Archivo mensual: mayo 2013

Un hogar en el espacio

Hasta cierto punto resulta lógico. Hemos evolucionado en un planeta, así como toda la vida que conocemos; nuestro planeta es el sitio más acogedor con gran diferencia (y el único) de todo lo que conocemos en el universo, así que suponemos que nuestro destino está en ir a otros planetas, planetas como Marte.

Pero podríamos hacer un esfuerzo e imaginar qué pensaría un recién nacido sobre su futuro, quizás pensase que el mejor sitio conocido es el útero materno, y que cuando crezca y madure encuentre otros úteros más acogedores todavía. Se equivocaría.

3842439211_60ab2861d5_bGerald K. O’Neill fue un físico que en la época posterior a los Apolo, planteó la siguiente cuestión a los estudiantes a los que impartía un curso de física en la Universidad de Princeton:

¿Es la superficie de una planeta el mejor lugar para la expansión de una civilización tecnológica?

La conclusión fue un rotundo no.

Los años siguientes O’Neill, fascinado por esta idea, terminó madurando una alternativa seria de colonización espacial y diseñó su modelo de hábitat espacial conocido como Cilindro de O’Neill, que ha sido referente desde hace décadas.

Un Cilindro de O’Neill sería una estructura cilíndrica hueca y presurizada, de un mínimo de 1 km y un máximo de 30 km de longitud, que rotaría para crear pseudogravedad, y que estaría dividido en 6 franjas longitudinales alternas dedicadas a zonas habitables y a zonas con ventanas para que la luz llegase al interior. Tres espejos a modo de pétalos refejarían la luz a través del ventanal hacia la zona habitable justo por debajo. Un anillo de módulos más pequeños destinados a la agricultura rodearía toda la estructura del hábitat.

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Las zonas habitables se acondicionarían con una capa de tierra, y se podrían recrear ríos, pequeños lagos, montañas y bosques, y poblar con pequeños poblados o densas ciudades, según se desease, con una apariencia totalmente terrícola, y una atmósfera como a la del nivel del mar, pero las ventajas no acabarían aquí…

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La población tendría un acceso fácil y económico a zonas sin gravedad, interesante para crear nuevas industrias en microgravedad, así como la facilidad de recrear condiciones de pseudogravedad haciendo girar las estructuras necesarias para desarrollar aquella industria que la necesite, una industria que por otro lado estaría fuera del hábitat.

Tendría acceso permanente a una fuente constante de energía, el Sol, con un brillo no atenuado por la atmósfera, 24 horas al día, 7 días a la semana.

Habría la posibilidad de recrear las condiciones de los lugares más acogedores de la Tierra, la gravedad podría ser la que aquí tenemos, si así lo deseásemos, La duración del día, intensidad de la luz, temperatura e incluso el movimiento del Sol podrían reproducirse a la perfección si lo quisiéramos controlando los espejos.

Los habitantes estarían totalmente protegidos contra la radiación, hasta 3 km de atmósfera por encima, por debajo más de un metro de suelo, todo el casco metálico de la estructura y por fuera una capa de escoria para atenuarla aun más.

Por contra, en un planeta sería necesario subir constantemente un pozo gravitatorio si quisiéramos condiciones de microgravedad, tampoco podremos cambiar la gravedad marciana o de otros planetas si no es adecuada. Puede que la intensidad de la luz ni su ciclo sea adecuado para nuestro confort o para proporcionar energía.

Modelo

Radio(m)

Longitud(km)

Población

1

100

1

5000

2

320

3,2

50.000-100.000

3

1000

10

100.000-1.000.000

4

3200

3,2

1.000.000-10.000.000

Limites de población para modelos de diferente tamaño de Cilindros de O’Neill

Para O’Neill el sitio ideal para estos hábitats eran los puntos de Lagrange L4 y L5 del sistema Tierra-Luna, zonas de estabilidad gravitatoria con el volumen suficiente, varias veces el radio de la Luna, como para acoger varios miles de estas colonias.

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Estos hábitats serian construidos con material lunar, una vez establecida allí la infraestructura industrial necesaria para minar y enviar material manufacturado a estos puntos. Primero se empezaría con la construcción de un Modelo 1.

La movilidad de esa población en L5 sería extremadamente fácil entre sus hábitats, y además estarían a tan solo unos días de viaje de la Tierra

El crecimiento posterior se realizaría en el Cinturón de Asteroides donde calculo que la población humana podría alcanzar 20.000 veces la actual con una superficie equivalente a la de 3.000 Tierras.

Como sabía que tales obras faraónicas no se iban a construir por el placer de hacerlo, ideó un motivo económico que las justificase, la creación de un fuente de energía con capacidad de sobra para satisfacer el hambre de la humanidad. Estoy hablando del SBSP, energía solar con base en el espacio. Multitud de paneles solares de km de longitud transmitirían energía en forma de microondas a rectenas en la superficie terrestre. Todos estos paneles solares serian construidos con material lunar y por trabajadores que vivirían en los Cilindros.

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En definitiva, O’Neill presentaba un modelo que no solo permitiría aliviar la presión de la población sobre la Tierra, sino que además permitía su expansión muy por encima de la actual, mas una fuente de energía limpia.

Lamentablemente, O’Neill en aquella época contaba con las expectativas del nuevo vehículo espacial, que después de la época Apolo sustituiría al Saturno V, el Shuttle, que por aquel entonces era un prometedor vehículo que viajaría una vez por semana al espacio, con precios inferiores a los 1000$ el kg. El resultado distó mucho de esas expectativas: unos pocos lanzamientos al año, por un precio de 20.000$ el kg.

La creación de la base lunar que proporcionaría material para la construcción del primer hábitat no fue posible con esta evolución del Shuttle, ni con el camino que tomó después la NASA.

Afortunadamente ahora vivimos otro momento en el que varias iniciativas privadas están interesadas en aprovechar los recursos que ofrecen ciertos asteroides conocidos como NEO, Space Resources y Deep Space Industries , junto a unos nuevos cohetes de bajo coste como los de SpaceX dan la posibilidad de que se pueda retomar este camino.

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Este post ha sido realizado por Gaizka Ortiz de Urbina (@Orillacosmica ) y es una colaboración de Naukas con la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU.

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Primera imagen de una molécula orgánica durante una reacción

Fuente: Oteyza et al (2013)

Fuente: Oteyza et al (2013)

Conseguir una imagen de una molécula mientras está sufriendo una reacción ha sido considerado uno de los objetos de deseo de los químicos. Científicos de la Universidad de Berkeley y de la Universidad del País Vasco han logrado, por primera vez, fotografiar con gran precisión una molécula antes e inmediatamente después de una reacción orgánica compleja. Las imágenes permiten apreciar los procesos de ruptura y creación de enlaces covalentes entre los átomos que componen la molécula. El artículo, titulado Direct Imaging of Covalent Bond Structure in Single-Molecule Chemical Reactions, del que son autores los grupos de Felix Fischer (Departamento de Química de la Universidad de Berkeley), de Michael Crommie (Departamento de Física de la Universidad de Berkeley) y de Ángel Rubio (catedrático de la UPV/EHU e investigador del Centro de Fisica de Materiales CSIC-UPV/EHU y del Donostia International Physics Center) aparece hoy, 30 de mayo, entre las investigaciones destacadas por la edición online Science Express y saldrá a mediados de junio en la edición en papel de Science. El primer autor del artículo es Dimas Oteyza, que acaba de reincorporarse al Centro de Física de Materiales CSIC-UPV/EHU tras su estancia postdoctoral en Berkeley. 

Las reacciones químicas orgánicas son, en general, los procesos fundamentales que subyacen en toda la biología, así como en importantísimos procesos industriales, como la producción de combustibles o productos farmacéuticos, por poner sólo dos ejemplos. Los modelos estructurales de moléculas en los que tradicionalmente se ha confiado para comprender estos procesos provienen de medias que se han calculado sobre medidas indirectas de un enorme número de moléculas (volúmenes macroscópicos, del orden de milimoles), así como de cálculos teóricos. Nadie había tomado antes imágenes de moléculas individuales antes e inmediatamente después de una reacción orgánica compleja. 

“La importancia de nuestro descubrimiento es que hemos sido capaces de obtener imágenes detalladas de las estructuras en las que una molécula se puede transformar sobre una superficie, y de esa manera hemos podido determinar los movimientos atómicos que subyacen en esas transformaciones químicas”, explica Ángel Rubio. En concreto, los investigadores han captado imágenes de alta definición de una oligo-enediina (una molécula simple compuesta por tres anillos de benceno enlazados por átomos de carbono) depositados en una superficie plana de oro. La técnica utilizada es el llamado Microscopio de Fuerza Atómica sin contacto (nc-AFM, por sus siglas en inglés), un instrumento con una sonda extraordinariamente sensible. Este microscopio de fuerza atómica utiliza una aguja muy fina que puede detectar las más pequeñas protuberancias a escala atómica, de forma parecida a la que usamos para leer una palabra escrita en Braille con las yemas de los dedos. Como las moléculas de oligo-enediina son tan pequeñas (~10–9 m), la punta de la sonda se configuró para que consistiera en un único átomo de oxígeno. Ese átomo provenía de una única molécula de monóxido de carbono, CO, adsorbida en la punta del microscopio AFM y actúa como “dedo” en la lectura. 

Moviendo este “dedo” atómico adelante y atrás a lo largo de la superficie, obtuvieron perfiles que correspondían con las posiciones precisas de los átomos y los enlaces químicos de la oligo-enediina. Avances recientes en esta técnica de microscopia la han hecho tan precisa que los investigadores han podido incluso distinguir si los enlaces entre los átomos de carbono eran simples, dobles o triples. Después, calentaron la superficie en la que se encontraban las moléculas, induciendo una reacción química relacionada estrechamente con las cicloaromatizaciones de Bergman. Estas ciclizaciones, descubiertas por el profesor Bergman, de la Universidad de Berkeley, a comienzos de los años 70, consisten en la formación de anillos aromáticos, es decir, cadenas de átomos de carbono se pliegan formando anillos. “Los perfiles que registramos tras hacer reaccionar las moléculas muestran claramente cómo se forman nuevos enlaces químicos y cómo los átomos dentro de las moléculas se reorganizan para formar nuevas estructuras”, explica Dimas Oteyza. Los resultados se han podido interpretar y analizar microscópicamente gracias a simulaciones realizadas en el grupo de Angel Rubio. 

Además de conseguir una sorprendente confirmación visual de los mecanismos microscópicos que subyacen a las reacciones químicas orgánicas predichas teóricamente, este trabajo tiene relevancia para la fabricación de nuevos materiales y aparatos electrónicos de medida de alta precisión a escala nanométrica.

Referencia:

Dimas G. de Oteyza, Patrick Gorman, Yen-Chia Chen, Sebastian Wickenburg, Alexander Riss, Duncan J. Mowbray, Grisha Etkin, Zahra Pedramrazi, Hsin-Zon Tsai, Angel Rubio, Michael F. Crommie, Felix R. Fischer (2013) Direct Imaging of Covalent Bond Structure in Single-Molecule Chemical Reactions Science DOI: 10.1126/science.1238187  

 

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa 

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Entrevista a Antonio García-Bellido por David Gubb

Fuente: Ahernando / Wikimedia Commons

Fuente: Ahernando / Wikimedia Commons

Los científicos se lo van a pasar muy bien en los próximos 100 años”

Esta entrevista apareció originalmente en el número 3 (2008) de la revista CIC Network y la reproducimos en su integridad por su interés.

Antonio García-Bellido (Madrid, 1936) está considerado el padre de la escuela española de Biología del Desarrollo. Los resultados de sus estudios sobre las bases genéticas del desarrollo y del reconocimiento celular y la riqueza de sus ideas avalan una trayectoria reconocida con, entre otros galardones, el Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica (1984) y el Premio Nacional de Investigación Ramón y Cajal (1995). En la actualidad, es Profesor Vinculado Ad Honorem del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y desarrolla su trabajo en el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa de Madrid. 

Visitó las instalaciones de CIC bioGUNE con motivo del tercer aniversario de la inauguración de este centro, donde mantuvo una interesante conversación con quien disfrutara de una estancia posdoctoral en su laboratorio, el Dr. David Gubb [en ese momento líder de grupo de la Unidad de Genómica Funcional de CIC bioGUNE]. Juntos publicaron el primer estudio sobre genes que controlan la polaridad de las células en el plano de un epitelio. 

Me gustaría empezar hablando sobre el carácter de Charles Darwin, sobre su capacidad de trabajo y su forma exhaustiva de investigar y experimentar. Para mí, lo más llamativo ha sido darme cuenta de que, entre otras cosas, fue un erudito de biblioteca.  

Fundamentalmente, Darwin recabó información de diferentes publicaciones o a partir de observaciones de compañeros suyos. También recopiló datos de la observación del comportamiento de las palomas. El concepto de experimento en la época de Darwin no es como el que tenemos ahora. En aquellos tiempos, no se planteaba el experimento a partir de una hipótesis y se desarrollaban los procedimientos para conseguir unos resultados y una evaluación crítica de éstos, sino que se trataba de recopilar observaciones profundas y detalladas. Darwin acumuló una información fantástica a partir de una idea que tuvo muy temprano en su carrera, no sólo sobre evolución, sino también sobre la selección natural. Se le presentó el grave problema del tiempo y le asaltó la pregunta de cuánto tiempo lleva operando la evolución. Ésta es una pregunta que todavía está sin resolver.

Contaba con la información cercana del geólogo Charles Lyell, que le dijo que los procesos geológicos eran muy largos y que duraban muchos millones de años. Esta información tranquilizó a Darwin, que se daba cuenta de que en el periodo de una vida natural no era posible que se diera el proceso evolutivo, porque no hay tiempo suficiente para que se aíslen las especies. Tampoco tenía una idea muy clara de qué significaba que una especie tuviera que aislarse, pero sí entendía que la evolución tenía que surgir por conflictos. Entonces, desde el entorno de Malthus, surgió la proposición de que los animales compiten entre ellos. Darwin se dio cuenta de que, con el tiempo necesario, esa competición determina una mejora de la descendencia o, por lo menos, un cambio (el concepto de mejor o peor es posterior, entendiendo como mejor al más adaptado). Darwin se movía cómodamente en ese ambiente de conceptos fisiológicos. 

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