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viernes, 9 de diciembre de 2016

Recolección de micrometeoritos metálicos

Polvo de estrellas somos y en polvo nos convertiremos, mientras tanto, polvo buscaremos.

 Pues si, así es, no hace falta expediciones por el desierto con jeeps incorporando planchas con imanes que recogan los meteoritos metálicos que van pillando al paso. Ni seguir las estelas que dejan los bólidos al entrar en búsqueda de su lugar de caída. Ni mucho menos esperar que la suerte haga que nos topemos con uno de ellos en nuestro camino.
 Así que si el meteorito no va al astrónomo, el astrónomo va al meteorito.


Todos los días, desde el espacio nos llega a la Tierra unas cien toneladas de polvo y material extraterrestre, siendo el 99% de ellos de  0.05mm y 0.5mm. Si sumamos el caído en las lluvias de estrellas ese número es aún mayor.
La mayor parte de ese material, en la caída por la atmósfera se descompone y se funde en caso de ser  metálicos o sideritos.
Al seguir cayendo y enfriándose, solidifican en pequeñas esférulas que quedan en suspensión en por la atmósfera.

Poco a poco, y gracias a la lluvia, este polvo es recogido por las gotas de agua y va precipitado a tierra. Gran parte de ello caerá sobre el suelo y se perderá, pero otra pequeña parte caerá sobre los tejados de nuestras casas y con el tiempo se irán depositando en los canalones.
Ese polvo depositado es el que nosotros recogeremos.

Procedimiento

El objetivo será obtener los micrometeoritos metálicos de todo el material que obtenimos en los canalones.

Lo primero que haremos es con un colador normal y corriente separar las partículas más grandes del resto del material. En mi caso, los granos que se quedan en el colador son partículas componentes de de las propias losas del tejado, piedras, hojas y demás.

Primer filtrado con un colador
Vemos como en el bol inferior se va acumulando un polvo mucho más fino que el que está en el bol naranja superior y en el colador. Aun así, siguen siendo granos muy grandes para lo que nosotros queremos.
De todo ese bol, obtendremos apenas unos miligramos de polvo útil.

viernes, 20 de febrero de 2015

Resumen y vídeo de la charla "Física solar"




¡Muchas gracias! Poco más puedo hacer que agradeceros la asistencia a toda la gente que estuvo allí viéndonos :).

Como pudisteis leer en la entrada anterior, el viernes pasado dimos una charla sobre Física solar en la Facultad de ciencias de Valladolid con el grupo de astronomía universitario.

Mi sorpresa fue mayúscula al ver que poco a poco iba entrando gente en la sala, y seguían entrando hasta tal punto que tuvimos que poner alguna que otra silla para que cupiesen todos (¡Casi igualamos el aforo de la charla anterior sobre estrellas dobles que ya mencioné!). Ni mucho menos me esperaba semejante afluencia a un curso sobre astrofísica.


Para rematar la faena, con el paso de los días amigos que iban encontrándose con el vídeo en YouTube o la vieron en persona, fueron comentándome que se les contagió la inquietud por estos temas a raíz de cómo lo explicamos y cómo lo vivíamos al explicarlo, y esto es lo que a uno realmente le empuja a seguir y le anima.

Muchas gracias de nuevo y no tardando traeré novedades por aquí!

sábado, 29 de noviembre de 2014

Plasma y estrellas en casa



Todos en nuestras casas tenemos un laboratorio en potencia, que muchas veces pasa inadvertido, pero que con los ojos adecuados podremos exprimir y obtener resultados notables.

Hoy usaremos un electrodoméstico de aplicación diaria, del cual recientemente he aprendido su multitud de usos una vez "estropeado", bajo el que subyace mucha más física de la que podíamos imaginar, se trata del microondas.
Con él y poco más, podremos crear plasma de una manera muy simple.


¿Qué es el plasma?

Para sentar un poco la base, todos sabemos desde primaria los tres estados de agregación de la materia: gas, líquido y sólido. Pero hay un cuarto, mucho más común en el universo y pese a que puede pasar inadvertido, nos topamos con él cotidianamente, este es el plasma.

Si tenemos un sólido al que subministramos energía en forma de calor, llegará a un punto en el que comenzará a fundirse y pasará al estado líquido. Si seguimos dándole energía, al cabo de un tiempo aparecerá el estado gaseoso. Llegados a este punto hace falta saber que las moléculas de un gas normalmente poseen carga nula (son electromagneticamente estables), es decir, tanto a nivel macroscópico como microscópico las cargas positivas de los protones se contrarrestan con las negativas de los electrones y así permanecen mientras no se les aporte cierta energía externa que perturbe esa estabilidad.

Estructura según el estado de agregación

 Pero nosotros lo que queremos es saber que pasa si seguimos dándole energía.
Si así lo hacemos, el gas comenzará a ionizarse, esto es que empezaremos a arrancar los electrones de los átomos o moléculas y este gas se habrá convertido en una "sopa" de electrones, iones y moléculas (en caso de una ionización parcial), siendo un buen conductor eléctrico debido a cargas libres de moverse.

Tipos de plasma

Fijándonos en las propiedades, la formación y el estado en el que se encuentran las partículas del plasma, podemos hacer una distinción entre dos tipos: calientes y fríos.
Una posible distinción se puede hacer atendiendo al estado termodinámico de las partículas constituyentes del mismo.

Resulta interesante establecer un indicador de cuan ionizado está un plasma, a esto se le llama "grado de ionización" y corresponde al siguiente cociente:





Plasmas calientes
Si la temperatura o energía cinética de las diferentes partículas que componen el plasma es la misma, decimos que se encuentra cercano al equilibrio termodinámico y hablamos entonces de un plasma caliente.
Este es el caso de las estrellas, en las que la temperatura es tan elevada y hay tal exceso de energía que la mayor parte de las partículas tienen la misma energía cinética debido a que hay energía suficiente como para ionizar y proporcionar la misma cantidad a cada una.


Ejemplo de plasma caliente en el Sol

Otro ejemplo son los tubos de descarga a alta presión, en los que al haber gran cantidad de partículas, los choques entre ellas ocurren con gran frecuencia, favoreciendo el intercambio y posterior equilibrio de energía llegando al equilibrio termodinámico. Esto no ocurre cuando las presiones son muy bajas, ya que al ser menor la densidad de partículas, las colisiones resultan esporádicas con la consecuente ausencia de intercambio de energía y equilibrio termodinámico.
El grado de ionización de estos, en el caso del núcleo solar es 10^33.


Plasmas fríos
Como indica su nombre, la temperatura de estos plasmas es notablemente inferior a los anteriores. Se dan, principalmente en tubos de descarga a baja presión. Los choques entre partículas es poco frecuente como para que se intercambie energía y se llegue al equilibrio térmico.
En cambio, existe una gran diferencia entre las energías de unas y otras partículas (no se puede hablar de temperatura de una partícula, realmente nos referimos a su energía cinética, equivalente a su velocidad), siendo la de los electrones mucho mayor que la del resto de partículas del plasma, que poseen energías similares a las del entorno.
Si cogiésemos y separásemos los electrones de los iones y moléculas/átomos y atendiésemos a su "temperatura" (insisto en que no se puede hablar de la temperatura de partículas individuales) observaríamos que la temperatura de los electrones sería mayor que la de los iones y estos a su vez que la de las moléculas/átomos.


Ejemplo de tubo de descargas

Ejemplos de este tipo son los tubos fluorescentes, en los que un gas enrarecido (muy baja presión) es sometido a un fuerte campo eléctrico (diferencia de potencial) ionizándolo y permitiendo la circulación de una corriente eléctrica. Esta corriente impacta contra las moléculas y átomos haciendo que sus electrones suban a capas exteriores excitándolos. Cuando los electrones vuelven a sus correspondientes capas, lo hacen emitiendo fotones (luz).

Estos son los plasmas que nosotros generaremos.

Plasma en el microondas

Para generar plasma en nuestro microondas solo vamos a necesitar una cerilla y un vaso de cristal para confinarlo una vez generado. En mi caso he usado el vaso de una vela gastada, ya que el vidrio es más grueso y aguanta mejor las temperaturas.

Usando un trozo de plastilina, masilla, o papel mojado, hacemos el soporte para que la cerilla se mantenga erguida. Sobre ella pondremos el vaso con la parte cóncava hacia abajo. Pondremos el vaso elevado sobre dos soportes cualesquiera (que no sean metálicos).


Montaje del soporte y la cerilla
Procedemos a encender la cerilla y rápidamente cerramos el microondas poniéndolo en marcha. Durante los primeros segundos no se aprecia gran cosa, pero llega un punto en el que parte de la llama se desprende de la cerilla y comienza a ascender a medida que va creciendo. Al toparse con el interior del vaso alcanza su máximo tamaño y observaremos que emite un zumbido. En este punto ya tenemos generado nuestro plasma frío.





No es recomendable confinarlo durante mucho tiempo, ya que a pesar de no tener una temperatura extremadamente elevada, tiene la suficiente como para calentar el vaso y romperlo.

El video está al comienzo de la entrada. Si no puedes verlo aquí tienes el enlace: https://www.youtube.com/watch?v=P7fFmCrWVzg&list=UUTuEYP9PB3dCmVOjMeMfM_w




¿Qué está ocurriendo?
Si, es muy bonito e impresionante, pero ¿por qué quedarnos en la mera observación si podemos llegar a su comprensión?

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Aclaraciones:
Hay muchos debates sobre si es cierta esta afirmación o no.
Por un lado se dice que una llama no es un plasma ya que no alcanza temperaturas suficientes como para ionizar el gas y afirman que son partículas incandescentes, que posteriormente formarán el humo.
Por otro lado se dice que efetivamente es un plasma a pesar de no ser el "mejor" de ellos, ya que no posee un alto grado de ionización, pero realmente presenta iones en su composición.

En mi opinión la llama se trata de un plasma. Esto se puede corroborar de dos maneras que demuestran su posesión de iones: el fuego es conductor eléctrico y su desviación en presencia de un campo eléctrico.
Se han dado casos de incendios en estaciones eléctricas o junto a tormentas en los cuales las llamas han actuado de medio conductor para producirse la descarga.
La desviación de una llama en presencia de un campo eléctrico aplicado se puede observar claramente en la fotografía a continuación. Esto es facilmente explicable considerando los iones en el fuego.


Llama desviada por campo eléctrico
En el gráfico adjunto, podemos ver que según el CPEP (Contemporary Physics Education Proyect) el fuego es un plasma, al igual que el resto de fenómenos en la tabla.


Tras haber definido el coeficiente de ionización, vemos que el correspondiente a las llamas es de 10^15.
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Una vez encendida nuestra cerilla, tenemos una llama, compuesta en parte por iones. Estos al separarse de la llama por ir ascendiendo debido a la convección, como todos los gases que la componen, se enfrían y vuelven a capturar electrones sueltos reconvertiéndose en moléculas  sin carga.
Aquí es donde entran en juego las microondas. Cuando estos iones ascendentes captan electrones, las microondas incidentes son lo suficientemente energéticas como para volver a ionizar esas moléculas. Este proceso se repite una y otra vez, permitiendo que parte del gas permanezca ionizado y que nosotros lo veamos como una bola de luz incandescente.
Cuando lo apagamos, inmediatamente desaparece la bola de plasma, ya que se queda sin el aprorte de energía externa como para mantener sus moléculas ionizadas.



¿Pero por qué...?
Cabe preguntarse por qué no se produce plasma de normal cuando calentamos algo en el micro.
Sin poder dar una respuesta a ciencia cierta, imagino que se debe a que las moléculas de aire, en el estado normal que se encuentran a las temperaturas ordinarias, no tienen la energía suficiente como para que al incidirles una microonda arranquen electrones de sus capas. En cambio, los gases de la vela están mucho más calientes una vez comienzan a ascender, lo suficiente como para que la radiación incidente pueda ser aprovechada en gran parte para ionizarlo.

Otra pregunta que surge de forma natural al observar el plasma, es el zumbido al que va asociado, que se escucha claramente en el vídeo.
La primera explicación que me vino en mente fue que oscilase a la misma frecuencia con la que oscilan las microondas incidentes. Esta es la misma que la frecuencia de la corriente con la que se alimenta el magnetron (el generador de microondas) que son 50Hz. Al incidirle la radiación, el plasma se comprime y expande produciendo a su vez compresiones en el aire que nosotros interpretamos como ese zumbido.
(Esto es solamente una idea, por lo que los tiros pueden ir por ahí, o completamente extraviados.)

El próximo paso que tengo en mente es hacer el espectro del plasma e intentar averiguar de que gases está compuesto.

¡Nunca está de más darse un paseo por el barrio de la ciencia, y menos en este caso, que se encuentra a la vuelta de la esquina, en nuestra cocina!

miércoles, 5 de noviembre de 2014

Ponencia sobre el sol

Más vale tarde que nunca.
Hoy traigo el vídeo de la ponencia que di con Sergio en las Jornadas Hispano-Francesas hace casi tres semanas.



Faltan los primeros cinco minutos debido a fallos técnicos, en los que Sergio habla sobre la historia de la observación solar.

Como postre de la entrada, estoy pensando en hacer una serie de entradas explicando un poco de física solar y la formación de las manchas más en profundiad.

Por último, mañana (06/11/2014) sobre las 13:00h  estad al tanto de los comunicados del ESO ya que parece que va a dar una noticia bastante importante y con repercusión.

viernes, 18 de julio de 2014

Instrumentación y trabajos del GOA

Hace ya más de dos semanas, junto a Sergio estuvimos viendo los aparatos que el Grupo de Óptica Atmosférica de la UVa tiene instalados en los tejados de la facultad de ciencias. También bajamos a ver los laboratorios donde calibran los fotómetros entre otras cosas.

El GOA participa entre otras en la red de fotómetros AERONET (Aerosol Robotic Network), que se dedica a la medición de aerosoles, su espeso óptico y sus propiedades ópticas. También usan estos datos para corroborar los datos obtenidos por satélite.

Panorámica facultad de ciencias


La toma de datos se realiza mediantes fotómetros Cimel robotizados (a la izquierda de la panorámica)  situados en el tejado de la facultad. Estos fotómetros miden la irradiancia, que es la potencia por unidad de superficie (W·m−2) y con ello calculan el espesor óptico de los aerosoles para diferentes longitudes de onda. La selección de la longitud de onda se hace mediante una rueda de filtros en la caja del propio Cimel.
Las medidas se hacen en intervalos de 15 minutos en los cuales cada 30 segundos se toma tres medidas para cada longitud de onda. Tras esos 15 minutos el Cimel queda en posicion de reposo durante un corto tiempo, esa posición es la que podemos ver en la siguiente fotografía.

Cimel en reposo
También se puede ver en la primera foto que hay en la izquierda varias columnas vacías. Estas están dedicadas a los Cimel que reciben a lo largo del año para su calibrado usando de referencia los "master" que ya tienen (como el de arriba).



Ceilómetro
  Recientemente han recibido un ceilómetro (o nefobasímetro) que al igual esta instalado en el tejado. Este instrumento mediante un pulso láser, emitido verticalmente, registra la altura de la base de las nubes y mide concentraciones de aerosoles.




Cámara all-sky









Por último, aquí arriba hay otra serie de fotómetros que miden la radiancia (potencia por ángulo sólido y superficie) y una cámara all-sky para ver la situación del cielo en tiempo real.






Poniendo ya los pies en tierra y bajando a los laboratorios nos encontramos con varias esferas integradoras, que son unas cavidades esféricas con el interior completamente blanco e uniformemente iluminado. Con ellas se procede a la calibración de los distintos aparatos.

Esfera integradora

Debido a que los Cimel están repartidos por todo el globo terrestre, hace falta saber como responden a diferentes temperaturas y condiciones. Para ello se dispone de una cámara aislada en la cual se le somete a un rango de temperaturas mientras que por una abertura en la misma entra la luz emitida por la esfera.
Cámara térmica
Este verano van a recibir otro fotómetro pero este no será diurno, como el resto de sus hermanos, sino nocturno. Hace las medidas usando la luz reflejada por la luna y así también se podrán tener los datos atmosféricos nocturnos. El uso de este último es algo más complejo debido a que no es uniforme la luz emitida por la luna ya que presenta fases e irrgularidades geográficas, esto hay que tenerlo en cuenta a la hora de la toma de datos.

La verdad es que está bien salir de vez en cuando de los párrafos y lineas para darte un paseo por lo que la investigación científica realmente es, ver donde desembocan  años de estudio y donde puedes aplicar el conocimiento adquirido, no solamente quedarte en ríos de tinta sobre papel.

sábado, 28 de junio de 2014

Formación de rayos y tormenta eléctrica en Burgos

La noche del lunes al martes de la semana pasada (23 al 24 de junio) fue una de esas mágicas noches de tormenta.

El aire fresco y limpio, un cálido hálito veraniego,  el hipnotizante sonido de la lluvia interrumpido por estruendosos truenos, y todo acompañado por uno de los más bellos fenómenos de la naturaleza: los rayos.


Pero...¿qué es un rayo?

Un rayo es una descarga eléctrica, ya puede ser entre la nube y la tierra (o viceversa) , entre nubes, dentro de la propia nube o directamente al aire. Estos son producidos debido a un inteso campo eléctrico entre dos superficies cargadas contrariamente.
Pero como el aire es un medio dieléctrico (cargas fuertemente ligadas entre si), es decir, no conductor, no deberían de permitir este tipo de fenómenos.

 Entonces ¿Por qué se producen los rayos?

La descarga se produce cuando el campo alcanza cierto límite, llamado "campo de ruptura". Llegado  ese punto, el material deja de ser aislante y por él pueden empezar a circular las cargas. En el caso del aire, este valor corresponde con  3.000.000 V/m. Hasta alcanzar este punto, el sistema nube - suelo actúa como un gigantesco condensador de placas paralelas.




Ya tenemos el primer ingrediente para que se genere nuestro tan deseado rayo
Ahora bien, ¿quién es la carga positiva y quién la negativa?


A pesar de que  no se sabe con total certeza el mecanismo que esta detrás de la distribución de cargas en una nube, sabemos que en la nube las partículas más pesadas quedan cargadas negativamente y tienden a distribuirse por la parte inferior de la misma y las positivas en la superior (también hay presencia de cargas negativas en otras zonas de la nube). Debido a la repulsión de cargas con signos iguales, en la tierra las áreas bajo las nubes tenderán a "apartar" las cargas negativas por lo que tendrán un déficit de ellas, es decir, quedarán cargadas positivamente.

Cuando tenemos esto último añadido a la diferencia de potencial, las cargas podemos decir que empiezan a separarse de la nube, ionizando a su paso el aire circundante. A pesar de que el aire no es conductor, cuando lo ionizamos se convierte en ello ya que tenemos una mezcla de cationes (cargas positivas) y electrones. Aquí se abre el camino para que se produzca nuestro rayo.

A la vez que esto sucede en las alturas, a ras del suelo teníamos ya una zona cargada positivamente. Ahora entra en juego un fenómeno físico llamado efecto punta, por el cual los cuerpos con extremos puntiagudos tienen mayor densidad de carga y atraerán más a las descagas producidas.

Si tenemos esta diferencia de potencial tan grande entre dos puntos añadida al aire ionizado es cuando se produce la inevitable descarga.

Ejemplo de un rayo nube-tierra con ramificación descendiente

 Cuando ya teníamos la tormenta encima:

Rayo nube a suelo


De la misma forma, como la nube no es un sistema equipotencial, tiene diferentes densidades de cargas en ella misma, por lo tanto siguiendo el mismo razonamiento anterior es cuando se producen los rayos internos a la nube o también nube a nube.

 Aquí tenemos dos ejemplos de rayos nube a nube en la misma noche :

Rayo nube-nube

Ejemplo rayo nube-nube





Imagen vía Wikipedia (cumulonimbo)
Por último, existen otro tipo de rayos, llamados positivos, que en resumidas cuentas se producen cuando la descarga es de la parte superior de la nube, parte positiva (normalmente un cumulonimbo) al suelo.
Estos rayos generan un estruendo mayor y son mucho más energéticos, debido a que la distancia entre las cargas es considerablemente mayor, la diferencia de potencial que se genera es monstruosa, por lo cual también resultan mucho más peligrosos.
Cabe decir que solo un 5% de los rayos son positivos.




imagen vía wikipedia (polimetracrilato)
Como curiosidad y por mera comparación, el polimetacrilato (PMMA) tiene un campo de ruptura de 19.000.000 V/m.
A la izquierda tenemos una imagen de un rayo producido en este material.












Todas las fotos las saqué a lo largo de cuatro horas durante esa noche.

Para esos momentos en los que queremos la tranquilidad que nos brinda la lluvia y el tiempo no se pone de nuestro lado os dejo el siguiente enlace: Rainy Mood

jueves, 5 de junio de 2014

Nubes iridiscentes sobre Valladolid


¡Que sorpresa la mía al levantar la cabeza y encontrarme con un expectáculo de luces en el seno de una nube!

Detalle de la nube (tomada con el móvil)
Se trata de una "nube iridiscente", debida en parte a la naturaleza ondulatoria de la luz y su interacción con las gotas de agua, causando el fenómeno de la dispersión.

Son difíciles de ver por la serie de factores de los que dependen: tamaño de las partículas, altura de la nube, posición del sol etc.
Nube iridiscente

En cuanto a las fotos, casi igual de rápido que un antiguo cowboy sacaba su pistola, desenfundé el móvil con la intención de plasmar este fenómeno.
Por desgracia el gran brillo de la nube saturaba la zona que nos interesaba, así que use las gafas de sol con la intención de minimizar la cantidad de luz que llegaba al sensor, todo esto ante la atónita mirada de los viandantes que me rodeaban. Incluso alguno se percató del fenómeno y seguramente lo disfrutase.


Pronto describiré este fenómeno con algo más de detalle en la página de la agrupación astronómica a la que pertenezco: AstroDemanda

¡Así que estad al tanto si os interesa!


sábado, 19 de abril de 2014

Simple time-lapse desde Burgos

Siempre que salen las nubes no tiene porque ser malo, aunque nos quitan la posibilidad de salir a observar nos brindan otras igual de bonitas, y ahi tenemos que estar, aprovechandolas y en este caso reflejándolas en un time-lapse.

Las primeras secuencias fueron más bien de prueba. Al ver que no salia mal material me fui animando y buscando diferentes encuadres, unos cúmulos evolucionando, una puesta destras de la copa del pino, un breve Orión, y una luna de madrugada.

Todas estan tomadas desde mi terraza, de ahi el pobre paisaje que las acompaña ^^

Aunque no son nada del otro mundo, algo son y por ser aqui están: