UNIVEPISODIO 2: PLANCK

CIENCIA @ ESA: EPISODIO 2: PLANCK - MIRANDO HACIA ATRÁS A LA NOCHE DE LOS TIEMPOS

En este segundo episodio de la serie Ciencia @ ESA vodcast Rebecca Barnes toma una mirada cercana a Planck - una misión de la Agencia Espacial Europea construida para detectar la radiación de la porción de microondas del espectro electromagnético. Esta misión será ayudar a encontrar respuestas a algunas de las preguntas más importantes de la ciencia moderna.

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http://www.esa.int/Education/Teachers_Corner/Science_ESA_Episode_2_Planck_-
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ESTUDIO DEL UNIVERSO INVISIBLE

NUEVA VISIÓN DE LA ESA PARA EL ESTUDIO DEL UNIVERSO INVISIBLE

El universo caliente y lleno de energía y la búsqueda de ondas gravitacionales esquivas será el tema central de las próximas dos grandes misiones científicas de la ESA, se anunció hoy.

. Impresión de una galaxia con las salidas y los jets del artista Crédito: ESA / AOES Medialab

Ambos temas serán Astrofísica y Cosmología, temas fundamentales mediante el estudio en detalle de los procesos que son cruciales para la evolución a gran escala del Universo y su física subyacente.

El tema de la ciencia "el Universo caliente y energético" fue seleccionado para L2 - la segunda misión de clase grande en el programa de la ciencia Visión Cósmica de la ESA - y se espera que se persigue con un observatorio de rayos X avanzados.

Esta misión, con una fecha de lanzamiento prevista para 2028, abordará dos cuestiones clave. ¿Cómo y por qué la materia ordinaria se ensamblan para formar las galaxias y cúmulos de galaxias que vemos hoy, y cómo crecen e influyen en su entorno los agujeros negros?

Los agujeros negros, que están al acecho no visto en los centros de casi todas las galaxias, se consideran como una de las claves para entender la formación de galaxias y su evolución.

La misión L3 estudiará el Universo gravitacional, la búsqueda de ondas en el tejido del espacio-tiempo creado por los objetos celestes con una gravedad muy fuerte, como pares de la fusión de agujeros negros.

Predicho por la teoría de la relatividad general de Einstein, pero aún no se ha detectado directamente, las ondas gravitacionales prometen abrir una nueva ventana en el Universo.

Previsto para su lanzamiento en 2034, se requerirá el desarrollo de un observatorio de ondas gravitatorias vehículos espaciales, o de extrema precisión "gravitómetro', una empresa ambiciosa que empujar los límites de la tecnología actual.

" ESA tiene una destacada trayectoria en el estado del arte del desarrollo de los observatorios  del espacio  que han revolucionado nuestro conocimiento de cómo nacieron y evolucionaron las estrellas y las galaxias, "dice Álvaro Giménez, Director de Ciencia de la ESA y de Exploración Robótica.

" Mediante la aplicación de estos dos nuevos temas, vamos a seguir para hacer retroceder los límites científicos y desvelar los misterios del Universo invisible. "

El proceso de selección para L2 y L3 se inició en marzo de 2013, cuando la ESA hizo un llamado a la comunidad de la ciencia europea para sugerir los siguientes temas científicos que deben ser perseguidos por las misiones grandes del programa Cosmic Vision.

Se recibieron treinta y dos propuestas y evaluadas por un Comité de Estudio Superior, y tras una extensa interacción con la comunidad científica se recomendaron dos temas principales para el Director de Ciencia y Exploración Robótica.

" Tuvimos una tarea difícil para decidir qué temas científicos para elegir todos los candidatos excelentes, pero creemos que las misiones para estudiar el Universo caliente, energético y las ondas gravitacionales se traducirá en los descubrimientos de la mayor importancia para la cosmología, astrofísica y la física en general, "dice Catherine Cesarsky, presidente del Comité de Estudio Superior.

Aunque las fechas de lanzamiento de las misiones L2 y L3 son más de una década de distancia, las actividades para preparar las misiones comenzarán muy pronto. A principios de 2014, una convocatoria para los conceptos de misión L2 se dará a conocer para solicitar propuestas para un observatorio de rayos X de última generación. Un procedimiento similar se siguió en una fecha posterior para la misión L3.

" Hemos abierto una nueva hoja de ruta científica para la Europa de hoy que establecerá nuestro liderazgo en este campo durante las próximas dos décadas, mientras desarrollamos e implementamos nuevas tecnologías para estas misiones emocionantes, "añade el profesor Giménez.

28 de noviembre 2013

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Presupuesto de Radiación de la Tierra

La entrada de energía, que se refleja, absorbe y emite por el sistema de la Tierra son los componentes del balance de radiación de la Tierra. Basado en el principio de la física de la conservación de la energía, este balance de radiación representa la contabilidad del balance entre la radiación entrante, que es casi en su totalidad la radiación solar y la radiación saliente, que se refleja en parte la radiación solar y en parte la radiación emitida por el sistema de la Tierra, incluyendo la atmósfera. Un presupuesto que está fuera de balance puede hacer que la temperatura de la atmósfera para aumentar o disminuir y eventualmente afectar a nuestro clima. Las unidades de energía empleadas en la medición de esta radiación entrante y saliente son vatios por metro cuadrado (W/m2).

La radiación solar entrante

Ultravioleta entrante, visible, y una porción limitada de la energía infrarroja (junto a veces llamada "radiación de onda corta") del Sol en coche el sistema climático de la Tierra. Parte de esta radiación entrante es reflejada por las nubes, parte es absorbida por la atmósfera, y algunos pasos a través de la superficie de la Tierra. Partículas de aerosol más grandes en la atmósfera interactúan con y absorben parte de la radiación, haciendo que la atmósfera se caliente. El calor generado por esta absorción se emite en forma de radiación infrarroja de onda larga, algunas de las cuales irradia hacia el espacio.

Energía absorbida

La radiación solar que pasa a través de la atmósfera de la Tierra se refleja, ya sea por la nieve, hielo u otras superficies o es absorbida por la superficie de la Tierra.

Emisión de Radiación de onda larga

El calor resultante de la absorción de radiación de onda corta entrante se emite en forma de radiación de onda larga. La radiación de la atmósfera superior calentada, junto con una pequeña cantidad de la superficie de la Tierra, irradia hacia el espacio. La mayor parte de la radiación de onda larga emitida calienta la atmósfera inferior, que a su vez calienta la superficie de nuestro planeta.

EFECTO INVERNADERO

Gases de efecto invernadero en la atmósfera (como el vapor de agua y dióxido de carbono) absorben la mayor parte de la radiación de onda larga emitida de la Tierra infrarroja, que calienta la atmósfera inferior. A su vez, la atmósfera se calienta emite radiación de onda larga, algunas de las cuales se irradia hacia la superficie de la Tierra, manteniendo nuestro planeta cálido y cómodo en general. El aumento de las concentraciones de gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono y metano aumentar la temperatura de la atmósfera inferior al restringir el paso hacia el exterior de la radiación emitida, lo que resulta en el "calentamiento global", o, en términos más generales, el cambio climático global.

Crédito: NASA / Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Estudio

RADIACIÓN Y EL SISTEMA CLIMÁTICO

Para los científicos a comprender el cambio climático, sino que también deben determinar lo que impulsa los cambios en el balance de radiación de la Tierra. Las nubes y el Sistema de Energía Radiante de la Tierra (CERES) a bordo del satélite del Aqua y Terra de la NASA mide la radiación de onda corta reflejada y la radiación de onda larga emitida hacia el espacio con precisión suficiente para que los científicos determinan balance radiativo total de la Tierra. Otros instrumentos de la NASA monitorean los cambios en otros aspectos del sistema de tal clima de la Tierra en forma de nubes, las partículas de aerosol, y la superficie de reflexión-y los científicos están examinando sus múltiples interacciones con el balance de radiación.

Fuente: http://missionscience.nasa.gov/ems/13_radiationbudget.html

Visualización: De la Energía a la imagen

¿CÓMO visualizo LUZ que no podemos ver?

Falso color, o el color representativo, se utiliza para ayudar a los científicos a visualizar los datos de las longitudes de onda más allá del espectro visible. Los instrumentos científicos a bordo de la nave espacial de la NASA regiones sensoriales dentro de las bandas de espectro espectral electromagnéticos. Los instrumentos dirigen la energía electromagnética sobre un detector, donde los fotones individuales producen electrones relacionados con la cantidad de energía entrante. La energía se encuentra ahora en la forma de "datos", que pueden ser transmitidas a la Tierra y se transformarán en imágenes.

CÁMARA DIGITAL

Las cámaras digitales funcionan de manera similar a algunos de los instrumentos científicos. Un sensor en la cámara captura el brillo de la luz roja, verde y azul y registra estos valores de brillo como números. Los tres conjuntos de datos se combinan luego en los canales rojo, verde y azul de un monitor de ordenador para crear una imagen en color.

IMÁGENES DE COLORES NATURALES

Instrumentos a bordo de los satélites también pueden capturar los datos de luz visible para crear un color natural, o color verdadero, imágenes de satélite. Los datos de las bandas de la luz visible se componen en sus respectivos canales rojo, verde y azul en la pantalla. La imagen simula una imagen en color que nuestros ojos verían desde el punto de vista de la nave espacial.

Crédito: NASA y el equipo de Hubble Heritage

Las imágenes en color FALSAS

Los sensores también se pueden registrar valores de brillo en las regiones más allá de la luz visible. Esta imagen del Hubble de Saturn fue tomada en longitudes de onda infrarrojas más largas y un material compuesto en los canales rojo, verde y azul, respectivamente. La imagen compuesta en falso color resultante revela variaciones de composición y patrones que de otra manera sería invisible.

Crédito: NASA / JPL / STScI

Suelo marciano

Esta imagen infrarroja en falso color de la Emisión Imaging System (THEMIS) Cámara térmica a bordo de la nave Mars Odyssey revela las diferencias en la mineralogía, la composición química y la estructura de la superficie marciana. Grandes depósitos de mineral olivino aparecen en esta imagen como magenta y púrpura-azul.

DATOS DE SENSORES MÚLTIPLES

Esta imagen compuesta de la galaxia espiral Messier 101, combina vistas de Spitzer, Hubble y Chandra telescopios espaciales. El color rojo muestra la vista de Spitzer en luz infrarroja. Se destaca el calor emitido por franjas de polvo en la galaxia donde pueden formar estrellas. El color amarillo es la opinión de Hubble en luz visible. La mayor parte de esta luz proviene de estrellas, y se traza la misma estructura espiral como las franjas de polvo. El color azul muestra la visión de Chandra en luz de rayos x. Las fuentes de rayos X incluyen el gas a millones de grados, estrellas que han explotado, y el material de chocar alrededor de los agujeros negros.

Crédito: NASA, ESA, CXC, JPL, Caltech y STScI

Estas imágenes compuestas permiten a los astrónomos comparan cómo se ven las características en múltiples longitudes de onda. Es como "ver" con una cámara, gafas de visión nocturna y visión de rayos x de una vez.

COLOR MAPS

A menudo, un conjunto de datos, tales como datos de elevación o de temperatura, se representa mejor como un rango de valores. Para ayudar a los científicos a visualizar los datos, los valores se asignan a una escala de colores. El código de color es arbitraria y por lo tanto puede ser elegido de acuerdo a cómo mejor se pueden visualizar los datos.La superficie del mar mapa de temperaturas abajo usa una escala de color azul oscuro para las temperaturas frías a rojo para temperaturas cálidas.

Crédito: NASA / Goddard Space Flight Center

La evaporación a la superficie del océano deja minerales y sales detrás. Por esta y otras razones, la salinidad del océano varía de lugar a lugar. Este mapa muestra las medias a largo plazo de la salinidad superficial del mar utilizando salinidad unidades-unidades prácticas usadas para describir la concentración de sales disueltas en el agua. Las regiones blancas tienen la más alta salinidad y las regiones oscuras tienen los más bajos.

Fuente: http://missionscience.nasa.gov/ems/04_energytoimage.html

COMPORTAMIENTO DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

Las ondas de luz en todo el espectro electromagnético se comportan de manera similar.Cuando una onda de luz se encuentra con un objeto, que se transmiten, reflejada, absorbida, refractada, polarizado, difractada, o dispersos en función de la composición del objeto y de la longitud de onda de la luz.

Instrumentos especializados a bordo de las naves espaciales y aviones de la NASA recogen datos sobre cómo las ondas electromagnéticas se comportan cuando interactúan con la materia. Estos datos pueden revelar la composición física y química de la materia.

Reflexión

La reflexión es cuando la luz incidente (luz incidente) realiza un objeto y rebota. Las superficies muy lisas como espejos reflejan casi toda la luz incidente.

El color de un objeto es en realidad las longitudes de onda de la luz reflejada mientras que todas las otras longitudes de onda son absorbidas. Color, en este caso, se refiere a las diferentes longitudes de onda de luz en elespectro visible de luz percibida por nuestros ojos. La composición física y química de la materia determina que la longitud de onda (o color) se refleja.

Este comportamiento de reflexión de la luz es utilizada por el láser a bordo del Orbitador de Reconocimiento Lunar de la NASA para mapear la superficie de la Luna. El instrumento mide el tiempo que tarda un pulso de láser para golpear la superficie y volver. El más largo es el tiempo de respuesta, cuanto más lejos de la superficie y reducir la elevación.Un tiempo de respuesta más corto significa que la superficie está más cerca de o superior en elevación. En esta imagen del hemisferio sur de la Luna, las elevaciones bajas se muestran como púrpura y azul, y las altas elevaciones se muestran en rojo y marrón.

Crédito: NASA / Goddard

Absorción

La absorción ocurre cuando los fotones de la luz incidente golpean los átomos y las moléculas y hacer que vibren. Cuanto más moléculas de un objeto se mueven y vibran, más caliente se vuelve. Este calor es entonces emitida desde el objeto en forma de energía térmica.

Algunos objetos, como objetos de colores oscuros, absorben más energía que incide la luz que otros. Por ejemplo, el pavimento negro absorbe la energía más visible y UV y refleja muy poco, mientras que una acera de hormigón de color claro refleja más energía que la que absorbe. Por lo tanto, el pavimento negro es más caliente que la acera en un día caluroso de verano. Los fotones rebotan durante este proceso de absorción y pierden bits de energía para numerosas moléculas en el camino. Esta energía térmica a continuación, se irradia en forma de energía infrarroja de longitud de onda más larga.

La radiación térmica del asfalto de absorción de energía y techos en una ciudad puede elevar su temperatura de la superficie por tanto como 10 ° centígrados. La imagen de satélite Landsat 7 muestra la ciudad de Atlanta como una isla de calor en comparación con los alrededores. A veces, este calentamiento del aire por encima de las ciudades puede influir en el tiempo, que se llama el efecto "isla de calor urbano".

Crédito: Marit Jentoft-Nilsen, basado en Landsat-7 datos.

Difracción

La difracción es la flexión y extensión de las ondas alrededor de un obstáculo. Esto es más pronunciado cuando una onda de luz golpea un objeto de un tamaño comparable a su propia longitud de onda. Un instrumento llamado espectrómetro utiliza la difracción de la luz por separado en una gama de longitudes de onda de un espectro. En el caso de la luz visible, la separación de longitudes de onda a través de los resultados de difracción en un arco iris.

Un espectrómetro utiliza difracción (y la interferencia posterior) de la luz de ranuras o rejillas de longitudes de onda diferentes. Picos débiles de la energía en longitudes de onda específicas a continuación, pueden ser detectados y registrados. Una gráfica de estos datos se denomina firma espectral. Patrones en una firma espectral ayudar a los científicos a identificar las condiciones físicas y la composición de la materia estelar e interestelar.

El siguiente gráfico del espectrómetro infrarrojo SPIRE a bordo de la ESA (Agencia Espacial Europea) El telescopio espacial Herschel revela fuertes líneas de emisión de monóxido de carbono (CO), el carbono atómico, y el nitrógeno ionizado en la galaxia M82.

Crédito: ESA / NASA / JPL-Caltech

Dispersión

Dispersión se produce cuando la luz rebota en un objeto en una variedad de direcciones. La cantidad de dispersión que se produce depende de la longitud de onda de la luz y el tamaño y la estructura del objeto.

El cielo se ve azul debido a este comportamiento de dispersión. Luz en las longitudes de onda más corta de color azul y violeta-es dispersada por el nitrógeno y el oxígeno a su paso por la atmósfera. Longitudes de onda más largas de luz roja y amarilla-transmiten a través de la atmósfera. Esta dispersión de la luz en longitudes de onda más cortas ilumina el cielo con la luz del extremo azul y violeta del espectro visible. A pesar de que la violeta se dispersa más que el azul, el cielo se ve azul para nosotros porque nuestros ojos son más sensibles a la luz azul.

Los aerosoles en la atmósfera también pueden dispersar la luz. Cloud-Aerosol Lidar de la NASA y de infrarrojos Pathfinder Satélite de Observación (CALIPSO) satélites pueden observar la dispersión de los pulsos de láser para "ver" las distribuciones de aerosoles a partir de fuentes tales como las tormentas de polvo y los incendios forestales. La siguiente imagen muestra una nube de ceniza volcánica deriva sobre Europa a partir de una erupción del volcán Eyjafjallajökull de Islandia en 2010.

Crédito: NASA / GSFC / LaRC / JPL, MISR

Refracción

La refracción es cuando las ondas de luz cambian de dirección a medida que pasan de un medio a otro. La luz viaja más lento en el aire que en el vacío, y aún más lento en agua.Cuando la luz viaja en un medio diferente, el cambio de velocidad se dobla la luz.Diferentes longitudes de onda de la luz se retrasan a ritmos diferentes, lo que hace que se doblen en diferentes ángulos. Por ejemplo, cuando el espectro completo de la luz visible se desplaza a través de la copa de un prisma, las longitudes de onda se separan en los colores del arco iris.

Fuente: http://missionscience.nasa.gov/ems/03_behaviors.html

Anatomía de una onda electromagnética

 

Energía, una medida de la capacidad de hacer trabajo, se presenta de muchas formas y puede transformarse de un tipo a otro. Ejemplos de energía almacenada o potencial incluyen las pilas y el agua en una presa. Los objetos en movimiento son ejemplos de energía cinética. Partículas cargadas, tales como electrones y protones-crear campos electromagnéticos cuando se mueven, y estos campos transportan el tipo de energía que llamamos radiación electromagnética, o luz.

¿CUÁLES SON LAS ONDAS?

Ondas mecánicas y ondas electromagnéticas son dos formas importantes de que la energía se transporta en el mundo que nos rodea. Ondas en el agua y las ondas sonoras en el aire son dos ejemplos de ondas mecánicas. Ondas mecánicas son causadas por una alteración o vibraciones en la materia, ya sean sólidos, gas, líquido o plasma. La materia a través de que viajan las ondas  se llama un medio. Ondas de agua se forman por las vibraciones en un líquido y las ondas de sonido se forman por las vibraciones en un gas (aire). Estas ondas mecánicas viajan a través de un medio, causando que las moléculas chocan entre sí, como la caída de fichas de dominó que transfieren la energía de uno a otro. Las ondas sonoras no pueden viajar en el vacío del espacio, porque no hay ningún medio para transmitir estas ondas mecánicas.

Ondas clásicas transfieren energía sin transporte de materia a través del medio. Ondas en un estanque no llevan las moléculas de agua de un lugar a otro; en lugar de la energía de la onda viaja a través del agua, dejando las moléculas de agua en el lugar, al igual que un meneo de error en la parte superior de las ondas en el agua.

Ondas electromagnéticas

Crédito: Ginger Carnicero

La electricidad puede ser estática, como la energía que puede poner los pelos de punta. Magnetismo también puede ser estático, como lo es en un imán de refrigerador. Un campo magnético variable induce un campo eléctrico variable y viceversa-los dos están relacionados. Estos campos cambian de forma de ondas electromagnéticas. Las ondas electromagnéticas difieren de las ondas mecánicas en que no requieren un medio para propagar.Esto significa que las ondas electromagnéticas pueden viajar no sólo a través del aire y los materiales sólidos, pero también a través del vacío del espacio.

En las décadas de 1860 y 1870, un científico escocés llamado James Clerk Maxwell desarrolló una teoría científica para explicar las ondas electromagnéticas. Se dio cuenta de que los campos eléctricos y campos magnéticos pueden en pareja juntos formar las ondas electromagnéticas. Resumió esta relación entre la electricidad y el magnetismo en lo que ahora se conoce como "Las ecuaciones de Maxwell."

Heinrich Hertz, físico alemán, aplica las teorías de Maxwell a la producción y recepción de ondas de radio. La unidad de frecuencia de una onda de radio - un ciclo por segundo - se llama el hertz, en honor a Heinrich Hertz.

Su experimento con ondas de radio resolvio dos problemas. En primer lugar, que había demostrado en el hormigón, lo que Maxwell sólo había teorizado - que la velocidad de las ondas de radio es igual a la velocidad de la luz! Esto demostró que las ondas de radio eran una forma de luz! En segundo lugar, Hertz descubrió cómo hacer que los campos eléctricos y magnéticos se desprenden de cables y sea libre en forma de ondas de Maxwell - ondas electromagnéticas.

Las ondas electromagnéticas se forman por las vibraciones de los campos eléctricos y magnéticos. Estos campos son perpendiculares el uno al otro en la dirección de la ola está viajando. Una vez formada, esta energía viaja a la velocidad de la luz hasta nuevo interacción con la materia.

Ondas o partículas? SÍ!

Luz está hecha de paquetes discretos de energía llamados fotones. Los fotones llevar el impulso, no tienen masa, y viajan a la velocidad de la luz.Toda luz tiene tanto propiedades ondulatorias y como de las partículas. Como un instrumento está diseñado para detectar la influencia de luz que de estas propiedades se observan. Un instrumento que difracta luz en un espectro de análisis es un ejemplo de la observación de la propiedad en forma de onda de la luz. La naturaleza de las partículas de la luz como se observa por los detectores utilizados en cámaras digitales fotones-individuales liberar electrones que se utilizan para la detección y almacenamiento de los datos de imagen.

POLARIZACIÓN

Una de las propiedades físicas de la luz es que puede ser polarizada. La polarización es una medición de la alineación de campo electromagnético. En la figura anterior, el campo eléctrico (en rojo) está polarizada verticalmente. Piense en una lanza un disco volador en una valla de estacas. En una orientación que va a pasar a través, en otro será rechazado.Esto es similar a cómo las gafas de sol son capaces de eliminar el brillo mediante la absorción de la parte de la luz polarizada.

DESCRIPCIÓN DE ENERGÍA ELECTROMAGNÉTICA

Los términos de las luces, las ondas electromagnéticas y radiación todos se refieren al mismo fenómeno físico: energía electromagnética. Esta energía puede ser descrito por la frecuencia, longitud de onda, o energía. Los tres están relacionadas matemáticamente de tal manera que si usted conoce uno, se puede calcular que los otros dos. La radio y las microondas son generalmente descritas en términos de frecuencia (Hertz), la luz infrarroja y visible en términos de longitud de onda (metros), y los rayos X y los rayos gamma en términos de energía (electronvoltios). Esta es una convención científica que permite el uso conveniente de unidades que tienen números que no son ni demasiado grande ni demasiado pequeño.

FRECUENCIA

El número de crestas que pasan por un punto dado dentro de un segundo se describe como la frecuencia de la onda. Una onda o ciclos por segundo se llama Hertz (Hz), después de Heinrich Hertz quien estableció la existencia de las ondas de radio. Una onda con dos ciclos que pasan por un punto en un segundo tiene una frecuencia de 2 Hz.

LONGITUD DE ONDA

Las ondas electromagnéticas tienen crestas y valles similares a las de las olas del mar. La distancia entre las crestas es la longitud de onda. Las longitudes de onda más cortas son sólo fracciones del tamaño de un átomo, mientras que las longitudes de onda más largas, estudios científicos actuales,  puede ser más grande que el diámetro de nuestro planeta!

ENERGÍA

Una onda electromagnética puede describirse también en términos de sus unidades de medida de energía llamada electrón-voltios (eV). Un voltios de electrones es la cantidad de energía cinética necesaria para mover un electrón a través de uno potencial voltios. Moviéndose a lo largo del espectro de largo a longitudes de onda cortas, aumenta la energía como se acorta la longitud de onda. Considere la posibilidad de una cuerda de saltar con sus extremos siendo arrastradas hacia arriba y abajo. Se necesita más energía para hacer que la cuerda tenga más olas.

Fuente: