Re: FORO-CIENCIA

Lanzados tres astronautas hacia la estación espacial ISS


De izquierda a derecha, Don Pettit, Oleg Kononenko y André Kuipers. (Foto: ESA - S. Corvaja, 2011)


Con la precisión y puntualidad a las que nos tiene acostumbrados, a pesar de las condiciones climáticas, Rusia lanzó al espacio el 21 de diciembre a tres nuevos inquilinos de la estación espacial internacional. Un cohete Soyuz-FG envió hasta su órbita de transferencia provisional a la cápsula Soyuz TMA-03M, con el ruso Oleg Kononenko (comandante de la misión), el estadounidense Don Pettit (ingeniero de vuelo) y el representante europeo de la ESA André Kuipers (holandés e ingeniero de vuelo), a bordo.
El despegue ocurrió desde el cosmódromo de Baikonur, a las 13:16 UTC. Partiendo desde un paraje nevado, ascendieron a través de la atmósfera con total normalidad, alcanzando la órbita baja programada. Tras abrir los paneles solares de su nave y extender sus antenas, los tripulantes se dispusieron a llevar a cabo un viaje de dos días hacia la estación internacional. Está previsto que se acoplen a ella, junto al módulo Rassvet, el día 23. Dado lo señalado de las fechas, los tres astronautas serán recibidos por sus compañeros en la ISS con especial cordialidad, con los cuales celebrarán las festividades de Navidad. Dan Burbank, Anton Shkaplerov y Anatoly Ivanishin se encuentran en el complejo orbital desde mediados de noviembre, y ya se hallan bien aclimatados a su hogar espacial.
Los seis astronautas compartirán protagonismo en la llamada Expedición número 30, de la cual Burbank es el comandante. Durante los próximos meses, continuarán operando la estación, efectuando su mantenimiento y realizando experimentos. Además, recibirán la llegada de naves de carga, incluyendo la primera visita de la nave comercial Dragon, en febrero, y el transporte europeo ATV-3. También está prevista una salida extravehicular durante este período.
Pettit, Kononenko y Kuipers regresarán el próximo mes de mayo. Sus compañeros lo habrán hecho en marzo.
Kuipers protagonizará la misión PromISSe de la ESA, que es la primera misión europea de larga duración en la ISS desde el fin del programa del Trasbordador Espacial, el cual realizó su última misión el pasado mes de julio. Tras la decisión de prolongar la vida útil de la ISS hasta el año 2020 como mínimo, la misión de André inaugura una nueva década en la utilización del complejo orbital para traer los beneficios de la ciencia espacial, de la tecnología y de la educación de vuelta a la Tierra.
Esta será la segunda visita de André a la ISS, tras una estancia de 11 días en abril de 2004 como parte de la misión Delta, financiada por el gobierno holandés. En aquella ocasión, André también viajó a bordo de una nave Soyuz. “Siento como si volviese a casa, pero sabiendo que ha duplicado su tamaño durante mi ausencia”, bromea. En abril de 2004 la Estación Espacial sólo contaba con cuatro módulos principales (Zvezda, Zarya, Unity y Destiny) y con una tripulación permanente de dos personas.
El paso de la fase de construcción a la de utilización supone un fuerte impulso para la investigación científica a bordo de la Estación. Al reducirse la carga de trabajo de montaje y puesta a punto, se incrementará considerablemente el número de horas disponibles para la investigación. “Tenemos un horario bastante apretado, estaremos realizando experimentos científicos unas 40 horas a la semana”, explica el astronauta.
André Kuipers estudió medicina y durante los últimos diez años ha estado directamente involucrado en varios proyectos de investigación en microgravedad. “Los datos que tomaré sobre mi propio cuerpo pueden aportar información muy valiosa sobre los efectos de la microgravedad en el cuerpo humano. Estos resultados nos ayudarán a preparar las futuras misiones tripuladas a Marte”, escribe en su blog.
Durante los 148 días que permanecerá en órbita, André llevará a cabo más de 30 experimentos propuestos por la ESA en un amplio rango de disciplinas: medicina, biología, dinámica de fluidos, ciencias de los materiales, investigación del Sol y de la radiación y demostraciones tecnológicas. La mayor parte de estos experimentos se desarrollará en las instalaciones del laboratorio europeo Columbus, una plataforma de investigación de primera en el espacio. André celebrará el cuarto aniversario de este módulo durante su estancia en la ISS.
Técnicas para mitigar la pérdida de masa ósea, el estudio de las cefaleas en el espacio o la caracterización de los niveles de radiación en el interior de la Estación son algunos de los experimentos que contribuirán al avance de la exploración tripulada del espacio. André no sólo desarrollará experimentos europeos; entre sus tareas también se encuentran más de 20 experimentos propuestos por las agencias espaciales estadounidense y japonesa, para los que André tendrá que utilizar más de 30 instalaciones ubicadas en los distintos laboratorios de la Estación.
 Como ingeniero de vuelo de la ISS, André será el responsable de un gran número de actividades, desde el control de sistemas y la operación de cargas útiles a la recepción de los distintos vehículos que visitarán el complejo orbital. Kuipers será el responsable de las maniobras de aproximación y atraque del tercer Vehículo Automatizado de Transferencia (ATV-3) de la ESA, bautizado en honor a Edoardo Amaldi.
El ATV-3, hoy en día el mayor vehículo de reabastecimiento de la Estación, transportará suministros esenciales, elevará la órbita de la ISS de forma periódica y ayudará a controlar su orientación. Si fuese necesario, el ATV-3 sería capaz de llevar a cabo una maniobra de evasión para evitar que la ISS choque con fragmentos de basura espacial.
André también participará en las maniobras de atraque de los nuevos vehículos Dragon (SpaceX) y Cygnus (Orbital Sciences), que forman parte del programa de la NASA para el reabastecimiento de la ISS utilizando servicios comerciales.
André Kuipers no apartará la vista de la Tierra; durante su misión compartirá las fantásticas vistas desde la Cúpula de la Estación e invitará a jóvenes de todo el mundo a participar en un completo programa de actividades educativas. El espacio servirá de plataforma para que estudiantes de educación primaria y secundaria aprendan junto al astronauta sobre la biodiversidad, la vida y el cambio climático en nuestro planeta.
André realizará en el espacio varios experimentos científicos sobre la convección y la formación de espumas que serán retransmitidos a aulas de toda Europa. Kuipers también es un defensor de la salud y del bienestar, y animará a las nuevas generaciones a estar en forma y a llevar un estilo de vida saludable a través de la segunda edición de la iniciativa educativa internacional ‘Misión X: Entrena como un Astronauta’.
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Investigadores han diseñado un material con nuevas propiedades refrigerantes


Los investigadores Antoni Planes i Lluís Mañosa de la UB han liderado el estudio. (Foto: U. Barcelona)

La revista Nature Communications ha publicado un trabajo dirigido por investigadores de la Universidad de Barcelona en el que se describe un nuevo material que presenta el efecto barocalórico inverso a temperatura ambiente, es decir, se trata de un material que se enfría cuando se le aplica presión, al contrario de lo que sucede habitualmente en la mayoría de materiales. En este estudio también han participado investigadores de la Universidad Politécnica de Cataluña - BarcelonaTech (UPC), de la Universidad de Duisburg-Essen (Alemania) y de la Indian Association for the Cultivation of Science.
El efecto barocalórico hace referencia al cambio de temperatura que experimenta un cuerpo cuando se le aplica una presión hidrostática. La mayoría de los cuerpos se calientan al comprimirlos y se enfrían cuando se descomprimen. En contraposición a este efecto, hay algunos sólidos que se comportan de forma inversa: al comprimirlos, disminuyen de temperatura, y cuando se descomprimen se calientan. Lluís Mañosa, catedrático de la UB explica: «Este comportamiento, poco habitual, es lo que hemos bautizado como efecto barocalórico inverso. En nuestro trabajo hemos encontrado un material que presenta un cambio de temperatura bastante grande para presiones moderadas: disminuye más de 1 ºC cuando la presión aumenta 1 kbar».
En la investigación, el Grupo de Caracterización de Materiales de la Universidad Politécnica de Cataluña - BarcelonaTech (UPC) ha llevado a cabo la caracterización de los procesos, en función de la temperatura y de la presión, a los que se ha sometido el material sólido. Esta caracterización se ha realizado mediante un sistema que ha concebido y realizado el propio grupo.
El material desarrollado es un compuesto intermetálico de La, Fe, Si, Co (lantano, hierro, silicio y cobalto), del grupo de los denominados magnetocalóricos, que cambian de temperatura cuando se les aplica un campo magnético externo. Este grupo de materiales se considera que son los más prometedores, por sus características, como posibles materiales refrigerantes. Según Mañosa, «en el material estudiado, el cambio de temperatura para presiones moderadas es lo suficientemente grande como para que se pueda pensar en posibles aplicaciones de este efecto en refrigeración y que al mismo tiempo sean respetuosas con el medio ambiente. Además, el hecho de que responda a dos estímulos externos ―el estímulo magnético y la presión― permitiría diseñar dispositivos que utilicen los dos estímulos al mismo tiempo para obtener unas prestaciones superiores».
El efecto barocalórico inverso es debido al hecho de que el material, por debajo de una temperatura determinada, experimenta una transición de fase que comporta cambios estructurales y de las propiedades magnéticas, fruto de un acoplamiento magnetoestructural importante. Recientemente, también se ha propuesto la posibilidad de utilizar materiales como este, con cambios simultáneos de imantación y estructura, para dispositivos de recuperación de energía (energy harvesting). (Fuente: U. Barcelona)

El planeta gigante gaseoso que fue desterrado de nuestro sistema solar



Planeta gaseoso expulsado del sistema solar. (Imagen: Southwest Research Institute)


Hay muchos indicios de que las órbitas de los planetas gigantes se vieron afectadas por una inestabilidad dinámica cuando nuestro sistema solar tenía sólo 600 millones de años. Como resultado, los planetas gigantes y los astros más pequeños se distanciaron unos de otros.
Algunos cuerpos menores se trasladaron al Cinturón de Kuiper, y otros viajaron hacia la zona interior del sistema solar, produciendo impactos meteoríticos en los planetas pequeños y rocosos como la Tierra, y también en la Luna. Los planetas gigantes gaseosos (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) también se trasladaron. Júpiter, por ejemplo, dispersó hacia el exterior a la mayoría de los cuerpos menores bajo su influencia, y se desplazó hacia el interior.
Este escenario presenta un problema, sin embargo. Los cambios lentos en la órbita de Júpiter, como los que cabe esperar de la interacción con los cuerpos menores, podrían haber transmitido demasiado momento a las órbitas de los planetas terrestres, alterando el sistema solar interior y, posiblemente, haciendo que la Tierra colisionase con Marte o con Venus.
Un proceso propuesto hace tiempo en una teoría habría evitado este caos en la zona más interna del sistema solar. Sin embargo, en una simulación informática reciente mediante un modelo digital muy detallado, el equipo de David Nesvorny del Instituto de Investigación del Sudoeste, en Estados Unidos, ha comprobado que ese proceso no pudo ocurrir en el escenario conocido, ya que una de sus consecuencias habría sido la expulsión de Urano o de Neptuno de nuestro sistema solar.
Sin embargo, al cambiar el escenario agregando un quinto planeta gigante gaseoso, todo encaja a la perfección: la zona más interna del sistema solar mantiene sus planetas, Urano y Neptuno también se quedan, y el quinto planeta gigante gaseoso es expulsado del sistema solar.
Así pues, ¿existe en la Vía Láctea un gran planeta sin estrella, siguiendo en solitario, a modo de Holandés Errante, una órbita alrededor del centro de la galaxia por haber sido desterrado de nuestro sistema solar?
La posibilidad de que nuestro sistema solar tuviera más de cuatro planetas gigantes al principio, y luego expulsase a alguno, parece concebible en vista de los recientes descubrimientos de numerosos planetas sin estrella que circulan por el espacio interestelar, tal como argumenta Nesvorny. El proceso de expulsión de planetas podría ser un suceso común.

La NASA difunde las fotos más cercanas del asteroide Vesta

La sonda espacial Dawn entró en la órbita de la gigantesca roca espacial en marzo y desde entonces le ha sacado más de 10.000 imágenes. El video muestra alguna de las más cercanas, a 209 kilómetros de la superficie del asteroide. (Fuente: Euronews)

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Matemáticos españoles resuelven el problema de describir cómo rompe una ola



Olas rompiendo en una playa. (Imagen: Heliosphere)


Predecir cuándo se formará un tornado, cuándo romperá una ola o simplemente hacia dónde se moverá una gota sobre un plano son problemas tan difíciles como útiles. Si se resolvieran habría modelos de clima mucho más precisos y coches o aviones que consumirían mucho menos combustible, por ejemplo. El reto común a todos ellos es averiguar cómo se mueve un fluido, una pregunta a la que los matemáticos llevan enfrentándose desde el siglo XVII y que forma parte de los problemas llamados del milenio, cuya resolución se premia con un millón de dólares.
Un equipo integrado por cuatro matemáticos españoles y un estadounidense –que obtuvo en 1978 la medalla Fields– ha resuelto ahora un aspecto del problema. Su solución describe matemáticamente cómo se produce la ruptura de una ola.
“Nuestro resultado no resuelve el Problema del Milenio, pero las nuevas ideas que hemos desarrollado sí abren vías para acercarse a él”, señala Diego Córdoba, investigador del Instituto de Ciencias Matemáticas (ICMAT-CSIC) que recientemente ha obtenido el Premio Miguel Catalán para científicos menores de 40 años y uno de los autores.
Curiosamente, el problema resuelto parece en principio más difícil que el seleccionado por el Instituto Clay estadounidense a principios de este siglo para ser uno de los siete Problemas del Milenio. Pero las apariencias engañan.
Lo que el trabajo ahora publicado demuestra es que en las ecuaciones que hoy en día se usan para describir el movimiento de los fluidos puede formarse lo que los matemáticos llaman una singularidad.  Las singularidades son lo que ocurre cuando rompe una ola, cuando se forma un tornado o cuando un fluido se vuelve turbulento. Sobre el papel, el fenómeno se traduce en que una de las variables que describen ese fluido, como su velocidad, su presión o su densidad –entre otras–, cambia de forma explosiva y alcanza un valor infinito.
¿Por qué es necesario demostrar que las singularidades existen en las ecuaciones? Existen en el mundo real, y por tanto las ecuaciones que lo describen deben contemplarlas. Y esta es la primera vez  que se logra demostrar que efectivamente lo hacen, a pesar de que son ecuaciones ya muy antiguas. De ahí la relevancia del resultado obtenido por este grupo.
En 1755 Leonhard Euler –apodado 'Príncipe de las matemáticas'– escribió por primera vez las ecuaciones diferenciales que rigen el movimiento de un fluido llamado ideal, sin fricción en sus moléculas; casi un siglo más tarde Claude-Louis Navier y Gabriel Stokes introdujeron la fricción, la viscosidad, y llegaron a las ecuaciones de Navier-Stokes. Hoy estas ecuaciones son esenciales en los modelos de simulación de clima y en los que describen cómo fluye el aire en torno a las alas de un avión –entre otros muchos ejemplos-. Pero que las ecuaciones se usen no significa que se comprendan bien matemáticamente.
Los modelos se alimentan de soluciones siempre aproximadas, obtenidas gracias a la gran capacidad de cálculo de las computadoras. En realidad, las ecuaciones de Navier Stokes aún no se saben resolver de forma que informen con total certeza de cómo se comportará un fluido de ciertas características, y en determinadas condiciones, en un tiempo dado.
Con ese objetivo en el horizonte los matemáticos investigan las ecuaciones preguntándose, por ejemplo, si admiten o no singularidades.  “Son ecuaciones tan complejas que hasta el día de hoy era desconocida la existencia de singularidades. Es más, todavía no se han desarrollado  las herramientas matemáticas necesarias para capturar una visión global del fenómeno”, explica Córdoba.
El problema planteado por el Instituto Clay pregunta si las soluciones para un fluido que en determinadas condiciones empieza a moverse de forma suave y laminar siempre implicarán, a medida que avance el tiempo, un flujo suave y laminar. Es decir, si el movimiento seguirá siendo regular, sin cambios bruscos –sin singularidades-.
La respuesta que da el trabajo ahora publicado es que no seguirá siendo regular, es decir, sí hay singularidades. Pero no vale para ganar el millón de dólares, porque el problema del milenio pone ciertas condiciones. Una es que debe considerarse la viscosidad, algo que no hace el grupo de Córdoba.
Y la otra diferencia son las condiciones de contorno: el fluido del problema del milenio carece de frontera, no está en contacto con ninguna otra sustancia -una condición que no se da en la realidad  cotidiana-. El fluido con el que han trabajado los autores del trabajo que ahora se publica, en cambio, sí tiene un contorno, una frontera con otra sustancia –el agua con el aire de la atmósfera, por ejemplo-. En ese sentido, el problema ahora resuelto podría considerarse en principio más difícil que el planteado por el Instituto Clay.
“Sí, en principio nuestro problema es más difícil”, dice Córdoba, “pero nos dimos cuenta de cómo podría ser la singularidad en la frontera; la singularidad que encontramos está precisamente en la interfase entre el fluido y el vacío”.
La singularidad que han encontrado es una singularidad de tipo splash: una singularidad en que la interfase se toca a sí misma en un punto en tiempo finito, o dicho de otra forma, “el fenómeno que uno observa en la  playa al ver las olas romper, en el cual la ola gira sobre sí misma y se toca”, explica Córdoba.
Así, el grupo no gana el millón de dólares pero logra un avance importante en la comprensión de las ecuaciones de Navier-Stokes y de Euler, un problema en el que la comunidad matemática lleva siglos trabajando y con múltiples aplicaciones en la vida cotidiana. (Fuente: I-MATH)

Un "polígono industrial" de la Grecia Clásica


La excavación. (Foto: Martin Bentz/Uni Bonn)


Se ha descubierto una zona de talleres muy grande de tiempos de la Grecia Clásica, durante unas excavaciones arqueológicas en Sicilia.
El hallazgo es fruto de la labor realizada por el equipo de Martin Bentz, Gabriel Zuchtriegel y Jon Albers, de la Universidad de Bonn, Alemania. Los arqueólogos comenzaron a desenterrar uno de los barrios de artesanos griegos más grandes de la antigüedad en la ciudad colonial griega de Selinunte (del siglo VII al III a.C.) en la isla de Sicilia durante una campaña de excavación en Septiembre de 2010 y la labor ha progresado durante la campaña de Otoño de 2011. El proyecto se lleva a cabo en colaboración con las autoridades italianas y el Instituto Arqueológico Alemán. Su objetivo es el estudio de un área de la vida cotidiana en una ciudad típica de la antigüedad, un tipo de arqueología al cual no se le ha prestado mucha atención hasta ahora.
En qué medida los antiguos griegos ya tenían algo así como "polígonos industriales" ha sido hasta ahora un tema de discusión entre los eruditos. La concentración de cierta clase de talleres y artesanos en un distrito determinado no sólo implica una planificación con la suficiente antelación, sino que también demuestra la existencia de criterios claros sobre cómo una ciudad debe estar organizada urbanísticamente, tanto desde el punto de vista práctico, como desde el social y el político.
Los talleres concentrados en ese barrio de Selinunte se dedicaban mayormente a la fabricación de cerámica. Y estaban congregados en las afueras de la población, junto a las murallas de la ciudad. En consecuencia, el humo, los malos olores y el ruido no molestaban mucho a los demás habitantes. Al mismo tiempo, esto permitía que bastantes artesanos usaran juntos los hornos y las instalaciones de almacenamiento. Lo descubierto en las excavaciones demuestra que los alfareros se unían en cooperativas que les permitían compartir el uso de hornos gigantes con un diámetro de hasta 7 metros.
El barrio de los artesanos en Selinunte probablemente se extendía por más de 600 metros a lo largo de las murallas de la ciudad y, por tanto, es uno de los mayores de su tipo que se conocen hoy en día.

Obtienen fotones creados a partir del propio vacío


Esquema del experimento. (Foto        hilip Krantz, Chalmers)


Se ha conseguido obtener fotones creados a partir del vacío, mostrando así, y de manera observable, un efecto que fue predicho por vez primera hace más de 40 años. En este novedoso experimento, han sido capturados algunos de los fotones que constantemente aparecen y desaparecen en el vacío, debido a uno de los fenómenos más fantasmales de la mecánica cuántica.
Aunque parece contrario a lo racional, ni siquiera el vacío absoluto equivale al concepto de la nada. De hecho, el vacío está repleto de diversas partículas que continuamente aparecen o dejan de existir. Estas partículas aparecen, existen durante un breve instante y luego vuelven a desaparecer. Como su existencia es tan fugaz, generalmente se las llama partículas virtuales.
Christopher Wilson, de la Universidad Chalmers de Tecnología en Suecia, y sus colaboradores, han logrado hacer que algunos fotones salgan de su estado virtual y se conviertan en fotones reales, o sea, detectables. El físico G. T. Moore predijo en 1970 que esto debe producirse cuando los fotones virtuales rebotan en un espejo que se mueve a una velocidad cercana a la de la luz. El fenómeno, conocido como efecto Casimir dinámico, ha sido observado ahora por primera vez en el experimento llevado a cabo por los científicos de la citada universidad.
Como no es posible hacer que un espejo se mueva lo bastante rápido, el equipo de Per Delsing desarrolló otro método para lograr el mismo efecto. En vez de variar la distancia física a un espejo, los investigadores variaron la distancia eléctrica a un cortocircuito eléctrico que actúa como espejo para microondas.
El "espejo" consiste en un dispositivo superconductor de interferencia cuántica, que es extremadamente sensible a los campos magnéticos. Al cambiar la dirección del campo magnético varios miles de millones de veces por segundo, los científicos han podido hacer que el "espejo" vibre a una velocidad de hasta un 25 por ciento de la velocidad de la luz.
El resultado fue que del vacío surgieron fotones en parejas.
La razón por la cual los fotones aparecen en el experimento es que no tienen masa. Por tanto, se requiere de relativamente poca energía para sacarlos de su estado virtual. En principio, también sería posible crear otras partículas a partir del vacío, como electrones o protones, pero ello requeriría de mucha más energía.
El valor principal del experimento es que aumenta de manera notable el conocimiento científico sobre conceptos físicos básicos, tales como el de las fluctuaciones del vacío, es decir la constante aparición y desaparición de partículas virtuales en el vacío. Se cree que las fluctuaciones del vacío pueden estar asociadas a la Energía Oscura, que es como se denomina a la fuerza misteriosa que impulsa la expansión acelerada del universo.