineados con el eje de rotación medio de la Tierra y una dirección arbitraria (el meridiano de Greenwich). De esta forma, independientemente del desplazamiento de la Tierra alrededor del Sol o de su rotación diaria, las posiciones de un objeto en la superficie terrestre se mantendrán constantes si éste no se desplaza sobre ella.
Sin embargo, ni la posición del centro de masas de la Tierra ni el eje de rotación de la misma son constantes. Sufren alteraciones y deben ser determinados periódicamente. Esto se hace justamente con las observaciones astronómicas que se realizan sobre los cuásares que forman parte del ICRF, y que permiten determinar los Parámetros de Orientación de la Tierra (EOP por sus siglas en inglés), que son los que nos permiten relacionar un sistema de referencia celeste con un sistema de referencia terrestre y sus respectivos marcos o realizaciones.
Si en el caso del ICRS los cuásares son los objetos que se utilizan para formar el marco de referencia celeste, en el caso del ITRS se utilizan elementos sobre la superficie terrestre, que van desde simples hitos o vértices geodésicos cuya posición se ha determinado con precisión, hasta antenas de estaciones de referencia GNSS que constantemente realizan observaciones de los satélites GPS, Galileo, etc., para determinar su posición con altísima precisión.
Los Sistemas Globales de Posicionamiento por Satélite (GPS)
Como indica su nombre, estos sistemas de posicionamiento hacen uso de constelaciones de satélites artificiales. En la actualidad existen cuatro grandes sistemas: GPS (de EEUU), Galileo (de la UE), Beidou (de China) y Glonass (de Rusia). Para no herir sensibilidades, es habitual referirse al conjunto de estos sistemas como sistemas GNSS y no únicamente como sistemas GPS.
Aunque cada sistema tiene sus propios orígenes y características, en lo esencial son muy similares. Hasta tal punto lo son que la mayoría de los receptores GNSS comercializados hoy en día (incluso en teléfonos móviles, relojes deportivos, etc.) usan los cuatro sistemas de forma simultánea.
Para que los sistemas GNSS puedan proporcionar la posición de alguien situado en la superficie de la Tierra, es necesario que las posiciones de los satélites sean conocidas. Precisamente gracias a los sistemas de referencia terrestres, se puede dotar de coordenadas a los satélites GNSS para poder calcular otras posiciones a partir de ellos. Por tanto, los satélites GNSS son también un marco de referencia geodésico.
Conclusión
Como he intentado explicar (no sé con cuánto éxito), objetos astronómicos como los cuásares, situados a millones de años luz de la Tierra, tienen una relación importantísima con algo tan cotidiano como introducir una dirección en el navegador GPS del coche para que nos lleve a nuestro destino. Parece que, a pesar de toda la tecnología que hemos creado, de algún modo aún seguimos mirando al cielo para saber dónde estamos.