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Transición de fase cuántica detectada globalmente en las profundidades de la Tierra

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Transición de fase cuántica detectada globalmente en las profundidades de la Tierra

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Ilustración para acompañar el artículo de Nature Communications, “Expresión sismológica del cruce de espines de hierro en ferropericlasa en el manto inferior de la Tierra”. Crédito: Nicoletta Barolini / Columbia Engineering

Un equipo multidisciplinario de físicos de materiales y geofísicos combina predicciones teóricas, simulaciones y tomografía sísmica para encontrar la transición de espín en el manto de la Tierra.

El interior de la Tierra es un misterio, especialmente a mayores profundidades (> 660 km). Los investigadores solo tienen imágenes tomográficas sísmicas de esta región, y para interpretarlas necesitan calcular velocidades sísmicas (acústicas) en minerales a altas presiones y temperaturas. Con estos cálculos, pueden crear mapas de velocidad en 3D y determinar la mineralogía y la temperatura de las regiones observadas. Cuando ocurre una transición de fase en un mineral, como un cambio en la estructura cristalina bajo presión, los científicos observan un cambio en la velocidad, generalmente una fuerte discontinuidad en la velocidad sísmica.

En 2003, los científicos observaron en el laboratorio un nuevo tipo de cambio de fase en los minerales: un cambio en el giro del hierro en la ferropericlasa, el segundo componente más abundante del manto inferior de la Tierra. Un cambio de espín, o cruce de espín, puede ocurrir en minerales como ferropericlasa bajo un estímulo externo, como presión o temperatura. En los años siguientes, grupos experimentales y teóricos confirmaron este cambio de fase tanto en la ferropericlasa como en la bridgmanita, la fase más abundante del manto inferior. Pero nadie sabía realmente por qué o dónde estaba sucediendo esto.

Spin Crossover Signature

Las placas oceánicas frías y en subducción se ven como regiones de alta velocidad en (a) y (b), y la roca cálida del manto ascendente se ve como regiones de baja velocidad en (c). Las placas y las plumas producen una señal tomográfica coherente en los modelos de ondas S, pero la señal desaparece parcialmente en los modelos de ondas P. Crédito: Columbia Engineering

En 2006, la profesora de ingeniería de Columbia Renata Wentzcovitch publicó su primer artículo sobre ferropericlasa, proporcionando una teoría para el cruce de espín en este mineral. Su teoría sugirió que esto había sucedido a más de mil kilómetros en el manto inferior. Desde entonces, Wentzcovitch, quien es profesor en el Departamento de Física Aplicada y Matemáticas Aplicadas, Ciencias de la Tierra y Ambientales, y en el Observatorio de la Tierra Lamont-Doherty en Universidad de Colombia, publicó 13 artículos con su grupo sobre este tema, estudiando las velocidades en todas las situaciones posibles de cruce de espín en ferropericlasa y bridgmanita, y prediciendo las propiedades de estos minerales a lo largo de este cruce. En 2014, Wenzcovitch, cuya investigación se centra en estudios de mecánica cuántica computacional de materiales en condiciones extremas, particularmente materiales planetarios, predijo cómo este fenómeno de cambio de giro podría detectarse en imágenes tomográficas sísmicas, pero los sismólogos aún no pudieron verlo.

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Trabajando con un equipo multidisciplinario de Columbia Engineering, el Universidad de oslo, El Instituto de Tecnología de Tokio e Intel Co., el último artículo de Wenzcovitch detalla cómo ahora han identificado la señal de cruce de espín para la ferropericlasa, una transición de fase cuántica en las profundidades del manto inferior de la Tierra. Esto se hizo examinando regiones específicas del manto de la Tierra donde se espera que la ferropericlasa sea abundante. El estudio fue publicado el 8 de octubre de 2021 en Comunicación de la naturaleza.

«Este emocionante descubrimiento, que confirma mis predicciones anteriores, ilustra la importancia de que los físicos de materiales y los geofísicos trabajen juntos para aprender más sobre lo que está sucediendo en las profundidades de la Tierra», dijo Wentzcovitch.

La transición de giro se usa comúnmente en materiales como los que se usan para la grabación magnética. Si estira o comprime solo unas pocas capas de un material magnético con un grosor de nanómetros, puede cambiar las propiedades magnéticas de la capa y mejorar las propiedades de grabación del medio. El nuevo estudio de Wentzcovitch muestra que el mismo fenómeno ocurre a lo largo de miles de kilómetros dentro de la Tierra, pasando de la nanoescala a la macroescala.

“Además, las simulaciones geodinámicas han demostrado que el cruce de espín estimula la convección en el manto de la Tierra y el movimiento de las placas tectónicas. Por lo tanto, creemos que este fenómeno cuántico también aumenta la frecuencia de eventos tectónicos como terremotos y erupciones volcánicas ”, señala Wentzcovitch.

Todavía hay muchas regiones del manto que los investigadores no comprenden, y el cambio en el estado de giro es esencial para comprender las velocidades, las estabilidades de fase, etc. Wentzcovitch continúa interpretando mapas tomográficos sísmicos utilizando velocidades sísmicas predichas por Desde el principio cálculos basados ​​en la teoría funcional de la densidad. También está desarrollando y aplicando técnicas de simulación de materiales más precisas para predecir velocidades sísmicas y propiedades de transporte, especialmente en regiones ricas en hierro, fundido o temperaturas cercanas al punto de fusión.

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“Lo que es particularmente emocionante es que nuestros métodos de simulación de materiales son aplicables a materiales fuertemente correlacionados: multiferroicos, ferroeléctricos y materiales de alta temperatura en general”, dice Wentzcovitch. “Podremos mejorar nuestros análisis de imágenes tomográficas en 3D de la Tierra y aprender más sobre cómo las abrumadoras presiones desde el interior de la Tierra afectan indirectamente nuestras vidas en la superficie de la Tierra. «

Referencia: “Expresión sismológica del cruce de espín del hierro en ferropericlasa en el manto inferior de la Tierra” por Grace E. Shephard, Christine Houser, John W. Hernlund, Juan J. Valencia-Cardona, Reidar G. Trønnes y Renata M. Wentzcovitch, 8 de octubre de 2021, Comunicación de la naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41467-021-26115-z

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Starship está a punto de despegar en su quinto vuelo, y esta vez hay un problema

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Starship está a punto de despegar en su quinto vuelo, y esta vez hay un problema

«Aterrizamos con una precisión de medio centímetro en el océano, por lo que creemos que tenemos una posibilidad razonable de regresar a la torre», dijo Gerstenmaier.

Lanzar el libro de jugadas

Mientras tanto, la etapa superior del Starship encenderá seis motores Raptor para acelerar a una velocidad casi orbital, dándole al cohete suficiente empuje para viajar alrededor de la mitad del mundo antes de volver a caer en la atmósfera sobre el Océano Índico.

Es una trayectoria similar a la que Starship voló en junio, cuando sobrevivió a una reentrada en llamas para un aterrizaje controlado en el agua. Esta fue la primera vez que SpaceX realizó un vuelo de prueba de un extremo a otro para Starship. Las cámaras a bordo mostraron fragmentos del escudo térmico cayendo del Starship cuando reingresaba a la atmósfera, pero el vehículo mantuvo el control y volvió a encender sus motores Raptor, cambió de una orientación horizontal a una vertical y se encuentra en el Océano Índico al noroeste de Australia. .

Después de analizar los resultados de la misión de junio, los ingenieros de SpaceX decidieron reelaborar el escudo térmico del próximo vehículo Starship. La compañía dijo que sus técnicos dedicaron más de 12.000 horas a reemplazar todo el sistema de protección térmica con tejas de nueva generación, una capa ablativa de respaldo y protecciones adicionales entre las estructuras de los flaps del barco.

De principio a fin, se espera que el vuelo de prueba del domingo dure aproximadamente 1 hora y 5 minutos.


Este diagrama ilustra el camino que tomará el propulsor Super Heavy para regresar a la plataforma de lanzamiento en Texas, mientras la etapa superior de Starship continúa su ascenso hacia el espacio.

Crédito: SpaceX

Este diagrama ilustra el camino que tomará el propulsor Super Heavy para regresar a la plataforma de lanzamiento en Texas, mientras la etapa superior de Starship continúa su ascenso hacia el espacio.


Crédito: SpaceX

Aquí hay un vistazo a los eventos clave del vuelo del domingo:

T+00:00:02: Despegar

T+00:01:02: Presión aerodinámica máxima

T+00:02:33: Super Heavy MECO (la mayoría de los motores se apagan)

T+00:02:41: Separación de etapas y encendido de motores Starship.

T+00:02:48: Arranque de combustión superintensiva con boost-back

T+00:03:41: Apagado de combustión superintensivo con boost-back

T+00:03:43: Lanzar un anillo de puesta en escena caliente

• T+00:06:08: Super Heavy es subsónico

• T+00:06:33: Inicio del aterrizaje súper pesado

• T+00:06:56: Intento de captura y parada de aterrizaje súper pesado

• T+00:08:27: Corte del motor de la nave espacial

• T+00:48:03: Reingreso de la nave espacial

•T+01:02:34: El barco es transónico.

•T+01:03:43: El barco es subsónico.

• T+01:05:15: Giro de aterrizaje de nave espacial

• T+01:05:20: Quemadura de aterrizaje de nave espacial

• T+01:05:34: Aterrizaje de una nave espacial en el Océano Índico

Los funcionarios de SpaceX esperan que el escudo térmico de la nave Starship permanezca intacto mientras se sumerge en la atmósfera, cuando las temperaturas alcanzan los 2.600 grados Fahrenheit (1.430 grados Celsius), lo suficientemente caliente como para derretir el aluminio, el metal utilizado en la construcción de numerosos lanzadores. SpaceX eligió acero inoxidable para Starship porque es resistente a temperaturas criogénicas (el cohete consume combustible y oxidante muy frío) y tiene un punto de fusión más alto que el aluminio.

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La Oficina del Espacio Tangible rediseña el interior del Brooklyn Museum Café

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La Oficina del Espacio Tangible rediseña el interior del Brooklyn Museum Café

El estudio neoyorquino Office of Tangible Space ha renovado los interiores de la cafetería del Museo de Brooklyn, antes del 200 aniversario de la institución el próximo año.

El Brooklyn Museum Cafe está ubicado en el luminoso pabellón de entrada del edificio, que fue agregado al edificio de Bellas Artes original en 2004 por Polshek Partnership Architects (ahora Enéad Architectes).

Muebles en el rediseñado Brooklyn Museum Cafe dispuestos como 'islas y arroyos'

Sirve un menú del restaurador y sommelier local André Hueston Mack, quien dirige el restaurante del vecindario. e hijoLa cafetería rediseñada está dirigida a los lugareños y visitantes del museo para que disfruten de refrigerios y bebidas.

«Al jugar con la misión del museo, [we] Me imaginé el café como una entrada de Brooklyn donde todos están invitados”, dijo Oficina del Espacio Tangible. «El espacio encarna la alegría, la creatividad, la artesanía y la expresión que hacen que Brooklyn y sus habitantes sean tan únicos».

Café en un pabellón luminoso
La cafetería ocupa parte del luminoso pabellón de entrada del edificio.

El estudio local creó un diseño fluido que permite a los visitantes pasear por el espacio.

Los muebles están dispuestos en “islas y arroyos” que pueden acomodar a invitados de diferentes tamaños, así como a aquellos que pasan a tomar un café informal.

Fila de mesas de color bígaro con lados inclinados
Las mesas de color bígaro con lados en ángulo forman formas serpenteantes a través del espacio.

«El espacio está anclado por grandes islas de asientos y corrientes onduladas de mesas personalizadas que indican rutas de senderismo», dijo la Oficina del Espacio Tangible.

Sillas de aluminio con grandes asientos y respaldos perforados acompañan a las mesas, incluidos modelos circulares de madera con capacidad para seis personas y dos tableros de color verde oscuro.

Mesas de dos tapas en color verde oscuro acompañadas de sillas de aluminio.
Las mesas de dos tableros de color verde oscuro van acompañadas de sillas de aluminio perforadas con grandes agujeros.

Otras mesas hechas de láminas dobladas de fino metal de color bígaro tienen lados en ángulo, lo que les permite formar formas serpenteantes cuando se alinean en una fila.

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Alrededor del perímetro se colocan otomanas tapizadas redondas tapizadas en azul pálido y verde, delineadas por un conjunto de divisores de madera independientes y plantas en macetas.

«La incorporación de colores y materiales llamativos se suma a la alegría y la naturaleza táctil del espacio», dijo el estudio.

Para el nuevo espacio, el museo y la Oficina del Espacio Tangible encargaron a 10 artistas locales el diseño de taburetes únicos que salpican la cafetería.

Grandes pufs redondos en la decoración de una cafetería.
Se proporcionan grandes otomanas redondas para asientos más informales.

Asientos de madera artesanales, fabricados por domingosfueron personalizados por Minjae Kim, Chen Chen y Kai Williams, Ellen Pong, Kim Mupangilai y más.

«Estas piezas artesanales no sólo complementan el diseño de la cafetería, sino que también reflejan la filosofía de que la comida, como el arte, es una experiencia inmersiva: involucra los sentidos, genera conversación y crea una conexión entre el creador y el público», dijo la Oficina de Espacio tangible. .

Vista exterior del Museo de Brooklyn y su cafetería.
El café fue rediseñado antes del 200 aniversario del Museo de Brooklyn

El edificio del Museo de Brooklyn, diseñado por McKim, Mead & White y terminado en 1895, albergará diversas exposiciones y eventos previstos para celebrar su bicentenario.

Estos incluyen Rompiendo moldes: El Museo de Brooklyn cumple 200 añosuna vitrina que celebra la colección y el patrimonio de la institución que abrirá sus puertas en febrero de 2025.

Fundada por Michael Yarinsky y Kelley Perumbeti, Office of Tangible Space fue preseleccionada en la categoría Diseñador de Interiores Emergente del Año de los Premios Dezeen 2020.

La fotografía es de Mateo Gordon.

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Los ingredientes clave para la vida en la Tierra provienen del espacio, sugiere nueva evidencia

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Los ingredientes clave para la vida en la Tierra provienen del espacio, sugiere nueva evidencia

Ha surgido nueva evidencia que sugiere que los componentes básicos de la vida fueron traídos a la Tierra primordial desde el espacio mediante meteoritos, un descubrimiento que podría ayudar a los científicos a buscar vida extraterrestre.

Se cree que estos meteoritos fueron restos fracturados de los primeros «asteroides no fundidos», un tipo de planetesimal. Los planetesimales son pequeños cuerpos rocosos que sirvieron como componentes básicos de los planetas rocosos del Sistema Solar, incluida la Tierra. Se formaron hace unos 4.600 millones de años en el disco de polvo y gas que rodeaba al sol naciente, cuando las partículas alrededor de nuestra joven estrella comenzaron a pegarse, acumulando más masa y formando cuerpos cada vez más grandes.

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