Cantidades extremas no observadas anteriormente de radicales atmosféricos hidroxilo e hidroperoxilo (HO2), que han sido generados directamente por las chispas de los rayos, están involucradas en la limpieza de nuestra atmósfera.

Es lo que sugiere un nuevo estudio publicado en Science. Estas cantidades son mucho más elevadas de lo esperado, y eso es bueno.

El OH controla los gases tóxicos

Ya sabíamos que los rayos aumentan la capacidad de la atmósfera para limpiarse mediante la producción de óxido nítrico reactivo (NO), que, a través de la química atmosférica posterior, conduce en última instancia a la formación de oxidantes atmosféricos, entre ellos el ozono (O3) y los radicales hidroxilo (OH).

El OH es la especie oxidante más importante de la atmósfera, ya que controla las concentraciones de gases tóxicos y relevantes para el clima, como el monóxido de carbono y el metano.

Según los investigadores, estas cantidades están varios órdenes de magnitud por encima de cualquier medición anterior de OH u HO2 atmosférico.

Aunque los resultados son inciertos, quizás por un factor de diez, sugieren que el OH generado por los rayos en todas las tormentas que se producen a nivel mundial en un momento dado podría ser responsable de entre el 2 y el 16% de la capacidad de oxidación de la atmósfera terrestre.

Los rayos son casi desconocidos sobre el Círculo Polar Ártico, pero esto podría cambiar pronto, originando incendios forestales y calentamiento en la zona.

Según un nuevo estudio publicado en Nature Climate Change, de hecho, se estima que los rayos registrados en el Ártico pueden aumentar en aproximadamente un 100% a finales de siglo a medida que el clima continúa calentándose.

El mayor problema: más incendios

Yang Chen, científico investigador del Departamento de Ciencias del Sistema Terrestre de la Universidad de California Irvine que dirigió el nuevo estudio, examinó datos satelitales de la NASA de más de veinte años sobre los rayos en las regiones del norte para construir una relación entre la velocidad de destello y los factores climáticos.

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Mediante el uso de proyecciones climáticas futuras de múltiples modelos utilizados por las Naciones Unidas, el equipo estimó un aumento significativo en los rayos como resultado de aumentos en la convección atmosférica y tormentas eléctricas más intensas. El aumento de rayos provocará más incendios, y los incendios queman pastos cortos, musgos y arbustos que son componentes importantes de los ecosistemas de la tundra ártica.

Más incendios significa también que más permafrost (suelo perennemente congelado que define gran parte del paisaje ártico) se derretirá a medida que los incendios eliminen las capas aislantes protectoras de musgo y materia orgánica muerta que mantienen los suelos frescos.

El permafrost almacena una gran cantidad de carbono orgánico que, si se derrite del hielo, se convertirá en gases de efecto invernadero, dióxido de carbono y metano.

Nuevas imágenes icónicas obtenidas por misiones espaciales como el Observatorio de rayos X Chandra y los telescopios Hubble y Spitzer han sido traducidas a sonidos para que podamos disfrutar de ella de otro modo.

El proyecto de sonificación de datos está dirigido por el Chandra X-ray Center (CXC) como parte del programa Universe of Learning (UoL) de la NASA.

Universe of Learning

A continuación, una imagen del Cúmulo Bala, que proporcionó la primera prueba directa de la materia oscura. Los rayos X de Chandra (rosa) muestran dónde se encuentra el gas caliente en dos cúmulos de galaxias fusionados.

Los datos que muestran la materia oscura están representados por las frecuencias más bajas, mientras que los rayos X se asignan a las frecuencias más altas.

La Nebulosa del Cangrejo, por su parte, ha sido estudiada por personas desde que apareció por primera vez en el cielo de la Tierra en 1054 d.C.

Para la traducción de estos datos en sonido, que también se desplaza de izquierda a derecha, cada longitud de onda de luz se ha emparejado con una familia diferente de instrumentos. Los rayos X de Chandra (azul y blanco) son sonidos de percusión, los datos de luz óptica del Hubble (violeta) son de cuerda y los datos infrarrojos de Spitzer (rosa) se pueden escuchar como instrumentos de viento.

El 24 de febrero de 1987, los observadores del hemisferio sur vieron un nuevo objeto en la Gran Nube de Magallanes, una pequeña galaxia satélite de la Vía Láctea.

Una de las explosiones de supernova más brillantes en siglos y pronto se conoció como Supernova 1987A (SN 87A). Este lapso de tiempo muestra una serie de observaciones de Chandra (azul) y Hubble (naranja y rojo) tomadas entre 1999 y 2013.

Empiezan a rivalizar con la cristalografía de rayos-X, porque los microscopios electrónicos están alcanzado la resolución necesaria para ver átomos.

Concretamente, ya se mueven en dimensiones de 1,2 angstrom (Å), unidad de medida equivalente a la diezmilmillonésima parte del metro: 0,000 000 000 1 metros. En un centímetro caben 100 millones de ángstroms. Es decir 120 picómetros (pm), el doble de un átomo de oxígeno (50 picómetros). Los diámetros atómicos están comprendidos entre 50 pm a 600 pm.

Crio-microscopía electrónica

Si quieres mapear las partes más pequeñas de una proteína, solo tienes unas pocas opciones: puedes convencer a millones de moléculas de proteínas individuales para que se alineen en cristales y analizarlas mediante cristalografía de rayos X. O puedes congelar instantáneamente copias de la proteína y bombardearlas con electrones, un método de menor resolución llamado microscopía crioelectrónica (crio-EM).

Ahora, por primera vez, los científicos han agudizado la resolución de la crio-EM al nivel atómico, lo que les permite señalar las posiciones de átomos individuales en una variedad de proteínas con una resolución que rivaliza con la cristalografía de rayos X.

En un nuevo estudio de Nature se usa una nueva fuente de electrones, un filtro de energía y una cámara para obtener una reconstrucción crio-EM con resolución de 1,7 Å para una proteína.

Aquí, por ejemplo, podemos ver como el mismo grupo de investigadores aplicando la técnica a viriones intactos para mostrar con gran resolución la estructura de la proteína S del SARS-CoV-2:

Aquí la estructura del ribosoma 70s de E. coli resuelta con la misma técnica y con resolución de 2 Å:

Las imágenes de todos los conjuntos de datos se han depositado en el Archivo Público de Imágenes de Microscopía Electrónica.

cGAS de ratón con nucleosoma reconstituido

Cryo-EM de una sola partícula de la quinasa activadora de CDK humana en complejo con ATP-gamma-S

Estructura del ribosoma bacteriano a una resolución de 2 Å

Connexin-46/50 en un entorno de lípidos dinámico resuelto por CryoEM a 1,9 Å [2087 micrografías de fotogramas múltiples compuestos por 150 fotogramas cada uno en formato TIFF]

Estructura de dos nucleosomas unidos por PARP2 humano [conjuntos de datos múltiples en formato MRCS]

Una nueva forma de melanina enriquecida con selenio, llamada selenomelanina, ha sido desarrollada por investigadores de la Universidad Northwestern, en Estados Unidos.

Este nuevo biomaterial podría ser un escudo para el tejido humano contra la radiación dañina, tanto en los tratamientos con rayos X como en los vuelos espaciales.

Melanina

La melanina se encuentra en la mayoría de los organismos en los reinos de plantas y animales, así como en bacterias y hongos. Se han observado cinco tipos de melanina en la naturaleza, con feomelanina (el pigmento en el cabello rojo) que absorbe los rayos X de manera más eficiente que la eumelanina más común (pigmentos negros y marrones en el cabello oscuro).

Pero el equipo de investigadores planteó la hipótesis de que un nuevo tipo de melanina, enriquecida con selenio en lugar de azufre, proporcionaría una mejor protección contra los rayos X. El equipo sintetizó el nuevo biomaterial, al que llamaron "selenomelanina", y lo usó para tratar células vivas. Después de recibir una dosis de radiación que sería letal para un ser humano, solo las células tratadas con selenomelanina aún presentaban un ciclo celular normal.

Pruebas adicionales con bacterias mostraron que la selenomelanina puede ser biosintetizada, lo que significa que las células vivas alimentadas con nutrientes apropiados pueden producir selenomelanina por sí mismas y conservar sus propiedades radioprotectoras.

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Actualmente, las muestras de melanina se encuentran actualmente en órbita en la Estación Espacial Internacional, y están siendo estudiadas por otro equipo de investigación para determinar la respuesta del material a la exposición a la radiación.

En comparación con el peso y el volumen de los materiales radioprotectores tradicionales como el plomo, la melanina es más ligera y más flexible.

La investigación, que se publica en el Journal of the American Chemical Society, ha sido dirigida por Nathan Gianneschi, profesor de Química en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y director asociado del Instituto Internacional de Nanotecnología.

Cada día caen en la Tierra más de 17 millones de rayos; 200 por segundo. Un relámpago es una descarga eléctrica de hasta 30 millones de voltios, suficiente para proveer de luz a una ciudad de 200 000 habitantes durante un minuto. Alcanza una temperatura cinco veces mayor que la temperatura de la superficie del Sol: 30 000 ºC.

Todo esto el promedio. Porque hay rayos mucho más espectaculares. El récord, en ese sentido, lo han obtenido dos rayos caídos en Brasil y Argentina.

Duración y longitud

La Organización Meteorológica Mundial (OMM) ha establecido dos nuevos récords mundiales para la mayor distancia y duración reportadas para un rayo, respectivamente, en Brasil y Argentina. Superan en más del doble los valores anteriores medidos en Estados Unidos y Francia.

WMO has recognized 2 new world records for a single #lightning #megaflash
Longest distance: 709 km (440.6 miles), #Brazil, 31.10.2018
Longest duration 16.7 seconds, #Argentina, 4.3.2019
DOUBLE the previous records
Verified with new satellite lightning imagery technology pic.twitter.com/DfG9NUrjEl

— World Meteorological Organization (@WMO) June 26, 2020

• Longitud: La mayor extensión recorrida en el mundo por un solo rayo es un relámpago que cubrió una distancia horizontal de 709 +/- 8 kilómetros a través de partes del sur de Brasil el 31 de octubre de 2018.
• Duración: La duración máxima de un solo rayo ha sido la 16,73 segundos de una descarga eléctrica que se desarrolló continuamente sobre el norte de Argentina el 4 de marzo de 2019.

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El récord anterior de la distancia detectada más larga para un solo rayo fue de 321 kilómetros el 20 de junio de 2007 en todo el estado de Oklahoma, en Estados Unidos. El récord anterior de duración fue para un solo rayo que duró continuamente 7,74 segundos el 30 de agosto de 2012 sobre Provenza-Alpes-Costa Azul, Francia.

Los cráteres de impacto permiten estudiar las porciones subterráneas de los cuerpos planetarios. Cráteres de impacto como el que aparece en la fabulosa foto que encabeza esta entrada.

Fotografiado en la superficie de Marte, este cráter reciente se formó entre febrero de 2005 y julio de 2005, al norte de Valles Marineris. El "fotógrafo" es la cámara HiRISE, a bordo del orbitador MRO de la NASA.

HIRISE

Los colores oscuros de la imagen muestran una parte de la manta de eyección (lo que está fuera del cráter, debido al impacto del meteoro), incluidos pequeños pedazos de roca lejanos. El azul probablemente representa rocas basálticas oscuras, una roca volcánica que en la Tierra se encuentra comúnmente en lugares como Hawai, en la parte superior de la superficie cubierta de polvo.

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Las características radiales del cráter se componen de eyección y a menudo se denominan "rayos". Los rayos se utilizan para ayudar a identificar cráteres más recientes y encontrarlos en las imágenes. Los cráteres más antiguos no tienen rayos, ya que se han erosionado.

La cámara HiRISE (High-Resolution Imaging Science Experiment, Experimento Científico de Imágenes de Alta Resolución) es la más potente de las instaladas a bordo de la sonda Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA, una nave lanzada el 12 de agosto de 2005 para el avance del conocimiento humano de Marte a través de la observación detallada

Los rayos caen cuando y dónde quieren, y resulta imposible determinar el lugar y el momento, bien lo sabe Doc Brown en Back to the Future (a no ser que dispongas de una octavilla). Sin embargo, nuevo algoritmo de Inteligencia Artificial ya podemos predecir dónde lo hará.

Una vez entrenado, el sistema hizo predicciones que resultaron correctas casi el 80% del tiempo. Ahora se puede usar en cualquier lugar.

De 10 a 30 minutos

Combinando registros meteorológicos e Inteligencia Artificial, una nueva técnica predice en tiempo real dónde caeran rayos con un margen de 10 a 30 minutos en un radio de 30 kilómetros. Esta es la primera vez que un sistema basado en datos meteorológicos simples ha sido capaz de predecir rayos a través de cálculos en tiempo real.

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Los rayos, cuanto más lejos, mejor

La técnica ha sido desarrollada por la Escuela de Ingeniería de EPFL (Escuela Politécnica Federal de Lausana), los investigadores del Laboratorio de Compatibilidad Electromagnética, dirigido por Farhad Rachidi.

El método de los investigadores de EPFL utiliza un algoritmo de aprendizaje automático que ha sido entrenado para reconocer las condiciones que conducen a los rayos. Se tuvieron en cuenta cuatro parámetros: presión atmosférica, temperatura del aire, humedad relativa y velocidad del viento.

Para llevar a cabo la capacitación, los investigadores utilizaron datos recopilados durante un período de diez años de 12 estaciones meteorológicas suizas, ubicadas tanto en áreas urbanas como montañosas.

Además, debido a que los datos se pueden adquirir fácilmente y en tiempo real, se pueden hacer predicciones muy rápidamente, y se pueden emitir alertas incluso antes de que se forme una tormenta.

La Constante de Hubble, la unidad de medida utilizada para describir la tasa de expansión del universo, ahora cambia su cifra de resultas de una nueva medición realizada por un equipo internacional de astrofísicos según un estudio publicado en The Astrophysical Journal.

Esta nueva estrategia condujo a una medición de aproximadamente 67,5 kilómetros por segundo por megaparsec.

Luz de fondo extragaláctica

Hubble originalmente estimó que la tasa de expansión era de 500 kilómetros por segundo por megaparsec, con un megaparsec equivalente a aproximadamente 3,26 millones de años luz. Con la incorporación de nuevas tecnologías, los astrónomos idearon mediciones que diferían significativamente de los cálculos originales del Hubble, reduciendo la velocidad de expansión a entre 50 y 100 kilómetros por segundo por megaparsec. Esta nueva medición también apunta a esta dirección.

Para diseñar estas nuevas estimaciones a partir de modelos de luz de fondo extragalácticos, el equipo de investigadores comparó los últimos datos de atenuación de rayos gamma del telescopio espacial de rayos gamma Fermi y del Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes.

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Los rayos gamma son la forma de luz más energética. La luz de fondo extragaláctica (EBL) es una niebla cósmica compuesta de toda la luz ultravioleta, visible e infrarroja emitida por las estrellas o por el polvo en su vecindad. Cuando los rayos gamma y EBL interactúan, dejan una huella observable, una pérdida gradual de flujo, que es lo que se ha analizado. Según explica Marco Ajello, autor principal del estudio y profesor de Física y Astronomía en la Universidad de Clemson:

Lo que sabemos es que los fotones de rayos gamma de fuentes extragalácticas viajan en el universo hacia la Tierra, donde pueden ser absorbidos al interactuar con los fotones de la luz de las estrellas. La velocidad de interacción depende de la longitud a la que viajan en el universo. Y la longitud que viajan depende de la expansión. Si la expansión es baja, viajan una pequeña distancia. Si la expansión es grande, viajan una distancia muy grande. Así que la cantidad de absorción que medimos dependía en gran medida del valor de la constante de Hubble. Lo que hicimos fue cambiar esto y usarlo para limitar la tasa de expansión del universo.

Las espumas de densidad ultrabaja no son espumas en el sentido tradicional del término, sino una red parecida a un espagueti de alambres de tamaño nanométrico conectados al azar y que contienen el mismo o menos número de átomos que el aire.

Esta técnica, conseguida en el LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory), permite aligerar metales pesados como el oro, la plata o el cobre hasta el punto de que se pueden montar sobre un mosquito.

NIF

Según explica el científico de materiales Michael Bagge-Hansen, investigador principal del proyecto:

Estamos analizando principalmente las cuestiones científicas fundamentales que rigen cómo sintetizar, ensamblar y dar forma a los aerogeles basados en nanocables de metal.

La investigación se remonta a casi una década, pero "solo en los últimos dos años obtuvimos espumas de esta increíble calidad". La escasez de literatura previa sobre la creación de este tipo de cables en grandes cantidades ha obligado a realizar numerosos experimentos y estudios fundamentales para comprender sus mecanismos.

En los experimentos recientes, el equipo congeló el nanocable dentro de un molde creador de formas que normalmente se rellena con una mezcla de agua y glicerol. Cuando se endurece, el nanocable parece una "malla aleatoria de espaguetis congelados".

A continuación, el material se retira del molde y el agua congelada se extrae reemplazándola con acetona, que luego se disuelve en un proceso de secado utilizando dióxido de carbono líquido, dejando solo el metal y el aire.

Un trabajador dentro de la cámara de combustión del NIF.

Las espumas fueron desarrolladas específicamente para NIF como fuentes de rayos X, aunque el material también podría aplicarse a otros usos. El NIF (National Ignition Facility) es un gran proyecto de Estados Unidos de fusión inercial. Cada elemento emite un conjunto característico de rayos X cuando se calienta con láseres en un plasma. Las espumas metálicas pueden imitar el gas, aunque están hechas de materiales que no son gas a temperatura ambiente.

Este tipo de instalaciones están surgiendo debido a la prohibición de ensayos nucleares en superficie, con lo que se hizo necesaria la simulación mediante pequeñas explosiones controladas. La instalación equivalente en Francia es el Laser MegaJoule.