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Cosechar energía con paneles solares espaciales podría alimentar la Tierra las 24 horas del día, los 7 días de la semana

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¿Podría la energía solar espacial algún día cambiar el mundo?

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La energía solar ha sido una parte clave del repertorio de energía limpia de la humanidad. Hemos esparcido masas de paneles solares sobre campos solares, y muchas personas alimentan sus hogares decorando sus techos con rectángulos.

Pero hay una advertencia sobre esta maravillosa potencia. Los paneles solares no pueden recolectar energía por la noche. Para funcionar con su máxima eficiencia, necesitan tanta luz solar como sea posible. Entonces, para maximizar el rendimiento de estos colectores solares, los investigadores planean enviarlos a un lugar donde el sol nunca se pone: el espacio exterior.

Teóricamente, si se pusieran en órbita un montón de paneles solares, absorberían el sol incluso en los días más brumosos y las noches más oscuras, almacenando una enorme cantidad de energía. Si esta energía se transmitiera de forma inalámbrica a la Tierra, nuestro planeta podría respirar energía limpia y renovable las 24 horas del día, los 7 días de la semana.

Quien seria significativamente Reducir nuestra huella de carbono.

En medio de una crisis climática que empeora, el éxito de la energía solar espacial podría ser más importante que nunca. El estado del clima está en el centro de atención en este momento mientras los líderes mundiales se reúnen en Glasgow, Escocia para la cumbre COP26, que ha sido convocada la «mejor última oportunidad del mundo» para controlar la crisis.

CNET Science destaca algunas estrategias futuristas diseñadas para ayudar a los países a reducir las emisiones de carbono provocadas por el hombre. Las tecnologías de próxima generación como la energía solar basada en el espacio no pueden resolver nuestros problemas climáticos, todavía necesitamos descarbonizar rápidamente nuestros sistemas de energía, pero la innovación verde podría ayudar a cumplir con los objetivos del Acuerdo de París de limitar el calentamiento global muy por debajo de los 2 grados Celsius (3,6 grados Fahrenheit). a finales de siglo.

Un suministro ilimitado de energía renovable del sol podría ayudarnos a lograrlo.

De la ciencia ficción a la realidad

Durante décadas, la energía solar espacial ha estado presente en la mente de los entusiastas de la ciencia ficción y los científicos.

A principios de 1900, Matemático-científico ruso Konstantin Tsiolkovsky Producía regularmente una avalancha de diseños futuristas que imaginaban la tecnología humana más allá de la Tierra. Es responsable de evocar cosas como ascensores espaciales, cohetes orientables y, lo adivinaste, energía solar espacial.

Desde que Bell Labs inventó el primer «panel solar» de hormigón en la década de 1950, científicos internacionales trabajaron para hacer realidad la fantasía de ciencia ficción de Tsiolkovsky. Ellos entienden Investigadores japoneses, los ejército de estados unidos y un equipo del Instituto de Tecnología de California punta de lanza del proyecto Space Solar Power.

La energía solar espacial «se estudió extensamente a finales de los años sesenta y setenta, algo así como en el apogeo del programa Apolo», dijo Michael Kelzenberg, investigador principal del proyecto.

Desafortunadamente, debido al peso y al volumen de los materiales, la tecnología en ese momento no estaba lo suficientemente avanzada para lograr la hazaña de una manera rentable. Habría sido excepcionalmente difícil enviar paneles solares convencionales al espacio a través de un cohete sin romper el banco.

«La característica única y definitoria del enfoque de Caltech es su enfoque en reducir la masa de componentes de 10 a 100 veces», dijo Harry Atwater, investigador principal del proyecto. «Esto es esencial para reducir los costos de fabricación y lanzamiento con el fin de hacer que la energía solar espacial sea económica».

diciembre

Un prototipo estructural de los paneles solares más ligeros de Caltech.

Caltech / El proyecto de energía solar espacial

Un cielo lleno de paneles solares.

En lugar de utilizar un cohete para transportar paneles solares tradicionales al espacio, el equipo de Caltech aboga por un nuevo tipo de panel que sea más ligero, más compacto y plegable. Sugieren poner en órbita una gran cantidad de estos paneles solares aéreos en forma de mini baldosas.

Cada teja individual tiene todo lo que necesita, como energía fotovoltaica, para recolectar energía solar. Cuando se conectan en el espacio, los pequeños cuadrados forman esencialmente una mina gigante de energía renovable que flota alrededor de la Tierra.

Si bien el equipo analizó una variedad de compuestos para crear la estructura ultraligera ideal, algunos son en realidad menos eficientes que los paneles solares terrestres. Pero Kelzenberg señala que en el espacio, la «eficiencia» adquiere un nuevo significado.

«El aumento en la eficiencia realmente proviene del hecho de que al colocarlos en el espacio, reciben mucha luz solar intensa porque la luz solar no tiene que atravesar la atmósfera», dijo. «También reciben luz solar, básicamente las 24 horas del día».

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Cada pequeño panel solar es parte de algo mucho, mucho más grande.

Caltech / El proyecto de energía solar espacial

Cuando el sol brillaba sobre estos paneles, absorbían corriente continua o haces de energía de corriente continua. En el mecanismo del equipo, esta energía se traduciría en radiofrecuencias. El siguiente paso sería devolver este poder a la Tierra.

Esto sucedería, según el equipo, por radiación de microondas. La energía de radiofrecuencia se proyectaría hacia nuestro planeta en áreas que recuerdan los campos solares del desierto. Pero en lugar de lo que suelen ser los paneles solares, estas regiones contendrían receptores con antenas que recogen la energía recolectada.

Es básicamente transferencia de energía inalámbrica, algo Nikola Tesla aludió a finales del siglo XIX.

El uso de dicha radiación, dice Kelzenberg, permite que el sistema funcione con lluvia y niebla, de noche y durante tormentas eléctricas leves, y es probable que solo se vea afectado por las condiciones climáticas más severas. Sin embargo, una pregunta que a menudo se plantea sobre los patrones de radiación inalámbrica es si tendrían un impacto negativo en la vegetación o en las características del terreno.

Atwater dice que eso no es un problema.

«La densidad de potencia recibida en la Tierra sería equivalente a la densidad de potencia de la luz solar en un día soleado», explicó. «Y los sistemas de energía solar espacial pueden diseñarse para ser intrínsecamente seguros en este sentido».

Como medida de seguridad adicional, dice Kelzenberg, se pueden tomar medidas familiares, como acordonar el área de recepción. Las torres de telefonía celular, que utilizan una forma similar de comunicación por ondas de radio, hacen lo mismo.

Después de que los receptores terrestres recuperaran la energía en forma de radiofrecuencias, trabajarían con una estación terrestre para convertirla nuevamente en energía de CC, que luego se transformaría en corriente alterna, o corriente alterna, alimentada a la red eléctrica. cuadrícula, dijo Atwater.

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La transferencia de energía inalámbrica podría ayudarnos a ofrecer energía limpia las 24 horas del día, los 7 días de la semana.

Caltech / El proyecto de energía solar espacial

Es un proceso complejo, pero ese último elemento, la corriente alterna, es la electricidad tradicional y corriente que fluye a través de los tomacorrientes de su hogar para cargar su iPhone y darle vida a su computadora portátil. Listo.

Teletransportar la Tierra, Scotty

«Nuestro primer vuelo espacial para demostrar la tecnología de componentes espaciales de energía solar está programado para fines de 2022, en una nave espacial comercial», dijo Atwater.

Si bien el equipo no lanzará el negocio real, llevará a cabo un experimento que demuestra la viabilidad de tecnologías de menor escala. Será una fortuna y una forma de invención más sencilla. Incluso enviarán una serie de células solares que nunca antes habían visto el vacío del espacio.

Pero un día, si la energía solar espacial se convierte en realidad, podría cambiar el mundo.

Esto no solo ayudaría a alimentar áreas remotas y equilibrar la red eléctrica para evitar apagones, sino que también podría enviar energía a las operaciones mineras en otros planetas.

“La energía solar espacial se puede desplegar en áreas remotas de la Tierra donde no existe una red eléctrica; también podría usarse para generar energía base en la Luna o en Marte a través de un esquema similar de producción de energía orbital y radiación a la superficie ”, explicó Atwater.

Más importante aún, la energía que los humanos podrían generar a través de la energía solar las 24 horas del día, los 7 días de la semana, sería suficiente para satisfacer las crecientes demandas de nuestro planeta e incluso reemplazar la energía nuclear o de carbón. «Esto representa una fuente ‘básica’ de energía que siempre está disponible, a diferencia de los paneles solares en la Tierra», dijo Atwater.

Kelzenberg agregó: «Por eso creemos que esto puede desempeñar un papel importante en el avance hacia una red eléctrica totalmente neutra en carbono en el futuro».

Por supuesto, queda un largo camino por recorrer. Incluso si el experimento del equipo en 2022 tiene éxito, existen costos de fabricación a considerar, así como preguntas legales sobre la ocupación del espacio orbital (puede haber restricciones gubernamentales). Las preguntas sobre la viabilidad de reemplazar las redes eléctricas conocidas con plantas de energía solar espacial también permanecerán.

Pero al final de este camino, podemos encontrar algo dorado.

“Creo que ciertamente podemos estar de acuerdo en que obtener un panel solar barato y colocarlo en el suelo costará mucho menos que lanzar uno al espacio”, dijo Kelzenberg. «Pero la verdadera virtud de la energía solar espacial es su capacidad para proporcionar energía solar día y noche».

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Boeing envía por primera vez astronautas de la NASA a la estación espacial

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Boeing envía por primera vez astronautas de la NASA a la estación espacial

La NASA y Boeing se vieron obligadas a retirarse de un Intento de lanzamiento a la Estación Espacial Internacional. lunes debido a un problema de última hora con una válvula del cohete de la nave espacial.

La cápsula Starliner de Boeing estaba programada para despegar a las 10:34 p.m. ET desde la estación espacial de Cabo Cañaveral en Florida para su primer vuelo de prueba con tripulación. Los astronautas de la NASA Barry “Butch” Wilmore y Sunita Williams Estaban a bordo de la cápsula y atados a sus asientos cuando se canceló el intento de lanzamiento, aproximadamente dos horas antes del despegue programado.

Aún no se ha anunciado una nueva fecha de lanzamiento.

Los controladores de la misión declararon un lanzamiento «extinguido» después de que se detectara una anomalía en una válvula de oxígeno en el cohete Atlas V de United Launch Alliance, que la cápsula Starliner estaba programada para poner en órbita.

El vuelo tripulado de Starliner, cuando ocurra, será una prueba final crucial antes de que la NASA pueda autorizar a Boeing para vuelos de rutina hacia y desde la estación espacial.

Funcionarios de la NASA y Boeing dijeron que la seguridad era primordial para el primer vuelo de la nave espacial con humanos a bordo.

Este lanzamiento cancelado representa un nuevo revés para Boeing, que ya ha enfrentado años de retrasos y excesos presupuestarios con su programa Starliner. Está muy por detrás de SpaceX, que ha estado realizando misiones tripuladas hacia y desde la estación espacial para la NASA desde 2020.

El cohete Atlas V de United Launch Alliance con la nave espacial CST-100 Starliner de Boeing a bordo iluminado por reflectores en la plataforma de lanzamiento (Joel Kowsky/Nasa vía AFP - Getty Images)

El cohete Atlas V de United Launch Alliance con la nave espacial CST-100 Starliner de Boeing a bordo iluminado por reflectores en la plataforma de lanzamiento (Joel Kowsky/Nasa vía AFP – Getty Images)

La cápsula Crew Dragon de SpaceX y la nave espacial Starliner de Boeing se desarrollaron como parte del programa Commercial Crew de la NASA. La iniciativa comenzó hace más de una década, tras el retiro de los transbordadores espaciales de la agencia, para ayudar a empresas privadas a construir nuevos vehículos espaciales para llevar a los astronautas a la órbita terrestre baja.

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El primer vuelo no tripulado de Starliner en 2019 se vio frustrado por problemas de software, obligar a los controladores de la misión a acortar la prueba antes de que el vehículo pueda intentar encontrar y acoplarse a la ISS. Luego, un segundo intento se retrasó repetidamente debido a problemas en las válvulas de combustible, y no fue hasta 2022 que Boeing pudo lograr un Vuelo exitoso sin tripulación hacia y desde la estación espacial.

Este artículo fue publicado originalmente en NBCNews.com

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La ISS puede ser más visible en el cielo nocturno durante todo mayo. He aquí cómo verlo

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La ISS puede ser más visible en el cielo nocturno durante todo mayo.  He aquí cómo verlo

Si el clima está despejado esta noche, lo invitamos a salir y mirar hacia arriba en cualquier momento, una o dos horas después del atardecer.

Si tiene la suerte de estar ubicado lejos de luces brillantes, tome un sillón largo o un sillón y póngase cómodo. Una vez que tus ojos se hayan adaptado completamente a la oscuridad, podrás contar varios cientos de estrellas de distintos grados de brillo.

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Cómo un débil pulso magnético pudo haber reiniciado la evolución hace 600 millones de años

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Cómo un débil pulso magnético pudo haber reiniciado la evolución hace 600 millones de años

La investigación sugiere que el estado inusual del campo magnético de la Tierra durante el período de Ediacara podría haber influido significativamente en el desarrollo de vida compleja al alterar los niveles de oxígeno atmosférico. El estudio revela que este período experimentó el campo magnético más débil jamás registrado, lo que podría haber permitido una mayor oxigenación, sustentando formas de vida más grandes y activas. Esta mejor comprensión de la dinámica geomagnética y evolutiva ofrece una idea del potencial de vida en otros planetas. Crédito: SciTechDaily.com

La evidencia sugiere que un campo magnético débil hace millones de años podría haber impulsado la proliferación de la vida.

El período de Ediacara, que abarca aproximadamente entre 635 y 541 millones de años, fue un período crucial en la historia de la Tierra. Esto marcó una era de transformación en la que surgieron organismos multicelulares complejos, allanando el camino para la explosión de la vida.

Pero, ¿cómo se produjo esta oleada de vida y qué factores en la Tierra pudieron haber contribuido a ella?

Investigadores de la Universidad de Rochester han descubierto pruebas convincentes de que el campo magnético de la Tierra se encontraba en un estado muy inusual cuando los animales macroscópicos del período Ediacara se diversificaban y prosperaban. Su estudio, publicado en Naturaleza Comunicaciones Tierra y medio ambienteplantea la cuestión de si estas fluctuaciones en el antiguo campo magnético de la Tierra condujeron a cambios en los niveles de oxígeno que podrían haber sido cruciales para la proliferación de formas de vida hace millones de años.

Fauna de Ediacara

Investigadores de la Universidad de Rochester estudiaron el campo magnético de la Tierra durante el Período de Transformación de Ediacara, que se extendió hace aproximadamente entre 635 y 541 millones de años. La investigación plantea interrogantes sobre los factores que podrían haber impulsado la aparición de organismos multicelulares complejos, como la fauna de Ediacara, notable por su parecido con los primeros animales. Crédito: Ilustración de la Universidad de Rochester / Michael Osadciw

Según John Tarduno, profesor William Kenan, Jr. en el Departamento de Ciencias de la Tierra y el Medio Ambiente, una de las formas de vida más notables del período de Ediacara fue la fauna de Ediacara. Se destacaban por su parecido con los primeros animales: algunos incluso alcanzaban más de un metro (tres pies) y eran móviles, lo que indica que probablemente necesitaban más oxígeno que las formas de vida anteriores.

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«Las ideas anteriores sobre la aparición de la espectacular fauna de Ediacara incluían factores genéticos o ecológicos, pero la proximidad con el campo geomagnético ultradébil nos motivó a revisar las cuestiones medioambientales y, en particular, la oxigenación de la atmósfera y los océanos», explica Tarduno. , quien también es decano de investigación de la Facultad de Artes y Ciencias y de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas.

Los misterios magnéticos de la Tierra

Aproximadamente a 1.800 millas debajo de nosotros, el hierro líquido burbujea en el núcleo externo de la Tierra, creando el campo magnético protector del planeta. Aunque invisible, el campo magnético es esencial para la vida en la Tierra porque protege al planeta del viento solar, es decir, del flujo de radiación solar. Pero el campo magnético de la Tierra no siempre ha sido tan poderoso como lo es hoy.

Los investigadores han sugerido que un campo magnético inusualmente débil puede haber contribuido al surgimiento de la vida animal. Sin embargo, examinar el vínculo ha sido difícil debido a los datos limitados sobre la intensidad del campo magnético durante este tiempo.

Fauna de Dickinsonia Ediacaran

Huella fósil de Dickinsonia, un ejemplo de la fauna de Ediacara, encontrada en la actual Australia. Crédito: Shuhai Xiao, Virginia Tech

Tarduno y su equipo utilizaron estrategias y técnicas innovadoras para examinar la intensidad del campo magnético estudiando el magnetismo encerrado en antiguos cristales de feldespato y piroxeno de la roca anortosita. Los cristales contienen partículas magnéticas que preservan la magnetización de la formación de minerales. Al datar rocas, los investigadores pueden construir una línea de tiempo del desarrollo del campo magnético de la Tierra.

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Aproveche las herramientas de vanguardia, incluido un CO2 láser y el magnetómetro del Dispositivo de Interferencia Cuántica Superconductora (SQUID) del laboratorio, el equipo analizó con precisión los cristales y el magnetismo encerrados en su interior.

Un campo magnético débil

Sus datos indican que el campo magnético de la Tierra, en ocasiones durante el período de Ediacara, era el campo más débil conocido hasta la fecha (hasta 30 veces más débil que el campo magnético actual) y que la intensidad del campo magnético ultradébil duró al menos 26 millones de años.

Un campo magnético débil facilita que las partículas cargadas del sol eliminen átomos ligeros como el hidrógeno de la atmósfera, provocando que escapen al espacio. Si la pérdida de hidrógeno es significativa, es posible que quede más oxígeno en la atmósfera en lugar de reaccionar con el hidrógeno para formar vapor de agua. Estas reacciones pueden provocar una acumulación de oxígeno con el tiempo.

Fauna Fractofusus Ediacara

Impresión fósil de Fractofusus, un ejemplo de la fauna de Ediacara, encontrada en lo que hoy es Terranova, con un centavo canadiense cerca para escalar. Crédito: Shuhai Xiao, Virginia Tech

La investigación de Tarduno y su equipo sugiere que durante el período Ediacárico, el campo magnético ultradébil provocó una pérdida de hidrógeno durante al menos decenas de millones de años. Esta pérdida puede haber provocado una mayor oxigenación de la atmósfera y la superficie de los océanos, permitiendo el surgimiento de formas de vida más avanzadas.

Tarduno y su equipo de investigación descubrieron previamente que el campo geomagnético se recuperó durante el período Cámbrico posterior, cuando la mayoría de los grupos de animales comenzaron a aparecer en el registro fósil, y que el campo magnético protector se restableció, permitiendo que la vida floreciera.

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«Si el campo extraordinariamente débil hubiera permanecido después del Ediacara, la Tierra podría ser muy diferente del planeta rico en agua que es hoy: la pérdida de agua la habría secado gradualmente», dice Tarduno.

Dinámica básica y evolución.

El trabajo sugiere que comprender el interior de los planetas es crucial para considerar el potencial de vida más allá de la Tierra.

«Es fascinante pensar que los procesos en el núcleo de la Tierra podrían, en última instancia, estar relacionados con la evolución», dice Tarduno. «Mientras pensamos en la posibilidad de que haya vida en otros lugares, también debemos considerar cómo se forman y crecen los interiores de los planetas».

Para obtener más información sobre esta investigación, consulte Cómo el débil campo magnético de la Tierra ayudó al surgimiento de vida compleja.

Referencia: “El casi colapso del campo geomagnético puede haber contribuido a la oxigenación atmosférica y la radiación animal durante el período de Ediacara” por Wentao Huang, John A. Tarduno, Tinghong Zhou, Mauricio Ibañez-Mejia, Laércio Dal Olmo-Barbosa, Edinei Koester, Eric G. Blackman, Aleksey V. Smirnov, Gabriel Ahrendt, Rory D. Cottrell, Kenneth P. Kodama, Richard K. Bono, David G. Sibeck, Yong-Xiang Li, Francis Nimmo, Shuhai Xiao y Michael K. Watkeys, mayo 2, 2024, Comunicaciones Tierra y Medio Ambiente.
DOI: 10.1038/s43247-024-01360-4

Esta investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.

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