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Los físicos pueden haber resuelto el caso de las piedras “Zen” en equilibrio sobre bases de hielo.

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Agrandar / Una reproducción de laboratorio del fenómeno de la piedra Zen en un liofilizador.

Nicolas Taberlet / Nicolas Plihon

Visite el pequeño mar del lago Baikal en Rusia durante el invierno y probablemente verá un fenómeno inusual: una roca plana en equilibrio sobre un delgado pedestal de hielo, similar a una pila de piedras zen comunes en los jardines japoneses. El fenómeno a veces se denomina entrenamiento Baikal Zen. La explicación típica de cómo ocurren estas formaciones es que la roca capta la luz (y el calor) del Sol y esto derrite el hielo debajo hasta que solo queda un pedestal delgado para sostenerlo. El agua debajo de la roca se vuelve a congelar por la noche, y se ha sugerido que el viento también puede ser un factor.

Ahora, dos físicos franceses creen haber resuelto el misterio de cómo se formaron estas estructuras, según un nuevo artículo publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, y su solución no tiene nada que ver con la conducción térmica de la piedra. Más bien, atribuyen la formación a un fenómeno conocido como sublimación, por el cual la nieve o el hielo se evaporan directamente en vapor sin pasar por una fase acuosa. Concretamente, la sombra proyectada por la piedra obstaculiza las tasas de sublimación del hielo circundante en su vecindad, mientras que el hielo más distante se sublima a una tasa más rápida.

Muchas formaciones similares ocurren naturalmente en la naturaleza, como hoodoos (estructuras altas y filiformes que se forman durante millones de años en rocas sedimentarias), rocas en forma de hongo o lecho rocoso (la base ha sido erosionada por fuertes vientos polvorientos) y mesas de glaciar (una gran piedra colocada precariamente sobre una estrecha capa de hielo). Pero los mecanismos subyacentes por los que se forman pueden ser muy diferentes.

Por ejemplo, como informamos el año pasado, un equipo de matemáticos aplicados de la Universidad de Nueva York estudió los “bosques de piedra” comunes en partes de China y Madagascar. Estas formaciones rocosas afiladas, como las famosas Bosque de piedra en la provincia china de Yunnan, son el resultado de la disolución de sólidos en líquidos en presencia de gravedad, lo que produce flujos convectivos naturales.

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En la superficie, estos bosques de piedra se parecen mucho a “penitentes“: pilares de hielo cubiertos de nieve que se forman en el aire muy seco que se encuentran en lo alto de los glaciares andinos. Charles Darwin describió a los penitentes en 1839 en una excursión en marzo de 1835 durante la cual se abrió paso a través de campos de nieve cubiertos de penitentes en el camino desde Santiago de Chile. , a la ciudad argentina de Mendoza. recrear versiones artificiales de penitentes en el laboratorio. Pero los penitentes y los bosques de piedra son en realidad bastante diferentes en términos de los mecanismos involucrados en su formación. Las puntas de un bosque de piedras están talladas por corrientes, que no juegan un papel importante en la formación de los penitentes.

Algunos físicos sugirió que los penitentes forma cuando la luz del sol evapora la nieve directamente en vapor (sublimación). Se forman pequeñas crestas y depresiones y la luz solar queda atrapada en ellas, creando un calor adicional que excava depresiones aún más profundas, y estas superficies curvas a su vez actúan como una lente, acelerando aún más el proceso de sublimación. a propuesta alternativa agrega un mecanismo adicional para tener en cuenta el espaciamiento fijo extrañamente periódico de los penitentes: una combinación de difusión de vapor y transporte de calor que produce un gradiente de temperatura pronunciado y, por lo tanto, una mayor tasa de sublimación.

Piedras zen en la naturaleza, en el pequeño mar del lago Baikal (a, b);  en el laboratorio (c);  y en simulaciones numéricas (d).  (a) Fotografía tomada por O. Zima.  (b) Fotografía tomada por A. Yanarev.
Agrandar / Piedras zen en la naturaleza, en el pequeño mar del lago Baikal (a, b); en el laboratorio (c); y en simulaciones numéricas (d). (a) Fotografía tomada por O. Zima. (b) Fotografía tomada por A. Yanarev.

Nicolas Taberlet / Nicolas Plihon

En el caso de las formaciones rocosas de Baikal Zen, el proceso parece similar a la hipótesis de la sublimación para los penitentes, según los coautores Nicolas Taberlet y Nicolas Plihon del CNRS en Lyon, Francia. A principios de este mes, publicó un estudio algo relacionado en Physical Review Letters sobre la formación natural de tablas glaciares (una roca sostenida por una delgada columna de hielo). Pudieron producir mesas de hielo artificial a pequeña escala en un entorno controlado y descubrieron dos efectos en competencia que controlan el inicio de la formación de la mesa de hielo.

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Con casquetes de piedra más pequeños con mayor conductividad térmica, la amplificación geométrica del flujo de calor hace que el casquete se hunda en el hielo. Para un casquete más grande con menos conductividad térmica, una reducción en el flujo de calor proviene del hecho de que el casquete tiene una temperatura más alta que el hielo circundante, formando una mesa.

Para este último estudio, Taberlet y Plihon querían explorar los mecanismos subyacentes a la formación natural de las estructuras del Baikal Zen. “La rareza del fenómeno se debe a la escasez de capas de hielo gruesas, planas y sin nieve, que requieren condiciones climáticas frías y secas desde hace mucho tiempo”, escribieron los autores. “Los registros meteorológicos muestran que el derretimiento del hielo es prácticamente imposible y que, en cambio, las condiciones climáticas (viento, temperatura y humedad relativa) favorecen la sublimación, conocida desde hace mucho tiempo como característica de la región del lago Baikal”.

Por lo tanto, los investigadores intentaron reproducir el fenómeno en el laboratorio para probar su hipótesis. Utilizaron discos de metal como análogos de piedra experimentales, colocando los discos en la superficie de bloques de hielo en un liofilizador comercial. El instrumento congela el material, luego reduce la presión y agrega calor, de modo que el agua congelada se sublima. La mayor reflectividad de los discos de metal en comparación con las piedras evitó que los discos se sobrecalentaran en las cámaras del liofilizador.

Extraterrestre

Tanto los discos de aluminio como los de cobre produjeron las formaciones Baikal Zen, aunque el cobre tiene casi el doble de conductividad térmica que el aluminio. Los autores concluyeron que, por lo tanto, las propiedades térmicas de la piedra no fueron un factor crucial en el proceso. “Lejos de la piedra, la velocidad de sublimación se rige por la luz solar difusa, mientras que en sus proximidades la sombra que crea inhibe el proceso de sublimación”, escribieron los autores. “Demostramos que la piedra sólo actúa como un paraguas, cuya sombra interfiere con la sublimación, protegiendo así el hielo de abajo, lo que conduce a la formación del pedestal”.

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Esto fue luego confirmado por simulaciones de modelos numéricos. Taberlet y Plihon también descubrieron que el hueco, o depresión, que rodea el pedestal es el resultado de la radiación infrarroja lejana emitida por la piedra (o disco) en sí, lo que mejora la tasa general de sublimación cercana.

Esto es bastante diferente del proceso que conduce a las mesas de hielo, a pesar de la forma similar de las dos formaciones. En el caso de las mesas de hielo, el efecto paraguas es solo un factor secundario en el mecanismo subyacente. “Las tablas glaciares aparecen en los glaciares de menor elevación cuando las condiciones climáticas derriten el hielo en lugar de sublimarlo”, escribieron los autores. “Se forman en el aire caliente mientras que el hielo permanece a 0 grados Celsius, mientras que las piedras Zen se forman en un aire más frío que el hielo”.

Comprender cómo ocurren estas formaciones de forma natural podría ayudarnos a aprender más sobre otros objetos en el universo, ya que la sublimación del hielo produjo penitentes en Plutón e influyó en la formación del paisaje en Marte, Plutón, Ceres, las lunas de Júpiter, las lunas de Saturno. y varios cometas. “De hecho, el proyecto Europa Lander de la NASA tiene como objetivo buscar biofirmas en la luna cubierta de hielo de Júpiter, en cuya superficie la sublimación diferencial puede amenazar la estabilidad del módulo de aterrizaje, y esto debe entenderse completamente”, concluyeron los autores.

DOI: PNAS, 2021. 10.1073 / pnas.2109107118 (Acerca de los DOI).

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Nueva tripulación atraca en la primera estación espacial permanente de China: NPR

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Una imagen de pantalla capturada en el Centro de Control Aeroespacial de Beijing en Beijing el sábado muestra a los astronautas chinos Ye Guangfu (de izquierda a derecha), Zhai Zhigang y Wang Yaping saludando después de ingresar a la estación espacial china.

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Tian Dingyu / Xinhua vía AP

Una imagen de pantalla capturada en el Centro de Control Aeroespacial de Beijing en Beijing el sábado muestra a los astronautas chinos Ye Guangfu (de izquierda a derecha), Zhai Zhigang y Wang Yaping saludando después de ingresar a la estación espacial china.

Tian Dingyu / Xinhua vía AP

BEIJING – Los astronautas chinos comenzaron su misión de seis meses a la primera estación espacial permanente de China el sábado, luego de atracar con éxito su nave espacial.

Los astronautas, dos hombres y una mujer, fueron vistos flotando alrededor del módulo antes de hablar a través de un video en vivo.

La nueva tripulación incluye a Wang Yaping, de 41 años, quien es la primera mujer china en abordar la estación espacial Tiangong, y se espera que se convierta en la primera mujer en caminar por el espacio en China.

“Cooperaremos entre nosotros, realizaremos maniobras con cuidado y trataremos de completar todas las tareas con éxito en este ciclo de exploración del universo”, dijo Wang en el video.

La nave espacial del viajero espacial Shenzhou-13 fue lanzada por un cohete Long March-2F a las 12:23 a.m. del sábado y atracó en el módulo central Tianhe de la estación espacial a las 6:56 a.m.

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Los tres astronautas ingresaron al módulo central de la estación alrededor de las 10 a.m., dijo la Agencia Espacial Tripulada de China.

Son la segunda tripulación en ingresar a la estación espacial Tiangong de China, que se lanzó en abril pasado. La primera tripulación se quedó durante tres meses.

La nueva tripulación incluye a dos veteranos de viajes espaciales: Zhai Zhigang, de 55 años, y Wang. El tercer miembro, Ye Guangfu, de 41 años, está en su primer viaje al espacio.

Al lanzamiento de la misión asistieron una banda militar y simpatizantes que corearon “Oda a la Patria”, lo que subraya el orgullo nacional por el programa espacial, que ha crecido rápidamente en los últimos años.

La tripulación realizará tres caminatas espaciales para instalar equipos para la expansión de la estación, evaluar las condiciones de vida en el módulo Tianhe y realizar experimentos en medicina espacial y otros campos.

El programa espacial liderado por el ejército de China planea enviar varias tripulaciones a la estación durante los próximos dos años para que sea completamente funcional.

Cuando se complete con la adición de dos secciones más, llamadas Mengtian y Wentian, la estación pesará alrededor de 66 toneladas, mucho más pequeña que la Estación Espacial Internacional, que lanzó su primer módulo en 1998 y pesa alrededor de 450 toneladas.

Se espera que se lancen dos módulos chinos más antes de fines del próximo año durante la estadía de la tripulación del Shenzhou-14, que aún no se ha nombrado.

El Ministerio de Relaciones Exteriores de China renovó el viernes su compromiso de cooperar con otros países en el uso pacífico del espacio.

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El portavoz Zhao Lijian dijo que enviar humanos al espacio era una “causa común de la humanidad”. China “continuará expandiendo la profundidad y amplitud de la cooperación e intercambio internacional” en vuelos espaciales tripulados y “hará contribuciones positivas a la exploración de los misterios del universo”, dijo.

China fue excluida de la Estación Espacial Internacional en gran parte debido a las objeciones de Estados Unidos a la naturaleza secreta del programa chino y sus estrechos vínculos militares, lo que la llevó a lanzar dos módulos experimentales antes de comenzar con la estación permanente.

Esta combinación de imágenes de pantalla capturadas en el Centro de Control Aeroespacial de Beijing muestra la nave espacial con tripulación Shenzhou-13 china atracada en la estación espacial china.

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La ley de EE. UU. Requiere la aprobación del Congreso para los contactos entre los programas espaciales de EE. UU. Y China, pero China está cooperando con expertos espaciales de otros países, incluidos Francia, Suecia, Rusia e Italia. Los funcionarios chinos han dicho que esperan dar la bienvenida a astronautas de otros países a bordo de la estación espacial una vez que esté completamente funcional.

China ha lanzado siete misiones tripuladas con un total de 14 astronautas a bordo, dos han volado dos veces, desde 2003, cuando se convirtió en el tercer país después de la ex Unión Soviética y Estados Unidos en enviar una persona al espacio por su cuenta.

China también ha extendido su trabajo en la exploración lunar y marciana, incluido el aterrizaje de un rover en el lado opuesto de la luna, poco explorado, y el regreso de las rocas lunares a la Tierra por primera vez desde la década de 1970.

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Este año, China también aterrizó su sonda espacial Tianwen-1 en Marte, cuyo rover Zhurong acompañante exploró evidencia de vida en el Planeta Rojo.

Otros programas espaciales chinos exigen recolectar tierra de un asteroide y traer muestras lunares adicionales. China también ha expresado su aspiración de llevar gente a la Luna y posiblemente construir una base científica allí, aunque no se ha propuesto un cronograma para tales proyectos. Según se informa, también se está desarrollando un avión espacial altamente secreto.

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Horoscopo

Meteorito se estrella contra la cama de una mujer dormida

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(NEXSTAR) – Uno canadiense Una mujer está agradecida de estar viva después de que un meteoro rasgó el techo de su casa el 3 de octubre y apenas la echó de menos.

(Ruth Hamilton)

“Todo sucedió muy rápido”, dijo a Nexstar Ruth Hamilton de Golden, BC. “El perro ladró, y luego creo que en dos minutos el meteoro golpeó mi techo”.

Hamilton supuso que su pastor australiano de 5 años, Toby, pudo haber escuchado el paso del meteorito a través de la atmósfera antes de estrellarse contra su techo de hojalata alrededor de las 11:35 p.m.

El trozo de meteorito que golpeó el techo parecía una explosión, pero al principio Hamilton, de 66 años, no tenía idea de lo que había sucedido, solo que tenía polvo de pared seca por toda la cara y un gran agujero en el techo.

No fue hasta que llamó al 911 que se dio cuenta de lo que había sucedido.

“Le di la vuelta a la almohada superior y la roca estaba allí, se deslizó entre las dos almohadas”, dijo. “Él tampoco se recuperó, así que probablemente sea algo bueno”.

(Ruth Hamilton)

Hamilton dijo que no manejó mucho el meteorito para preservarlo lo más posible y se puso guantes de goma cuando lo recogió.

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“Es muy pesado, es bastante suave. Parece arena negra comprimida porque se quema al pasar por la atmósfera ”, dijo. “Pensando que tiene miles de millones de años, que ha estado orbitando la Tierra durante tanto tiempo”.

Hamilton dijo que prestó el meteorito a la Universidad de Western Ontario durante un mes para que los investigadores pudieran probarlo. Un equipo de la Western University y la Universidad de Calgary está analizando actualmente el meteorito y pregúntale a cualquiera que tenga cámaras de vigilancia en la zona para comprobar sus imágenes.

“Estamos pidiendo a los residentes de Golden, Kelowna y Cranbrook y de todos los lugares intermedios que revisen las cámaras de seguridad de sus hogares y empresas lo antes posible, ya que algunos pueden eliminar automáticamente archivos importantes en los próximos días”, dijo Pierre Brun, Cátedra de Investigación de Canadá en Cuerpos Planetarios Pequeños. “Las imágenes de video de teléfonos inteligentes, cámaras de tablero y cámaras de seguridad son de vital importancia para rastrear el origen de este meteoro y, al conocer su origen, tendremos una oportunidad mucho mejor de contar una historia completa de este increíble evento astronómico”.

(Ruth Hamilton)

Los científicos del departamento de geociencias de la Universidad de Calgary utilizaron la ruta estimada de la bola de fuego para identificar el sitio probable de escombros adicionales, donde terminaron encontrando otra pieza del meteoro cerca del costado de una carretera.

“Esperamos firmemente que hayan caído decenas de meteoritos adicionales, y alentamos a los residentes a estar atentos mientras hacen su jardinería y caminan por el área de campo dispersa indicada”, dijo Alan. Hildebrand, planetólogo del Departamento de Geociencias de la Universidad de Calgary.

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El equipo de investigación dijo que los meteoritos tienen una “corteza de color gris oscuro del grosor de una cáscara de huevo con un interior gris claro” y son densos y atraídos por un imán.

Mientras tanto, Hamilton está haciendo planes para el meteoro una vez que se lo devuelvan. Dijo que no podía esperar para mostrárselo a sus nietos y posiblemente a los estudiantes de una escuela local. Agregó que ya había recibido varias ofertas de compradores potenciales y que podría terminar vendiéndola algún día.

Por ahora, sin embargo, Hamilton ha dicho que se siente bendecida y aprecia una nueva perspectiva de la vida.

“Estoy agradecida de estar viva, de salir ilesa”, le dijo a Nexstar. “Sabes, abrazas a tus seres queridos y no te vuelves loco o algo así porque podrías quedarte dormido una noche. No des la vida por sentada.

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Más de 1.000 poderosas explosiones cósmicas detectadas por el telescopio FAST en 47 días

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FAST toma un pulso real de FRB 121102. Crédito: NAOC

Un equipo de investigación internacional dirigido por el profesor LI Di y el Dr. WANG Pei de los Observatorios Astronómicos Nacionales de la Academia de Ciencias de China (NAOC) capturó un episodio extremo de explosiones cósmicas de Fast Radio Burst (FRB) 121102, utilizando el quinientos metros Radiotelescopio de apertura esférica (FAST). Se detectaron un total de 1,652 ráfagas independientes en 47 días desde el 29 de agosto de 2019 (UT).

Este es el conjunto más grande de eventos de FRB hasta la fecha, más que el número informado en todas las demás publicaciones combinadas. Este conjunto de ráfagas permite determinar, por primera vez, la energía característica y la distribución de energía de cualquier FRB, destacando así el motor central que alimenta los FRB.

Estos resultados fueron publicados en La naturaleza 13 de octubre de 2021.

Los FRB se detectaron por primera vez en 2007. Estas explosiones cósmicas pueden ser tan breves como una milésima de segundo mientras producen el equivalente a un año de la producción total de energía del Sol. El origen de los FRB aún se desconoce. Aunque incluso los extraterrestres se incluyeron en los modelos FRB, los avistamientos favorecen claramente las causas naturales. Los focos recientes incluyen exóticas estrellas de neutrones hiper-magnetizadas, agujeros negros y cadenas cósmicas dejadas por el Big Bang.

FRB 121102 Distribución de velocidad de estallido de energía equivalente isotrópica

Distribución de velocidad de ráfagas de energía equivalente isotrópica de 1,25 GHz para FRB 121102. Crédito: NAOC

Los científicos han descubierto que una pequeña fracción de los FRB se repiten. Este fenómeno facilita los estudios de seguimiento, incluida la localización e identificación de las galaxias anfitrionas de FRB.

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FRB 121102 es el primer repetidor conocido y el primer FRB bien ubicado. Los científicos han identificado su origen en una galaxia enana. Además, este FRB está claramente asociado con una fuente de radio persistente. Ambas pistas son cruciales para resolver el misterio cósmico de los FRB. El comportamiento de FRB 121102 es difícil de predecir y comúnmente se describe como “estacional”.

Mientras probaba el backend FAST FRB durante la fase de puesta en servicio, el equipo notó que el FRB 121102 estaba actuando con pulsos de luz frecuentes. Entre el 29 de agosto y el 29 de octubre de 2019, se detectaron 1.652 eventos de ráfagas independientes en un total de 59,5 horas. Si bien la velocidad de las ráfagas varió a lo largo de la serie, se observaron 122 ráfagas durante la hora pico, lo que corresponde a la tasa de eventos más alta jamás observada para un FRB.

Río de fragmentos de una galaxia

Un “río” de estallidos de una galaxia registrados por el telescopio FAST. El número de explosiones y energías se muestra en gráficos de barras, imitando la pintura “Una tierra vasta” de WANG Ximeng de la dinastía Song. Crédito: NAOC

Una tasa tan alta facilita un estudio estadístico de estas ráfagas de FRB. Los investigadores encontraron una energía característica clara de E= 4,8 × 1037 erg, por debajo del cual la generación de ráfagas se volvió menos eficiente. La distribución de energía de las ráfagas puede describirse adecuadamente como bimodal, es decir, una función lognormal para las ráfagas de baja E y una función de Lorentz para las ráfagas de alta E, lo que implica que el FRB las pulsa.Las más débiles pueden ser de naturaleza estocástica y los más grandes implican una relación entre dos cantidades independientes.

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“La energía total de este conjunto de ráfagas ya asciende al 3.8% de lo que está disponible en un magnetar y no se ha encontrado una periodicidad entre 1 ms y 1000 s, lo que limita severamente la posibilidad de que el FRB 121102 fuera de un objeto compacto aislado”. dijo el Dr. WANG.

Se descubrieron más de seis FRB nuevos gracias a la encuesta FAST de radioastronomía comensal (CRAFTS, https://crafts.bao.ac.cn/), incluido un nuevo repetidor tipo 121102. “Como la antena más grande del mundo, la sensibilidad de FAST resulta propicio para revelar las complejidades de los transitorios cósmicos, incluidos los FRB ”, dijo el profesor LI.

Este proyecto es parte de una colaboración de larga data desde la fase de puesta en servicio del telescopio FAST. Las principales instituciones asociadas incluyen Guizhou Normal University, University of Nevada Las Vegas, Cornell University, Max-Planck-Institut fuer Radioastronomy, University of West Virginia, CSIRO, University of California to Berkeley y Nanjing University.

Referencia: “Una distribución de energía de ráfaga bimodal de una fuente de ráfaga de radio rápida repetida” por D. Li, P. Wang, WW Zhu, B. Zhang, XX Zhang, R. Duan, YK Zhang, Y. Feng, NY Tang, S Chatterjee, JM Cordes, M. Cruces, S. Dai, V. Gajjar, G. Hobbs, C. Jin, M. Kramer, DR Lorimer, CC Miao, CH Niu, JR Niu, ZC Pan, L. Qian, L Spitler , D. Werthimer, GQ Zhang, FY Wang, XY Xie, YL Yue, L. Zhang, QJ Zhi y Y. Zhu, 13 de octubre de 2021, La naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03878-5

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