May 6th, 2012

Desde que se formó la Tierra, hasta hoy, ha transcurrido una cantidad de tiempo inmensa, 4 500 millones de años. La historia geológica y biológica de nuestro mundo no se limita a un enfriamiento de las rocas y a la paulatina evolución de las formas de vida.

En un video de algo más de hora y media, National Geographic hace un recorrido por la historia de la Tierra, desde la formación en el proceso de acreción del Sistema Solar, hasta la conquista del mundo por el hombre. Conocemos a Teia, el planeta que chocó contra el nuestro y dio origen a la Luna. Las eras geológicas se suceden mientras las formas de vida se adaptan a los cambios evolucionando. La explosión del Cámbrico y las extinciones del Pérmico y del Cretácico. La formación de las islas, de los continentes, la tectónica, las glaciaciones… todo contando con un lenguaje muy accesible y con unos gráficos que producen escalofríos.

Publicado en Geología | Comments Off on La formación de la Tierra (video)
May 6th, 2012

Traducido del original de Erika Engelhaupt

Gracias a las primeras simulaciones de sonidos extraterrestres, ahora resulta un poco más fácil imaginarse una visita a otro planeta. Las sondas espaciales han capturado los sonidos reales de otros mundos, pero un equipo liderado por Tim Leighton de la Universidad de Southampton, en Inglaterra, ha simulado los sonidos calculando cómo viajaría una onda sonora a través de varias atmósferas planetarias. Por ejemplo, las cuerdas vocales vibrarían más despacio en la densa atmósfera de Venus, pero las ondas sonoras viajarían más deprisa, haciendo que el hablante pareciera más pequeño. El efecto conjunto: algo así como un pitufo sonando grave, dice Leighton.

En este enlace podemos escuchar los sonidos, en la Tierra, en Venus y en Titán.

Referencia

ScienceNews, jueves 3 de mayo de 2012
Introducing: Sounds of Distant Worlds

Publicado en Astrobiología | Comments Off on Presentamos: sonidos de mundos lejanos
December 26th, 2011

laserEl eje de rotación de la Tierra no es fijo. Sufre variaciones más o menos importantes, muy complicadas de medir. Si bien el astrónomo puede estar familiarizado con el concepto de precesión, existen otras variaciones, como el bamboleo anual y el bamboleo de Chandler. Hasta ahora sólo habían podido medirse mediante complejas redes intercontinentales de radiotelescopios pero, por fin, ha sido posible la observación de estos bamboleos dentro de un laboratorio.

 

Traducido y adaptado de Physorg (22 de diciembre de 2011) y otras fuentes.

 

Un grupo con investigadores de la Universidad Técnica de Munich (TUM), Alemania, han sido los primeros en trazar los cambios del eje de rotación midiéndolo en un laboratorio. Para llevarlo a cabo construyeron el anillo láser más estable del mundo. Hasta ahora, los científicos sólo podían medir las variaciones del eje de la Tierra rastreando objetos fijos en el espacio. Capturar estas variaciones es crucial para los sistemas de navegación.

La Tierra se tambalea

Como una peonza cuando la tocan en mitad del giro, el eje de rotación fluctúa en el espacio. Esto se debe, en parte, a la gravedad de la Luna y del Sol. Al mismo tiempo, el eje de la Tierra cambia constantemente en relación con la superficie de la Tierra. Por un lado está debido a las variaciones en la presión atmosférica, y a la carga de los océanos y del viento. Estos elementos se combinan para producir un movimiento del polo que se conoce como efecto de bamboleo de Chandler, por el científico que lo descubrió, y que tiene un periodo de unos 435 días. Por otro lado, un fenómeno conocido como bamboleo anuo provoca que el eje de rotación se mueva en un periodo de un año, debido a la forma elíptica de la órbita de la Tierra en torno al Sol. Estos dos efectos provocan una migración irregular del eje de la Tierra, con un radio de hasta seis metros.

La observación del bamboleo de la Tierra

La captura de estos movimientos resulta crucial para la creación de un  sistema de coordenadas efectivo que se pueda emplear para los sistemas de navegación o para proyectar trayectorias en viajes espaciales. “La localización de un punto con precisión centimétrica es un proceso extremadamente dinámico para el posicionamiento global, después de todo, en nuestra latitud, nos estamos moviendo hacia el este a unos 350 metros por segundo,” explica el profesor Karl Ulrich Schreiber, que dirigió el proyecto en la Sección de Investigación de Geodesia por Satélite de la Universidad Técnica de Munich. La orientación relativa del eje de la Tierra con respecto al espacio y su velocidad de rotación se miden actualmente en un complicado proceso que involucra a 30 radiotelescopios en todo el globo (Interferometría de Base Muy Ancha, VLBI). Cada lunes y cada jueves, de ocho a doce radiotelescopios miden, alternativamente, la dirección entre la Tierra y unos cuásares específicos. Los científicos presumen que estos núcleos galácticos no cambian su posición y que, por lo tanto, se pueden emplear como referencia. El Observatorio Geodésico de Wettzell también se integra en este sistema. Este observatorio es operado por la TUM y por la Agencia Federal Alemana de Cartografía (BKG).

A mediados de los 90, científicos de la TUM y del BKG unieron sus fuerzas con investigadores de la Universidad de Canterbury en Nueva Zelanda, para desarrollar un método más simple que fuera capaz de seguir continuamente el bamboleo de Chandler. “También queríamos desarrollar una alternativa que nos permitiera eliminar los errores sistemáticos”, continúa Schreiber. “Después de todo, había siempre una posibilidad de que los puntos de referencia del espacio no fueran totalmente estacionarios.” Los científicos tenían la idea de construir un anillo láser similar a los que emplean en los sistemas de guiado de los aviones, aunque millones de veces más preciso. “En ese momento casi nos daba la risa,” reconoce Schreiber.

El giróscopo de anillo láser

El giróscopo de anillo láser utiliza la luz para medir la rotación angular. Cada giróscopo tiene una forma triangular y en él se encuentra un láser de helio-neón que produce dos haces de láser, cada uno viajando en sentidos opuestos, uno a favor de la rotación, y el otro en contra. La producción de los haces de luz ocurre en la región de descarga del gas, mediante la ionización de de una mezcla de gas de helio y de neón a baja presión con alto voltaje, que produce una descarga brillante. Esa luz de láser es reflejada alrededor del triángulo por espejos situados en las esquinas para producir haces de luz que vayan a favor y en contra de la rotación.

anillo laser de wetzel
Ajustes en el anillo láser de Wetzell.
Fuente: © Geodätische Observatorium Wettzell

La longitud del camino es revisada y ajustada cuidadosamente de manera que sea un múltiplo de la longitud de onda del láser. Cuando el giróscopo láser está en reposo, las frecuencias de los dos haces que viajan en sentidos opuestos coinciden. Cuando el giróscopo rota en torno a un eje perpendicular al plano de la luz láser, se crea una diferencia de frecuencias entre los dos haces, porque la velocidad de la luz es constante. Un haz de láser tendrá que recorrer una distancia mayor que el otro. Una pequeña cantidad de la luz de los haces de láser pasa a través de uno de los espejos (menos del 0,2%). Los haces se combinan por frecuencias ópticas para producir un patrón de interferencia. Este fenómeno se conoce como efecto Sagnac , por lo que este sistema recibe el nombre de interferómentro de Sagnac (Malacara 2004, pp. 234 ss.).

El anillo láser de Wetzell

Los trabajos para la construcción del anillo láser más estable del mundo comenzaron a finales de los 90 en el observatorio Wetzell. El sistema consiste en una instalación rotatoria que incorpora dos haces de láser que se lanzan en sentidos opuestos y que viajan alrededor de un camino cuadrado con espejos en las esquinas, con lo que el haz forman un camino cerrado (de ahí el nombre de anillo láser). Cuando el sistema rota, la luz que va favor de la rotación tiene que recorrer más camino que la que va en contra de la rotación. Dado que la velocidad de la luz es constante, los haces ajustan sus longitudes de onda, provocando que la frecuencia óptica cambie. Los científicos pueden usar esta diferencia para calcular la velocidad de rotación que el instrumento experimenta. En Wetzell es la Tierra la que gira, no el anillo láser. Para asegurarse de que la única influencia de los haces de láser es la rotación terrestre, la instalación, que mide cuatro metros por cuatro metros, se ancla a un pilar de cemento, que se prolonga seis metros en el interior de la roca sólida, en la corteza terrestre.

La rotación terrestre afecta a la luz de modos diversos, dependiendo de la localización del láser. “Si estuviéramos en uno de los polos, los ejes de la Tierra y del láser giratorio se encontrarían en completa sincronía y su relación de velocidades daría un resultado de 1:1,” detalla Schreiber (por ese motivo los datos no servirían para apreciar los cambios del eje). “En el ecuador, sin embargo, el haz de luz no percibiría nunca que la Tierra está girando,” (aquí el eje del anillo láser es perpendicular al eje de rotación terrestre. En esto el sistema tiene similitudes con la interferometría de muy larga base de VLBI). Por lo tanto, los científicos deben tener en cuenta que el láser de Wetzell se encuentra a una latitud de 49 grados. Cualquier cambio en el eje de rotación de la Tierra se refleja en el indicador de velocidad rotacional. Así, el comportamiento de la luz revela el cambio en el eje de la Tierra.

La construcción e instalación del anillo láser

 

construccion de un anillo laser
Montaje similar al del artículo. La imagen del láser
y esta proceden de la Universidad de Pisa.

“El principio es simple”, añade Schreiber. “El mayor reto fue asegurarse de que el láser permanecía lo bastante estable como para poder medir la débil señal geofísica sin interferencias de ningún tipo, especialmente a lo largo de un período de varios meses.” En otras palabras, los científicos tenían que eliminar cualquier cambio en la frecuencia que no procediera de la rotación de la Tierra. Entre ellos se encuentran los factores ambientales debidos a los cambios de presión atmosférica y temperatura. Para conseguirlo, confían principalmente en una placa base de cristal cerámico y en una cámara presurizada. Los investigadores montaron el anillo láser sobre una placa base de nueve toneladas de Zerodur, material que también se empleó para los soportes de los haces de láser (y que se utiliza para construir los espejos de algunos de los mayores telescopios del mundo). Escogieron el Zerodur por su extremada resistencia a los cambios de temperatura. La instalación se alberga en una cabina presurizada que registra los cambios en la presión atmosférica y la temperatura (12 grados) y los compensa automáticamente. Los científicos enclavaron el laboratorio a a cinco metros de profundidad para mantener al mínimo cualquier tipo de de influencias ambientales. Está aislado por arriba con capas de Styrodur y arcilla, y cubierto por un túmulo de tierra de cuatro metros de alto. Los científicos tienen que atravesar un túnel de veinte metros con cinco puertas de almacenaje de frío y un cierre, antes de llegar al láser.

Bajo estas condiciones, los investigadores han alcanzado el éxito, al corroborar las medidas del bamboleo de Chandler y del bamboleo anual con los datos tomados por los radiotelescopios. Ahora quieren que el aparato alcance una mayor precisión, permitiéndoles la determinación de los cambios que experimente el eje de rotación en un sólo día. Los científicos también planean hacer que el anillo láser sea capaz de operar de forma continuada de modo que pueda funcionar por un período de años sin ningún tipo de desviaciones. “En palabras simples”, concluye Schreiber, “en el futuro, queremos ser capaces de bajar a la base y averiguar a qué velocidad está girando exactamente la Tierra en este preciso instante.”

Fuentes consultadas

First ever direct measurement of the Earth’s rotation
Physorg

Pinpointing the orientation of the Earth’s axis using the world’s most stable ring laser
Universidad Técnica de Munich

Development of a Ring Laser Gyro: Active Stabillization and Sensitivity Anallysis
Marco Pizzocaro (Universidad de Pisa)

Ring Laser Gyro
Kostas Makris

Using Ring Laser Systems to Measure Gravitomagnetic Effect on Earth
Matteo Luca Ruggiero (Politénico de Turín)

El efecto Sagnac y sus consecuencias
Manuel Torregrosa, Relatividad.org

Óptica Básica
Daniel Malacara. 2ª edición, Fondo de Cultura Económica, México 2004

Consulta recomendada:

How to Detect the Chandler and the Annual Wobble of the Earth with a Large Ring Laser Gyroscope
K. U. Schreiber et al. (Physical Review)


Publicado en Astronomía, Astronomía de posición | Comments Off on Primeras mediciones directas del eje de la Tierra
November 24th, 2008

Dentro del ciclo de maratones científicos, el Museo Nacional de Ciencia y Tecnología organiza uno dedicado a la Tierra y las Ciencias del Espacio. La cita tiene lugar el 27 de noviembre a las 16:00 h en la sede en Madrid del Museo, en el Paseo de las Delicias, 61.

Tríptico del Museo sobre el maratón .

Teléfono de información: 91 530 31 21

Estas serán las conferencias que se impartirán este próximo jueves.

La evolución del universo: desde el Big Bang a la formación de planetas y de la vida

D. Juan Pérez Mercader. Centro de Astrobiología.
CSIC – INTA

Se expondrán temas relativos a la estructura y propiedades físicas, así como sobre el origen y la evolución temprana de la vida. Se analizará el origen de los sistemas planetarios, incluyendo la formación de planetas, satélites y sus  atmósferas. También se hablará sobre las condiciones que han de cumplirse para que un cuerpo planetario sea habitable.

La formación de estrellas

D. David Barrado y Navascués. Laboratorio de Astrofísica Estelar y Exoplanetas.

Los escenarios propuestos para el nacimiento de estrellas incluyen el colapso y fragmentación de una nube formada por polvo y por gases. La Vía Láctea contiene inmensas nubes de estructuras muy complejas que normalmente se encuentran en equilibrio, pero alguna influencia externa puede alterarlo y provocar que las fuerzas gravitatorias venzan a la presión. Es el inicio de una nueva generación de estrellas.

La formación de moléculas en el espacio

D. José Cernicharo. Laboratorio de Astrofísica Molecular

La química del medio interestelar es muy diferente de la química en la Tierra. Es llamativa la presencia de un gran número de moléculas prebióticas, las más abundantes juegan un papel fundamental en la formación de nuevas estrellas.
Los científicos estudian cómo se puede pasar de moléculas simples de 2 y 3 átomos a otras con más de 200.

Formación de sistemas planetarios

D. Álvaro Giménez Cañete. Director del Centro de Astrobiología, CSIC-INTA

Los astrónomos trabajan en la elaboración de modelos que expliquen la existencia de nuestro Sistema Solar. Tras exponer los principios básicos e estos modelos se plantean las dificultades encontradas al tratar de explicar los sistemas planetarios descubiertos en los últimos años. El objetivo actual es saber si la formación de un
planeta gemelo al nuestro es posible.

Página de Maratones Científicos del Museo Nacional de Ciencia y Tecnología

Publicado en Comunicación de la ciencia | Comments Off on Orígenes: Universo Tierra
May 31st, 2008

¿Cómo podemos saber la edad de la Tierra? Finalmente, ha sido el método de la datación radioactiva el que nos ha permitido descubrir que la Tierra comenzó a formarse hace unos 4.500 millones de años. De ello se deduce la edad del Sol en unos 5.000 millones de años y la edad de todo el Sistema Solar. ¿Dónde están las pistas y pruebas definitivas que nos permiten situar el origen de la Tierra a una tan inimaginable distancia temporal?

El método de la datación radioactiva

Se trata de un proceso que nos permite concluir que al menos algunas rocas de la Tierra deben haberse solidificado hace unos 3.500 millones de años, y que los meteoritos que caen a la Tierra desde el espacio interplanetario tienen edades de 4.000 a 4.400 millones de años. Asímismo, las muestras lunares traídas a la Tierra indican edades de un máximo de 3.500 millones de años, de modo que la Luna y la Tierra tienen una antigüedad comparable.

Se puede llegar a conocer la edad de una roca debido a la existencia de determinados núcleos atómicos que son radioactivos por naturaleza y que pueden estar presentes en ella.

La descomposición radioactiva y la vida media

En un núcleo atómico hay dos tipos de partículas: protones y normalmente neutrones. Un elemento químico es un conjunto de átomos que tienen todos el mismo número de protones en su núcleo. Dependiendo del número de neutrones que existan en un núcleo atómico, puede haber distintas configuraciones de los núcleos atómicos de un mismo elemento, algo de lo más común y que les ocurre a la gran mayoría de los elementos químicos. A cada una de estas configuraciones diferentes de partículas en un núcleo atómico se les denomina isótopos. Así, por ejemplo, el hidrógeno, el elemento más sencillo de la naturaleza, tiene tres isótopos, a saber, el hidrógeno (un protón), el deuterio (un protón más un neutrón) y el tritio (un protón más dos neutrones).

Muchos núcleos atómicos tienen una combinación de protones y neutrones que forman una configuración inestable o radiactiva. Estos núcleos  tienden  a  aproximarse a una configuración estable liberando ciertas partículas, denominadas ya desde hace tiempo como partículas alfa y partículas beta.

Una partícula alfa es un núcleo de helio, compuesto por dos protones y dos neutrones. Una partícula beta es un electrón, que se puede absorber o emitir por el núcleo atómico en función de otros mecanismos internos que conducen también a su transformación en otro elemento.

Se define como vida media el tiempo que invierte la mitad de la masa total de una muestra de un isótopo radioactivo en desintegrarse, descomponerse o transfomarse expontaneamente en un núcleo distinto de otro elemento. Un núcleo concreto se puede descomponer en otro emitiendo partículas alfa (núcleos de helio desprovistos de electrones) en lo que se conoce como desintegración alfa, y emitiendo o absorbiendo partículas beta (electrones) en la llamada desintegración beta.

La edad de una roca solidificada se puede determinar por la razón entre el elemento radiactivo madre y el producto de su desintegración en una muestra de esa roca. Concretamente, el isótopo del uranio U238 se descompone en el isótopo del plomo Pb206, emitiendo ocho partículas alfa en el proceso. El isótopo U238 tiene una vida media de 4.500 millones de años, esto es, que al cabo de ese tiempo, la mitad de la masa total conjunta de los isótopos de ese elemento se habrá transformado en Pb206. Si tomamos una roca no porosa, las partículas alfa emitidas por el isótopo de uranio no habrán podido escapar, quedando atrapadas en su interior mientras los átomos se combinan con algunos de los electrones que se liberan mientras la carga nuclear disminuye en la descomposicion alfa.

Midiendo la relación que hay entre el U238 y el Pb206 en el presente dentro de la roca, se puede llegar a estimar la edad de la misma. Evidentemete, debe tomarse en consideración que otras desintegraciones pueden haber tenido lugar simultaneamente. El U235 se desintegra en Pb207, emitiendo siete partículas alfa en una vida media de 700.000 años.El isótopo del torio Th232 se desintegra en Pb208 emitiendo seis partículas alfa en una vida media de 13.900 millones de años. El isótopo del rubidio Rb87 se trasforma en estroncio Sr87 en una vida media de 4.600 millones de años y el potasio K40 en Argón Ar40 en una vida media de 1.250 millones de años. Para obtener una determinación de la edad de una roca más completa, deben tenerse en cuenta varias de estas desintegraciones. Sólo cuando todas las fechas obtenidas coinciden se puede estar seguro del resultado de la datación de una muestra.

Publicado en La Tierra, Sistema solar | Comments Off on ¿Cuál es la edad de la Tierra?
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