Un rayo es una descarga eléctrica que golpea la tierra, proveniente de la polarización que se produce entre las moléculas de agua de una nube (habitualmente las cargas positivas se ubican en la parte alta de la nube y las negativas en la parte baja), cuyas cargas negativas son atraídas por la carga positiva de la tierra, provocándose un paso masivo de millones de electrones a esta última. Esta descarga puede desplazarse hasta 13 kilómetros, provocar una temperatura de 50.000 °F (unos 28.000°C o sea tres veces la temperatura del Sol), un potencial eléctrico de más de 100 millones de voltios y una intensidad de 20.000 amperes.
martes, 21 de junio de 2011
El rayo
Un rayo es una descarga eléctrica que golpea la tierra, proveniente de la polarización que se produce entre las moléculas de agua de una nube (habitualmente las cargas positivas se ubican en la parte alta de la nube y las negativas en la parte baja), cuyas cargas negativas son atraídas por la carga positiva de la tierra, provocándose un paso masivo de millones de electrones a esta última. Esta descarga puede desplazarse hasta 13 kilómetros, provocar una temperatura de 50.000 °F (unos 28.000°C o sea tres veces la temperatura del Sol), un potencial eléctrico de más de 100 millones de voltios y una intensidad de 20.000 amperes.
Rayos Gamma terrestres
Un grupo de científicos de Italia encabezados por Marco Tavani presentan nuevas observaciones espaciales de emisiones de rayos gamma desde nubes de tormenta, llamadas destellos de rayos gamma-terrestre (TGFs).
Sus análisis sugieren que las tormentas situadas profundamente dentro de nuestra atmósfera a veces producen ráfagas de electrones con energías de hasta 100 MeV. Aunque el mecanismo exacto sigue siendo incierto, estos electrones se cree son acelerados por fuertes campos eléctricos dentro de los nubarrones. Como los electrones energéticos se propagan a través del aire, emiten fotones de bremsstrahlung, los cuales pueden ser observado a cientos de kilómetros de distancia por naves espaciales. Las nuevas observaciones, las cuales fueron realizadas por la nave espacial AGILE de la Agencia Espacial italiana, muestran por primera la notable extensión del espectro de energía de los destellos de rayos gamma terrestre. La comprensión de cómo las tormentas eléctricas son capaces de producir estos rayos gamma energéticos debería decirnos más sobre el ambiente eléctrico dentro de estas tormentas y qué condiciones están presentes durante el inicio del rayo.
Los aceleradores de partículas más conocidos son: el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, o aceleradores naturales, tales como las explosiones de supernovas, las eyecciones de masa coronal, o las erupciones solares. En todos estos casos, las partículas subatómicas son aceleradas en el vacío parcial. Como resultado, el hecho de que las nubes de tormenta, que se encuentra profundamente en nuestra atmósfera, son potentes aceleradores de partículas puede parecer contradictorio. Sin embargo, ahora sabemos que las nubes de tormenta, e incluso los relámpagos, pueden generar electrones de muy alta energía, positrones, rayos X y rayos gamma. Dado que los rayos X y rayos gamma suelen viajar mucho más lejos a través de nuestra atmósfera que los electrones y positrones que los produjeron, estos aceleradores de partículas atmosféricos son en su mayoría estudiados de forma remota mediante la medición de la radiación energética emitida. Por ejemplo, los rayos X hasta unos pocos MeV se han medido en rayos naturales y los producidos por cohetes, y el surgimiento de rayos gamma que duran varios segundos ocasionalmente se han observado desde nubes de tormenta.
Una clase de eventos fascinantes son las brillantes ráfagas de rayos gamma de milisegundos de duración llamadas destellos de rayos gamma-terrestre o TGFs, las cuales el instrumento BATSE a bordo del Observatorio de Rayos Gamma Compton (CGRO) descubrió por primera vez a principios de los años noventa. Inicialmente, la mayoría de los investigadores creían que los destellos se originaban de descargas a gran altitud llamadas “duendes”. Recientemente, sin embargo, varias líneas independientes de investigación han demostrado que la fuente de los TGFs son en realidad las tormentas eléctricas, las cuales se localizan mucho más abajo en nuestra atmósfera. Curiosamente, esto coloca la fuente de los TGFs, con sus grandes flujos de radiación de alta energía, aproximadamente a la misma altura en que los aviones comerciales vuelan habitualmente, aumentando la preocupación de los posibles riesgos de radiación a las personas en los aviones.
El satélite AGILE de la Agencia Espacial Italiana ha detectado estallidos de rayos gamma desde nubes tormentosas. Los estallidos son producidos por electrones acelerados que pueden alcanzar energías hasta de 100 MeV. Crédito:Alan Stonebraker.
Es generalmente aceptado que los rayos gamma en los TGFs provienen de la radiación bremsstrahlung de electrones energéticos que interactúan con el aire.
Los electrones son producidos por el desbocado mecanismo relativista de avalancha de electrones (a veces llamado como "fallos fuera de control"). Dentro de nubes de tormenta los campos eléctricos pueden crecer lo suficientemente grande que la tasa en que los electrones rápidos ganan energía del campo es mayor que la tasa con la que pierden energía cuando interactúan con las moléculas en el aire. Estos electrones pueden adquirir grandes energías del campo eléctrico y se dice que "se desbocan." A medida que los electrones “desbocados” viajan a través del aire, a veces son sometidos a una dura dispersión elástica con los electrones atómicos, produciendo electrones adicionales que también pueden “desbocarse”. El resultado es una avalancha de electrones de alta energía que crecen de manera exponencial en número con la distancia [ ver aquí]. Debido a que la ganancia de energía de los electrones desbocados (o fuera de control ) está estrechamente ligada a la tasa de crecimiento de la avalancha, el espectro de energía de los electrones desbocados se espera que disminuya de forma exponencial de acuerdo a la siguiente expresión [ exp (- E / 7 MeV)] con un pliegue de energía de alrededor de 7MeV, independientemente de la densidad del aire, humedad, precipitación, o detalles sobre el campo eléctrico. Sin embargo, la diferencia de potencial total dentro de la tormenta y la intensidad de campo eléctrico son las que en última instancia, limitan el máximo de energía de los electrones.
Hasta ahora, las mediciones detalladas del espectro de energía han sido limitadas. Por ejemplo,en el instrumento CGRO / BATSE había sólo cuatro canales de energía en su detector los cuales se extendían hasta unos pocos cientos de keV. La nave espacial RHESSI midió muchas propiedades importantes de los TGFs pero sólo podía medir las energías de hasta 20 MeV. Más recientemente, el Fermi/GBM ha encontrado algunos rayos gamma que alcanzan los 40 MeV. El detector Mini-Calorímetro (MCAL) a bordo del satélite AGILE mide los rayos gamma procedentes de todas las direcciones en el rango de 350 keV-100 MeV, por lo que es muy apropiado para medir los TGFs. Los nuevos datos del AGILE/ MCAL reportados por el equipo de Marco Tavani, notablemente demuestran que el espectro de energía de los electrones en los TGFs se extiende hasta los 100 MeV. De buenas a primeras, esto demuestra que las diferencias de potencial muy grandes deben estar presente dentro de las tormentas.
Sorprendentemente, nadie sabe lo que las diferencias de potencial en la tormenta son capaces de producir.
La dificultad es que las observaciones requeridas de múltiples puntos del campo eléctrico son extremadamente difíciles de hacer. Al tomar en cuenta las pérdidas de energía de los electrones en el aire, la observación de que el espectro se extiende a 100 MeV significa que las tormentas pueden alcanzar varios cientos de millones de voltios de diferencia de potencial con un moderadamente fuerte campo eléctrico, una inesperada propiedad eléctrica de estas tormentas.
Aún más interesante, el espectro de los TGFs reportados por Tavani se aparta significativamente de un exponencial en las energías más altas, llegando a ser una Ley de Potencias. Esta observación será muy difícil de explicar usando el modelo estándar relativista de avalancha de electrones desbocados, y es posible que otros mecanismos también esten involucrados en la producción de los TGFs. Sin embargo, esto deja a los teóricos rascándose la cabeza, ya que no es obvio que otros mecanismos son capaces de acelerar partículas hasta energías tan altas en el interior de las tormentas eléctricas.
Sus análisis sugieren que las tormentas situadas profundamente dentro de nuestra atmósfera a veces producen ráfagas de electrones con energías de hasta 100 MeV. Aunque el mecanismo exacto sigue siendo incierto, estos electrones se cree son acelerados por fuertes campos eléctricos dentro de los nubarrones. Como los electrones energéticos se propagan a través del aire, emiten fotones de bremsstrahlung, los cuales pueden ser observado a cientos de kilómetros de distancia por naves espaciales. Las nuevas observaciones, las cuales fueron realizadas por la nave espacial AGILE de la Agencia Espacial italiana, muestran por primera la notable extensión del espectro de energía de los destellos de rayos gamma terrestre. La comprensión de cómo las tormentas eléctricas son capaces de producir estos rayos gamma energéticos debería decirnos más sobre el ambiente eléctrico dentro de estas tormentas y qué condiciones están presentes durante el inicio del rayo.Los aceleradores de partículas más conocidos son: el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, o aceleradores naturales, tales como las explosiones de supernovas, las eyecciones de masa coronal, o las erupciones solares. En todos estos casos, las partículas subatómicas son aceleradas en el vacío parcial. Como resultado, el hecho de que las nubes de tormenta, que se encuentra profundamente en nuestra atmósfera, son potentes aceleradores de partículas puede parecer contradictorio. Sin embargo, ahora sabemos que las nubes de tormenta, e incluso los relámpagos, pueden generar electrones de muy alta energía, positrones, rayos X y rayos gamma. Dado que los rayos X y rayos gamma suelen viajar mucho más lejos a través de nuestra atmósfera que los electrones y positrones que los produjeron, estos aceleradores de partículas atmosféricos son en su mayoría estudiados de forma remota mediante la medición de la radiación energética emitida. Por ejemplo, los rayos X hasta unos pocos MeV se han medido en rayos naturales y los producidos por cohetes, y el surgimiento de rayos gamma que duran varios segundos ocasionalmente se han observado desde nubes de tormenta.
Una clase de eventos fascinantes son las brillantes ráfagas de rayos gamma de milisegundos de duración llamadas destellos de rayos gamma-terrestre o TGFs, las cuales el instrumento BATSE a bordo del Observatorio de Rayos Gamma Compton (CGRO) descubrió por primera vez a principios de los años noventa. Inicialmente, la mayoría de los investigadores creían que los destellos se originaban de descargas a gran altitud llamadas “duendes”. Recientemente, sin embargo, varias líneas independientes de investigación han demostrado que la fuente de los TGFs son en realidad las tormentas eléctricas, las cuales se localizan mucho más abajo en nuestra atmósfera. Curiosamente, esto coloca la fuente de los TGFs, con sus grandes flujos de radiación de alta energía, aproximadamente a la misma altura en que los aviones comerciales vuelan habitualmente, aumentando la preocupación de los posibles riesgos de radiación a las personas en los aviones.
El satélite AGILE de la Agencia Espacial Italiana ha detectado estallidos de rayos gamma desde nubes tormentosas. Los estallidos son producidos por electrones acelerados que pueden alcanzar energías hasta de 100 MeV. Crédito:Alan Stonebraker.
Es generalmente aceptado que los rayos gamma en los TGFs provienen de la radiación bremsstrahlung de electrones energéticos que interactúan con el aire.
Los electrones son producidos por el desbocado mecanismo relativista de avalancha de electrones (a veces llamado como "fallos fuera de control"). Dentro de nubes de tormenta los campos eléctricos pueden crecer lo suficientemente grande que la tasa en que los electrones rápidos ganan energía del campo es mayor que la tasa con la que pierden energía cuando interactúan con las moléculas en el aire. Estos electrones pueden adquirir grandes energías del campo eléctrico y se dice que "se desbocan." A medida que los electrones “desbocados” viajan a través del aire, a veces son sometidos a una dura dispersión elástica con los electrones atómicos, produciendo electrones adicionales que también pueden “desbocarse”. El resultado es una avalancha de electrones de alta energía que crecen de manera exponencial en número con la distancia [ ver aquí]. Debido a que la ganancia de energía de los electrones desbocados (o fuera de control ) está estrechamente ligada a la tasa de crecimiento de la avalancha, el espectro de energía de los electrones desbocados se espera que disminuya de forma exponencial de acuerdo a la siguiente expresión [ exp (- E / 7 MeV)] con un pliegue de energía de alrededor de 7MeV, independientemente de la densidad del aire, humedad, precipitación, o detalles sobre el campo eléctrico. Sin embargo, la diferencia de potencial total dentro de la tormenta y la intensidad de campo eléctrico son las que en última instancia, limitan el máximo de energía de los electrones.
Hasta ahora, las mediciones detalladas del espectro de energía han sido limitadas. Por ejemplo,en el instrumento CGRO / BATSE había sólo cuatro canales de energía en su detector los cuales se extendían hasta unos pocos cientos de keV. La nave espacial RHESSI midió muchas propiedades importantes de los TGFs pero sólo podía medir las energías de hasta 20 MeV. Más recientemente, el Fermi/GBM ha encontrado algunos rayos gamma que alcanzan los 40 MeV. El detector Mini-Calorímetro (MCAL) a bordo del satélite AGILE mide los rayos gamma procedentes de todas las direcciones en el rango de 350 keV-100 MeV, por lo que es muy apropiado para medir los TGFs. Los nuevos datos del AGILE/ MCAL reportados por el equipo de Marco Tavani, notablemente demuestran que el espectro de energía de los electrones en los TGFs se extiende hasta los 100 MeV. De buenas a primeras, esto demuestra que las diferencias de potencial muy grandes deben estar presente dentro de las tormentas.
Sorprendentemente, nadie sabe lo que las diferencias de potencial en la tormenta son capaces de producir.
La dificultad es que las observaciones requeridas de múltiples puntos del campo eléctrico son extremadamente difíciles de hacer. Al tomar en cuenta las pérdidas de energía de los electrones en el aire, la observación de que el espectro se extiende a 100 MeV significa que las tormentas pueden alcanzar varios cientos de millones de voltios de diferencia de potencial con un moderadamente fuerte campo eléctrico, una inesperada propiedad eléctrica de estas tormentas.
Aún más interesante, el espectro de los TGFs reportados por Tavani se aparta significativamente de un exponencial en las energías más altas, llegando a ser una Ley de Potencias. Esta observación será muy difícil de explicar usando el modelo estándar relativista de avalancha de electrones desbocados, y es posible que otros mecanismos también esten involucrados en la producción de los TGFs. Sin embargo, esto deja a los teóricos rascándose la cabeza, ya que no es obvio que otros mecanismos son capaces de acelerar partículas hasta energías tan altas en el interior de las tormentas eléctricas.
“Copernicium”: el elemento químico 122
“Copernicium” es el nombre que se ha propuesto para un nuevo elemento químico, el número 122, en honor al científico y astrónomo polaco Nicolás Copérnico (1473-1543).
El equipo descubridor del elemento 112 de la tabla periódica, del Centro de Investigación de Iones^Pesados (GSI) de la localidad alemana de Darmstadt, ha sugerido bautizarlo como “Copernicium” y que su símbolo sea “Cp”.
El jefe del equipo de científicos que descubrió el nuevo elemento, Sigurd Hofmann, señaló que con su propuesta quieren honrar a “un científico extraordinario, que cambió nuestra visión del mundo”.
Copérnico fue el primero en afirmar que los planetas giran sobre sí mismos y alrededor del Sol, por lo que es considerado como el padre de la astronomía actual.
El elemento 112, el más pesado de la tabla periódica —277 veces más que el hidrógeno—, fue descubierto hace doce años por un equipo internacional de científicos del GSI, y hace unas semanas ese hallazgo fue oficialmente confirmado por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC).
Está previsto que dicho organismo apruebe oficialmente su nombre en seis meses, período para que la comunidad científica discuta sobre la denominación sugerida de “Copernicium”.
El equipo descubridor del elemento 112 de la tabla periódica, del Centro de Investigación de Iones^Pesados (GSI) de la localidad alemana de Darmstadt, ha sugerido bautizarlo como “Copernicium” y que su símbolo sea “Cp”.
El jefe del equipo de científicos que descubrió el nuevo elemento, Sigurd Hofmann, señaló que con su propuesta quieren honrar a “un científico extraordinario, que cambió nuestra visión del mundo”.
Copérnico fue el primero en afirmar que los planetas giran sobre sí mismos y alrededor del Sol, por lo que es considerado como el padre de la astronomía actual.
El elemento 112, el más pesado de la tabla periódica —277 veces más que el hidrógeno—, fue descubierto hace doce años por un equipo internacional de científicos del GSI, y hace unas semanas ese hallazgo fue oficialmente confirmado por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC).
Está previsto que dicho organismo apruebe oficialmente su nombre en seis meses, período para que la comunidad científica discuta sobre la denominación sugerida de “Copernicium”.
lunes, 20 de junio de 2011
122: eka-torio o unbibium
También reclama los créditos del descubrimiento un grupo liderado por Amnon Marinov de la Hebrew University de Jerusalén, quiénes han encontrado los primeros núcleos súper pesados naturales del elemento 122 al tamizar una enorme pila del metal pesado torio.
El equipo de Marinov dice que se trata de un átomo que se mantiene estable por más de 100 millones de años y que su abundancia está entre 1 y 10x10^-12 en comparación con el torio, que es un elemento bastante común (casi tan abundante como el plomo).
Los teóricos han estudiado la tabla periódica para los elementos súper pesados y el 122 sería un miembro del grupo súper pesado de los actínidos.
El equipo de Marinov dice que se trata de un átomo que se mantiene estable por más de 100 millones de años y que su abundancia está entre 1 y 10x10^-12 en comparación con el torio, que es un elemento bastante común (casi tan abundante como el plomo).
Los teóricos han estudiado la tabla periódica para los elementos súper pesados y el 122 sería un miembro del grupo súper pesado de los actínidos.
Elementos transférricos
Los elementos más pesados que el HIERRO se forman durante la explosión final de la estrella.
Durante la vida de una estrella pueden formarse elementos pesados, pero sólo hasta el hierro. Durante la explosión de supernova es posible crear elementos más pesados. Esto se basa en un proceso llamado proceso-r (la r viene de rápido).
Durante las reacciones nucleares se forman isótopos inestables, es decir, elementos que tienen un tiempo de vida muy corto. La única manera en que podrían llegar a convertirse en elementos estables sería capturando un neutrón; el problema es que generalmente no hay gran abundancia de neutrones libres, ya que la vida media de un neutrón aislado es muy corta también; es decir, un neutrón decae en unos cuantos minutos en un electrón y un protón.
No es difícil adivinar cuándo una estrella tiene suficientes neutrones como para que un proceso así pueda llevarse a cabo: justamente cuando se da la fotodesintegración del hierro y los electrones se unen a los protones, formandose una cantidad enorme de neutrones libres.
Como justo en este momento también se lleva a cabo la explosión de las capas externas de la estrella, éstas adquieren temperaturas lo suficientemente altas como para iniciar reacciones que conviertan el hidrógeno y helio presentes en elementos más pesados (hasta el hierro). Pero como en ese momento hay tantos neutrones, los isótopos creados pueden capturarlos y de esta forma se forman elementos más allá del hierro (elementos transférricos).
Un ejemplo de elementos creados mediante este proceso son el oro y el plutonio. Lo impresionante es que el tiempo en el que este proceso se lleva a cabo ¡es de tan solo unos segundos!
Una explosión de supernova es importante no solamente porque ahí es en donde se crean muchos elementos pesados, sino que gracias a esta misma explosión estos elementos se esparcen por el medio interestelar. Las capas externas de la supernova, que contienen una mezcla de todos los elementos formados a lo largo de la vida de la estrella, salen expulsadas a miles de kilómetros por segundo. Esto contribuye al enriquecimiento químico de las galaxias. Todos los elementos químicos que vemos a nuestro alrededor (excepto el hidrógeno y parte del helio) fueron formados en el centro de las estrellas, y expulsados al medio circundante durante las etapas finales de su vida.
Durante la vida de una estrella pueden formarse elementos pesados, pero sólo hasta el hierro. Durante la explosión de supernova es posible crear elementos más pesados. Esto se basa en un proceso llamado proceso-r (la r viene de rápido).
Durante las reacciones nucleares se forman isótopos inestables, es decir, elementos que tienen un tiempo de vida muy corto. La única manera en que podrían llegar a convertirse en elementos estables sería capturando un neutrón; el problema es que generalmente no hay gran abundancia de neutrones libres, ya que la vida media de un neutrón aislado es muy corta también; es decir, un neutrón decae en unos cuantos minutos en un electrón y un protón.
No es difícil adivinar cuándo una estrella tiene suficientes neutrones como para que un proceso así pueda llevarse a cabo: justamente cuando se da la fotodesintegración del hierro y los electrones se unen a los protones, formandose una cantidad enorme de neutrones libres.
Como justo en este momento también se lleva a cabo la explosión de las capas externas de la estrella, éstas adquieren temperaturas lo suficientemente altas como para iniciar reacciones que conviertan el hidrógeno y helio presentes en elementos más pesados (hasta el hierro). Pero como en ese momento hay tantos neutrones, los isótopos creados pueden capturarlos y de esta forma se forman elementos más allá del hierro (elementos transférricos).
Un ejemplo de elementos creados mediante este proceso son el oro y el plutonio. Lo impresionante es que el tiempo en el que este proceso se lleva a cabo ¡es de tan solo unos segundos!
Una explosión de supernova es importante no solamente porque ahí es en donde se crean muchos elementos pesados, sino que gracias a esta misma explosión estos elementos se esparcen por el medio interestelar. Las capas externas de la supernova, que contienen una mezcla de todos los elementos formados a lo largo de la vida de la estrella, salen expulsadas a miles de kilómetros por segundo. Esto contribuye al enriquecimiento químico de las galaxias. Todos los elementos químicos que vemos a nuestro alrededor (excepto el hidrógeno y parte del helio) fueron formados en el centro de las estrellas, y expulsados al medio circundante durante las etapas finales de su vida.
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