Celebrando 20 años del Telescopio Espacial Hubble

Por Joel Jimenez

Dentro de la ciencia uno de los instrumentos científicos más poderosos es sin duda el telescopio espacial Hubble (HST). Los descubrimientos derivados de sus productos han revolucionado la investigación astronómica, desde la ciencia planetaria hasta la cosmología. Las imágenes captadas por el Hubble siempre son extraordinarias e impresionantes. 

La NASA, ESA y STScI celebran los grandes hallazgos del Hubble con una “nueva” imagen dada a conocer hace unos días. Este evento celebra el vigésimo aniversario del lanzamiento y puesta en orbita del Hubble. La imagen destaca una pequeña porción de una de las más largas regiones observadas del nacimiento de una estrella dentro de la galaxia, la Nebulosa Carina. Carina es una larga y brillante nebulosa que rodea varios grupos de estrellas. 

 Nebulosa Carina (NASA/ESA). (Click for zoom)

La nueva escena es un remanente de las imágenes clásicas “Los pilares de la creación” obtenidas en 1995, y es de una apariencia fabulosa. Esta nueva imagen llamada la “Montaña Mística” captura la actividad caótica sobre uno de los pilares de gas y polvo espacial, de tres años luz de altura. El pilar es expandido desde su interior por las estrellas nacientes que arrojan fuertes corrientes de gas muy caliente y que son visibles durante sus movimientos por las cúpulas. Las corrientes de gas altamente ionizado fluyen fuera de las colinas de la estructura, que iluminadas por la luz estelar, parecen flotar alrededor. Las partes mas densas del pilar se resisten a la erosión de la radiación que reciben. Los colores en esta imagen compuesta corresponden al resplandor de oxigeno (azul), hidrogeno y nitrógeno (verde), y sulfuro (rojo).

 La "Montaña mistica", id: heic1007a (NASA, ESA, M. Livio and the Hubble 20th Anniversary Team (STScI)). (Click for zoom)

Acercamiento a algunas estructuras de la "Montaña mistica". (NASA/ESA) (Click for zoom)

Video:

Telescopio Espacial Hubble

Vuelo de insectos: La capacidad de estabilización de la mosca de fruta.

Por J. Jimenez

Cuando nos  movemos a través de ambientes naturales requerimos de mecanismos que nos permitan el mantener estabilidad motriz en caso de variaciones impredecibles. En insectos voladores, las técnicas aplicadas en el andar de sus recorridos juegan un papel importante en el control del vuelo. La mosca, este insecto de dos alas y 4-10 mm de longitud, posee unas habilidades de vuelo increíbles. Cuando se encuentra en vuelo no es nada fácil alterar su trayectoria hacia su presa (sea fruta ó humanos), situación que cualquiera de nosotros habrá enfrentado alguna vez en la interminable batalla Hombre vs. Mosca. La insistencia de las moscas puede ser molesta, pero su habilidad para mantener un vuelo estable, aun en la presencia de interferencias, es impresionante.

Ristroph [1] y colegas han estudiado en detalle como las moscas de fruta se recuperan de perturbaciones durante el vuelo y proponen un mecanismo que explica la auto-estabilización que utilizan.

En sus experimentos Ristroph y colegas trazaron gráficamente el vuelo libre de la mosca de fruta (Drosophila melanogaster) utilizando un arreglo ortogonal de cámaras de alta velocidad (8000 imágenes/segundo)., ver Fig. 1. Se fijo a la mosca utilizando cables de carbón y acero de 1.5 mm pegados a su espalda con el fin de controlar de manera adecuada las perturbaciones durante su vuelo.

 Fig.1 Reconstrucción tridimensional de la recuperación de maniobra. 

Cuando la mosca entra a la sección de prueba, un disparador óptico detecta al insecto iniciando la grabación y activa un par de rollos de Helmholtz que producen un campo magnético. El campo y el alambre de acero están orientados horizontalmente, por lo que el torque que resulta sobre el alambre re-orienta el ángulo de viraje del insecto. Además, se usa un sistema de seguimiento de trayectoria para extraer la geometría tridimensional y los movimientos del ala. Los videos y datos obtenidos revelan que los insectos reaccionan a las perturbaciones mecánicas tratando de corregir su camino, y que esta reacción depende de la fuerza de la perturbación, ver Fig.2. Para perturbaciones que causaron deflexiones alrededor de los 45 grados, los insectos se recuperaron rápidamente. Típicamente regresaban a su trayectoria original dentro de menos de 60 milisegundos. Cuando se llevo más allá de los 45 grados, las moscas podían regresar, pero de manera menos precisa. Las moscas contrarrestan la rotación impuesta generando un torque aerodinámico al ajustar el ángulo del ala.

 Fig. 2. (A) Movimiento de cuerpo y ala para un caso de corrección correcta. (B) Angulo de guiñada en función del tiempo medido en periodos de alabeo. (C) Diferencia del ángulo de ataque, experimental contra modelo de control proporcional-derivativo.

Estas investigaciones revelan que existe un mecanismo de auto-estabilización en el cual se usan cambios finos de la orientación del ala. Esto podría significar que mucho de la capacidad del vuelo de la mosca esta en función de la fortaleza y elasticidad de sus alas, con ello se reduce la necesidad de comando y control por su sistema nervioso. Esto es lo que se le llamaría un sistema de control “pasivo”.

Referencia:

[1] Ristroph L., Bergou A. J., Ristroph G., Coumes, K., Gordon, J. , Guckenheimer Z., Wang, J. Cohen, I., Discovering the flight autostabilizer of fruit flies by inducing aerial stumbles, PNAS, vol. 107, N. 11, March 2010, pp. 4820-4824. 

Video (Vuelo):

Flies "swim" when they're flying from Science News on Vimeo.

Arte de la ciencia exacta

Por J. Jimenez

Anualmente la Sociedad Americana de Física (APS) en su división de mecánica de fluidos selecciona las mejores imágenes y exhibe una galería. La exhibición muestra imágenes maravillosas y sorprendentes de diversos fenómenos de flujo de fluidos, imágenes resultado de exploraciones experimentales y computacionales de investigadores de varias instituciones alrededor del mundo. La siguiente parte es una pequeña muestra de algunos de los ganadores.

Ondulaciones en delgadas capas de jabón (2009)
Las ondulaciones producidas en una delgada capa de jabón asemejan el flujo de aire de algún abanico de mano, esta imagen de un equipo de investigación de la Universidad Técnica de Dinamarca fue creada usando un ventilador sobre una delgada capa lo que produjo esta admirable forma.



Burbujas producidas por pulsos laser (2009)
Un equipo de investigadores de la Universidad Técnica de Nanyang en Singapur fotografiaron 25 burbujas de manera simultánea que fueron producidas usando pulsos láser hacia un líquido. En este arreglo –imagen tomada seis microsegundos después del impacto del láser- la presión de aire en las burbujas centrales es casi la misma que del flujo que la rodea. Esto permite a las burbujas aumentar su tamaño antes de colapsar. Sin embargo, las burbujas externas colapsan rápidamente debido a la alta presión del flujo exterior. Nótese que las burbujas en los bordes empiezan colapsar, mientras que las del centro casi han alcanzado su mayor tamaño.




Inestabilidad Kevin-Helmholtz con caracteristica fractal (2008)
Investigadores de la Universidad de Toulouse y la Universidad de San Andres, en Francia y en el Reino Unido, respectivamente, han producido una imagen de instabilidades de Kevin-Helmholtz con características fractales. La autosemejanza en las escalas puede verse en la serie de figuras (a)-(e) las cuales exponen la ruta hacia la turbulencia a través de un proceso fractal.



Acuario de microfluidos (2007)
Investigadores de la Universidad de California, E.U.A., han creado un mapa visual de dos flujos de fluido en un micro-canal (altura=100 micro-metros, ancho=2 mm) de forma de diamante. En esta imagen se muestran la influencia de las propiedades del fluido en la morfología del microflujo. Con ello se pretende investigar fenómenos como la mezcla, coalición, humedad, lubricación, etc. Se les han dado nombres de animales acuáticos a las figuras para una sencilla identificacion, por lo que se produce un “acuario de microfluidos”.


Caminando sobre agua (2003)
Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachussets han logrado visualizar el patrón de flujo que produce un insecto al caminar sobre el agua. Este insecto, -muy común en ríos, lagos- es soportado por la tensión superficial generada por la curvatura de la superficie. Su cuerpo y sus patas están cubiertos de miles de pequeños cabellos que permiten a sus extremidades el repeler la humedad. Además de lograr desplazarse al poner en movimiento sus patas centrales y que en el proceso transfieren momentum al fluido a través de vortices.


Video concursante.
Tornados en microcanales (Arizona State University).



Cuspides No-Newtonianas (UNAM)