Sep 17, 2025 | Educación y Formación
Artículo escrito por Matthew Davies, PhD
Desde una casa de verano a las afueras de Berlín, hasta el establecimiento de centros educativos en todo el mundo: los profesores Hans Haubold y Arak Mathai han supervisado el notable desarrollo de la ciencia espacial durante el último medio siglo. Su investigación temprana sobre el curioso problema de los neutrinos solares en los años setenta generó varios libros y un gran volumen de literatura académica que explora el funcionamiento interno de nuestro Sol.
Los desarrollos en las matemáticas del cálculo fraccionario y las funciones especiales ayudaron a facilitar extensos estudios del espacio y nuestro sistema solar. En los últimos 30 años, bajo el paraguas de las Naciones Unidas, la ciencia espacial ha crecido, con 7 nuevos centros establecidos en todo el mundo y más de 20 talleres dedicados organizados. Una nueva generación está siendo entrenada para hacer frente a los misterios y desafíos que nos presenta el espacio exterior.
La casa de verano de Einstein y el comienzo de la ciencia espacial de la ONU
En 1979, el físico teórico Hans-Jürgen Treder adquirió una casa de verano a las afueras de Berlín, que anteriormente pertenecía a un cierto Albert Einstein. Logró asegurarlo especialmente para una celebración de lo que habría sido el th100o cumpleaños de Einstein. En su honor, Treder fundó el Laboratorio de Física Teórica Albert Einstein con sede en la antigua casa de verano. Bajo la dirección de Treder, este centro abordaría una variedad de temas en astrofísica y ciencia solar hasta 1992, cuando fue absorbido por el nuevo Instituto Albert Einstein en Potsdam. A lo largo de su vida como centro de investigación, la pequeña casa de verano fue una fuente de investigación de alta calidad. Pero, quizás lo más importante, sus actividades sembraron las semillas para un legado aún mayor y más extendido.
Desde 1974, los profesores Hans Haubold y Arak Mathai han sido figuras centrales en el establecimiento de un programa global de investigación, enseñanza y educación en ciencias espaciales, y rastrean las raíces de su participación en Treder y su laboratorio. El trabajo realizado durante un período de 50 años ha culminado en la organización de más de 20 talleres y el establecimiento de 7 centros diferentes en todo el mundo dedicados al desarrollo de la ciencia espacial. En un artículo reciente, los dos físicos relataron la notable historia de cómo la comunidad moderna de investigación de la ciencia espacial, supervisada por la ONU, se desarrolló a partir de la humilde casa de verano de Einstein.
Algo está mal con el sol
En 1974, Treder sugirió que Haubold y Mathai investigan un problema particularmente desconcertante en la ciencia solar que se había resistido obstinadamente a ser resuelto durante varios años. A finales de los años sesenta, en lo profundo de una vieja mina de oro en Dakota del Sur, se llevó a cabo un experimento para medir el número de neutrinos producidos por la fusión nuclear en el Sol. Las reacciones de fusión son las que mantienen nuestra estrella en llamas. En estas reacciones, los isótopos de hidrógeno, el elemento más abundante en el universo, se fusionan en helio, liberando energía que impide que el Sol se derrumbe debido a su propia gravedad. Como subproducto, este proceso produce una partícula llamada neutrino electrónico. Esta partícula es fantasmal y casi indetectable, ya que tiene una masa muy baja y rara vez interactúa con tipos de materia más comunes. Sería expectable ver un número inimaginablemente grande de neutrinos del Sol pasar a través de la Tierra, pero cuando se analizaron los resultados del experimento, había algo muy extraño en ellos. Parecía como si el Sol estuviera produciendo muy pocas de estas partículas. De hecho, parecía que casi exactamente un tercio de los neutrinos esperados se detectaron.
Tras su descubrimiento, este problema del “neutrino solar” persistió durante más de 25 años. Haubold y Mathai se interesaron y pasaron varios años realizando investigaciones detalladas para desarrollar nuestra comprensión de la estructura interna del Sol y las reacciones nucleares que tienen lugar dentro de su núcleo. Se inspiraron en el histórico Einstein y los acontecimientos que llevaron al desarrollo de la mecánica cuántica a principios del thsiglo XX. A medida que los físicos luchaban con nuevos y extraños resultados del mundo cuántico, se sugirió que no se lograría un progreso significativo sin el desarrollo de nuevas técnicas matemáticas. En los años siguientes, la mecánica de la matriz se convirtió en el marco fundamental que ahora se utiliza universalmente en el estudio del mundo cuántico. Usando ese episodio en la historia como ejemplo, Haubold y Mathai comenzaron a desarrollar las matemáticas del cálculo fraccionario. En el cálculo regular, solo se puede diferenciar una función un número integral de veces: la primera derivada, segunda derivada, etc. El cálculo fraccionario, sin embargo, postula la existencia de derivados “entre” los integrales. Haubold y Mathai encontraron que el cálculo fraccionario proporcionaba un marco valioso para comprender los procesos de difusión que se producían dentro del núcleo del Sol. Con la guía de Treder, los dos escribieron una serie de libros que compilan los resultados y métodos clave del cálculo fraccionario, y su aplicación a la astrofísica. Proporcionan una guía indispensable para los investigadores en ciernes en el campo de la astrofísica nuclear y de los neutrinos.
De la investigación a la formación de una nueva generación de científicos espaciales
El problema de los neutrinos solares no se resolvería hasta 2002, utilizando un mecanismo propuesto por el físico italiano Bruno Pontecorvo. Él planteaba la hipótesis de que era posible que los neutrinos de electrones se transformaran en otros dos tipos de neutrinos: los neutrinos mu y tau. Esta idea de la oscilación de los neutrinos predijo que, a medida que viajaban, los neutrinos de electrones producidos en el Sol se transformarían en los otros dos tipos. Esto significaba que en el momento en que estas partículas llegaron a la Tierra ya no eran únicamente neutrinos de electrones, sino una mezcla igual de los tres tipos diferentes. Los libros de Haubold y Mathai relatan este viaje histórico, mientras que exploran las matemáticas necesarias para comprender la estructura solar y las reacciones nucleares.
Después de su propia investigación en ciencia solar, tanto Haubold como Mathai se involucraron cada vez más en la enseñanza general y la educación del campo en crecimiento. Uno de sus proyectos más largos ha sido el desarrollo del Centro de Ciencias Matemáticas en Kerala, India, en un instituto avanzado y respetado para las matemáticas y la ciencia espacial. A partir de 1982, Haubold y Mathai comenzaron discusiones sobre cómo la investigación, la enseñanza y la educación deben llevarse a cabo en una institución tan dedicada. En 1985, Mathai se convirtió en el Director del instituto, un cargo que todavía ocupa hoy. A lo largo de su mandato, ha enseñado un programa educativo detallado sobre aspectos importantes de la ciencia espacial, con énfasis en algunos de sus propios campos de experiencia en cálculo fraccionario, astrofísica y funciones matemáticas especiales.
La Ciencia Espacial Se Hace Global
En 1988, Haubold se trasladó a Nueva York para aceptar una posición con la División de Asuntos del Espacio Ultraterrestre de la ONU. Se trataba de una operación mundial y Haubold participó en la creación de centros regionales de ciencia espacial en todo el mundo. Se establecieron siete centros en China, India, Marruecos, Nigeria, Brasil, México y Jordania. Una de las tareas más importantes fue determinar un plan de estudios adecuado para los estudiantes de estos centros. Juntos, aprovechando sus experiencias pasadas, Haubold y Mathai ayudaron a escribir tres nuevos libros de texto. Estos podrían usarse para ayudar a enseñar algunas de las habilidades básicas necesarias para los estudios en ciencias espaciales, incluidos los fundamentos del Álgebra Lineal, la Probabilidad y la Estadística. Estos se pusieron a disposición de los nuevos centros regionales para utilizarlos en sus programas educativos.
Además de la educación de los futuros científicos espaciales, la división de las Naciones Unidas también se encargó de determinar la dirección de la investigación. Se organizaron cuatro talleres iniciales, uno en cada rincón de la Tierra, para reunir a expertos en la materia e identificar temas de investigación que deberían ser perseguidos por los diferentes centros regionales. Desde los talleres iniciales, más de 20 se han organizado bajo el paraguas de la ONU y han reunido a científicos espaciales de todo el mundo. Uno de los principales debates consistió en decidir qué esferas de la ciencia espacial eran las más apremiantes para el desarrollo mundial. El clima espacial se consideró parte integral de esto, y posteriormente se organizaron varios talleres internacionales más dedicados a ese campo específico.
El espacio exterior y nuestro futuro
Durante 50 años, Haubold y Mathai han estado en el centro de los desarrollos en la investigación, la enseñanza y la educación de la ciencia espacial. Tras sus contribuciones clave en el campo de la astrofísica solar, específicamente el estudio de los neutrinos y las reacciones nucleares en nuestro Sol, se han dedicado al establecimiento de nuevos centros de aprendizaje. Han visto la resolución del problema de los neutrinos solares que originalmente captó su atención, y han ayudado a establecer planes de estudio fundamentales para los institutos de matemáticas y ciencias espaciales de todo el mundo. Estos permitirán a una nueva generación de científicos espaciales crecer y eventualmente asumir desafíos en una variedad de subcampos, incluyendo el clima espacial, el clima, la astrofísica teórica y muchos más. En los próximos años, Haubold y Mathai también esperan la construcción de un Centro de Descubrimiento Albert Einstein en su ciudad natal de Ulm. Tal centro serviría para honrar al gran físico, educar al público sobre sus logros únicos y regresar a su casa de verano, lo que facilitó el crecimiento de una comunidad internacional de científicos espaciales.