Els Premis Nobel de Física 2022

La Reial Acadèmia Sueca de les Ciències ha decidit concedir el Premi Nobel de Física 2022 a:

• Alain Aspect. de l'Escola de Postgrau de l'Institut d'Òptica - Universitat de París, Saclay i École Polytechnique, Palaiseau, França
• John F. Clauser de J.F. Clauser & Assoc., Walnut Creek, CA, USA i a
• Anton Zeilinger de l'Universitat de Viena, Àustria

"Pels seus experiments amb fotons entrellaçats, establint la violació de les desigualtats de Bell i sent pioners en la ciència de la informació quàntica"

Alain Aspect, John Clauser i Anton Zeilinger han portat a terme sengles experiments innovadors amb estats quàntics entrellaçats, en què dues partícules es comporten com una sola unitat fins i tot quan estan separades. Els resultats han obert el camí a una nova tecnologia basada en la informació quàntica.

Clic per engrandir. Els Tres guanyadors del Nobel de Física 2022. 

Els efectes inefables de la mecànica quàntica comencen a trobar aplicacions. Actualment hi ha un ampli camp de recerca que inclou els ordinadors quàntics, les xarxes quàntiques i la comunicació xifrada quàntica segura.

Un factor clau en aquest desenvolupament és com la mecànica quàntica permet que dues o més partícules existeixin en allò que s'anomena un estat entrellaçat. El que passa a una de les partícules d'un parell enllaçat determina el que passa a l'altra partícula, encara que estiguin molt separades.

Durant molt de temps es va plantejar la qüestió de si la correlació era perquè les partícules d'un parell entrellaçat contenien variables ocultes, instruccions que els indiquen quin resultat han de donar en un experiment. Als anys 60, John Stewart Bell va desenvolupar la desigualtat matemàtica que porta el seu nom. Aquesta afirma que si hi ha variables ocultes, la correlació entre els resultats d'un gran nombre de mesuraments mai no superarà un determinat valor. Tot i això, la mecànica quàntica prediu que un determinat tipus d'experiment violarà la desigualtat de Bell, donant lloc a una correlació més forta del que seria possible d'una altra manera.

John Clauser va desenvolupar les idees de John Bell, cosa que va conduir a un experiment pràctic. Quan va realitzar els mesuraments, aquests van recolzar la mecànica quàntica en violar clarament una desigualtat de Bell. Això vol dir que la mecànica quàntica no pot ser substituïda per una teoria que utilitzi variables ocultes.

Després de l'experiment de John Clauser van quedar algunes llacunes. Alain Aspect va desenvolupar el muntatge i el va utilitzar de manera que va tancar una important llacuna. Va poder canviar la configuració dels mesuraments després que un parell entrellaçat hagués sortit de la seva font, de manera que la configuració que existia quan es van emetre no podia afectar el resultat.

Amb eines refinades i una llarga sèrie d'experiments, Anton Zeilinger va començar a utilitzar estats quàntics entrellaçats. Entre altres coses, el grup d'investigació ha demostrat un fenomen anomenat teletransport quàntic, que permet traslladar un estat quàntic d'una partícula a una altra a distància.

Clic per engrandir. Partícules entrellaçades que mai no es van trobar. Crèdit: The Nobel Foundation

"Cada vegada està més clar que està sorgint un nou tipus de tecnologia quàntica. Podem veure que la feina dels guardonats amb els estats entrellaçats és de gran importància, fins i tot més enllà de les qüestions fonamentals sobre la interpretació de la mecànica quàntica", afirma Anders Irbäck, President del Comitè Nobel de Física.

 

 

Ho he vist aquí.

El telescopi James Webb ha fotografiat un anell d'Einstein gairebé perfecte!

Clic per engrandir. L'anell d'Einstein de la galàxia JO418 produït per un estudiant graduat en astronomia a partir de dades del telescopi espacial James-Webb. Crèdit: Spaceguy44, Reddit
 

Les primeres imatges del telescopi espacial James Webb. Descobreix les primeres imatges enviades per la NASA del JWST, el telescopi espacial amb un rendiment Inigualable.

Sabíeu que algunes dades registrades per l'instrument MIRI, sigles de Mid-infrared instrument, l'instrument que observa el cel en l'infraroig al telescopi espacial James Webb (JWST) són accessibles al públic? Un estudiant graduat en astronomia ho sap, Spaceguy44 és el responsable a Reddit, i els va utilitzar per produir una imatge impressionant d'un anell d' Einstein gairebé perfecte.

Clic per engrandir. Aquest anell d'Einstein és troba a 12.000 milions d'anys llum i és absolutament preciós. Colorejat per u/Spaceguy44. El JWST és absolutament una bogeria!.

Recordem que un anell d´Einstein és la imatge formada per la lent gravitacional d´una galàxia llunyana. L'anell d'Einstein en qüestió és la imatge que rebem de la galàxia SPT-S J041839-4751.8 -o JO418 per abreujar-, una galàxia situada a uns 12.000 milions d'anys llum de la Terra. La imatge està distorsionada per la presència a la línia de visió d'una altra galàxia massiva: la llum blava que es veu al centre de l'anell.

Ho he vist aquí.

Una tempesta estel·lar a la guarderia

Clic per engrandir. Imatge de N159. Crèdit: ESA/Hubble i NASA

Aquesta escena ennuvolada i turbulenta adquirida pel telescopi espacial Hubble el 2017 mostra una guarderia estel·lar dins el Gran Núvol de Magalhães. Aquesta guarderia, coneguda com a N159, conté moltes estrelles joves i calentes. Aquests estels emeten una intensa llum ultraviolada, que fa brillar el gas d'hidrogen proper, i vents estel·lars torrencials, que esculpeixen crestes, arcs i filaments del material circumdant. N159 és a més de 160.000 anys llum, just al sud de la nebulosa de la Taràntula.

Al cor d'aquest núvol còsmic hi ha la nebulosa de la Papallona, una regió de nebulositat amb forma de papallona. Aquest objecte petit i dens està classificat com una taca d'alta excitació, i es creu que està estretament relacionat amb les primeres etapes de la formació d'estrelles massives.

 

Ho he vist aquí.

Dossier Conèixer els neutrins: 3 Els neutrins solars

El neutrí es va postular l'any 1930 per resoldre un problema important de la física: la conservació de l'energia. La seva existència experimental no es va demostrar fins un quart de segle després. Des de llavors, el neutrí ha ocupat l'escenari amb els seus nombrosos enigmes, però la detecció i, per tant, la verificació de les prediccions, és especialment difícil. Això requereix detectors molt massius. El problema definitiu resolt és el de la massa dels neutrins: tenen massa o no? Veiem com va arribar la resposta.

L'experiència primer va confirmar el que els físics reclamaven des de fa més de trenta anys, el dèficit dels neutrins solars. El Sol ens envia un flux de 60.000 milions de neutrins cada segon a cada centímetre quadrat de la superfície de la Terra.

Clic per engrandir. Els neutrins solars es detecten mitjançant detectors grans com el Super-Kamiokande. Crèdit: NASA Goddard Space Flight Center , CC by 2.0

Del Sol a la Terra: el misteri del flux de neutrins

Aquests neutrins són de tipus electrònic quan es creen al centre del Sol. Tanmateix, tres experiments anteriors havien mesurat un flux clarament inferior al càlcul; entre la meitat i les dues terceres parts dels neutrins que s'esperava que arribin a la Terra semblaven haver desaparegut. S'havia proposat una hipòtesi teòrica per explicar l'anomalia entre el flux esperat de neutrins solars i les mesures deficitàries: els neutrins oscil·len, és a dir, poden canviar de tipus espontàniament durant la seva propagació.

Clic per engrandir. Interaccions de neutrins solars al Super-Kamiokande: el pic de la distribució reconstrueix en temps real la direcció del Sol en el moment de la detecció. Crèdit: François Vannucci

En aquest escenari, un neutrí electrònic produït al nucli del Sol esdevé de tipus muònic o tauic durant el seu recorregut entre el seu punt de producció i el punt de detecció situat a la Terra. Només era una hipòtesi, però semblava atractiu perquè només passava per als neutrins que tenien una massa zero.En aquest escenari, un neutrí electrònic produït al nucli del Sol esdevé de tipus muònic o tauic durant el seu recorregut entre el seu punt de producció i el punt de detecció situat a la Terra. Només era una hipòtesi, però semblava atractiu perquè només passava per als neutrins que tenien una massa zero. 

Però el sentit comú volia que els neutrins tinguessin massa, igual que les altres partícules de matèria. Ja en els primers temps del descobriment del neutrí, introduït el 1930 per explicar l'espectre de desintegracions β, les estimacions situen la seva massa en menys d'1/1.000 de la de l'electró.

Si hi havia una massa de neutrins, devia ser molt petita i el fenomen de les oscil·lacions, que només existeix entre neutrins massius, era perfectament adequat per donar un mètode molt precís capaç de mesurar-los. El fenomen de les oscil·lacions és una posada en escena pràctica de les relacions d'incertesa de Heisenberg en mecànica quàntica. Un canvi espontani entre dos neutrins de diferents masses implica necessàriament una violació d'energia. Aquesta infracció està permesa, sempre que només duri per un temps limitat.

Super-Kamiokande i l'oscil·lació dels neutrins

Aquest temps característic, que depèn de la diferència de les masses al quadrat, es tradueix en una longitud de l'oscil·lació. Gràcies a les seves estadístiques molt augmentades, es van acumular més de 10.000 interaccions de neutrins solars en pocs anys d'observació, Super Kamiokande va poder confirmar el dèficit i refinar els detalls de l'oscil·lació avaluant amb més precisió les masses. Super-Kamiokande, com amb experiments anteriors, només era sensible als neutrins solars de tipus electrònic.

Per tant, només podria testimoniar una desaparició de neutrins a causa de l'oscil·lació. L'índex complementari i definitiu de la realitat de les oscil·lacions consisteix a mesurar l'aparició de neutrins d'un nou tipus, absents en el flux original. Per als neutrins solars, això es va aconseguir l'any 2002, mitjançant un experiment canadenc anomenat SNO (Sudbury Neutrino Observatory), gràcies a l'ús d'un objectiu compost per una quilotona d'aigua pesant, i ja no d'aigua normal. SNO va poder confirmar definitivament el fenomen d'oscil·lació demostrant no només el flux disminuït de neutrins electrònics, sinó també mesurant el flux de neutrins dels altres dos tipus procedents del Sol.

Aquest resultat de l'astrofísica, que demostrava directament l'oscil·lació dels neutrins, va ser corroborat poc després per un experiment japonès. Aquest experiment va estudiar els neutrins procedents de reactors nuclears situats a gran distància, a una mitjana de 180 quilòmetres del detector. A més, va afinar els paràmetres de l'oscil·lació. El fenomen es va provar ara amb una font de neutrins artificial.

Veure:

- Capítol anterior: 2 El fenomen de les oscil·lacions dels neutrins
- Capítol següent: 4 Els neutrins atmosfèrics

Ho he vist aquí.

El Hubble estudia una espiral espectacular

Clic per engrandir. Imatge de la galàxia NGC 1961. Crèdit de la imatge: NASA, ESA, J. Dalcanton (University of Washington), R. Foley (University of California - Santa Cruz); Processament de la imatge: G. Kober (NASA Goddard/Catholic University of America)

 

La galàxia NGC 1961 desplega els seus magnífics braços espirals en aquesta imatge acabada de publicar pel telescopi espacial Hubble de la NASA. Regions blaves i brillants d'estrelles joves esquitxen els polsegosos braços espirals que envolten el brillant centre de la galàxia.

NGC 1961 és una espiral intermèdia i un tipus de galàxia AGN, o nucli galàctic actiu. Les espirals intermèdies es troben entre les galàxies espirals "barrades" i les "no barrades", cosa que significa que no tenen una barra d'estrelles ben definida als seus centres. Les galàxies AGN tenen centres molt brillants que sovint eclipsen la resta de galàxia en certes longituds d'ona de llum. És probable que aquestes galàxies tinguin forats negres supermassius als seus nuclis que produeixen raigs i vents brillants que determinen la seva evolució. NGC 1961 és un tipus força comú d'AGN que emet partícules carregades de baixa energia.

Les dades utilitzades per crear aquesta imatge procedeixen de dues propostes. Una estudiava galàxies Arp no observades anteriorment, mentre que l'altra examinava els progenitors i les explosions d'una varietat de supernoves.

Situada a uns 180 milions d'anys llum, NGC 1961 es troba a la constel·lació de la Girafa.

Aquesta imatge va ser considerada per la NASA el 14 de setembre del 2022 com la seva imatge del dia.

Ho he vist aquí.

Dossier Via Làctia: 4 La Via Làctia i la matèria fosca

La Via Làctia, un magnífic camí d'estrelles al cel nocturn, encara guarda molts secrets. La matèria fosca i l'energia, els forats negres supermassius són temes fascinants per entendre millor la nostra galàxia.

Ara estem convençuts que només coneixem una petita part de l'univers. Així galàxies, en particular la Via Làctia, apareixen banyades en un halo de matèria fosca.

Ja l'any 1933, Fritz Zwicky va notar que les galàxies dins dels cúmuls (com els cúmuls de Verge, Coma, etc.) estaven agitats amb gran velocitats, massa elevades per que la massa visible del cúmul pugui retenir-los per la gravetat. L'astrofísic va concloure l'existència de massa invisible, per tant de matèria fosca.

Clic per engrandir. Centaurus A, una galàxia lenticular. Crèdit: ESO / WFI (Òptic) MPIfR / ESO  / APEX / A.Weiss et al. (Submil·limètric); NASA / CXC / CfA / R.Kraft et al. (Raigs X) , CC per 4.0 

Malgrat això, la massa que faltava es considerava feta de matèria ordinària, d'àtoms que coneixem bé, ja sigui en forma de gas d'hidrogen, o com a objectes condensats, com ara estrelles al final de la vida o nanes marrons, etc.

Galàxies en un halo de matèria fosca

A la dècada de 1970, la mesura exacta de la rotació de les estrelles i del gas dins de les galàxies espirals va evidenciar l'existència de massa mancant dins de les galàxies, que així apareixen banyades en un halo de matèria fosca.

El 1984, Blumenthal i els seus col·laboradors van anar més enllà: per formar galàxies a partir de minúscules fluctuacions primordials, la matèria ordinària no és pas suficient. Cal assumir l'existència de la matèria exòtica, feta de partícules sense col·lisions, que no interaccionen directament ni amb la matèria ordinària ni amb els fotons, però només per la gravetat. Aquests són els fonaments del model estàndard de matèria fosca freda o CDM (cold dark matter).

Clic per engrandir. Corba de rotació en una típica galàxia espiral, aquí la Via Làctia. La velocitat de la matèria V (en km/s) es representa en funció de la distància al centre R (en kpc, el parsec equival a uns tres anys llum). Els punts de mesura són els símbols de les estrelles. La massa del bulb (B) i la del disc (D) poden explicar la corba de rotació, en línies fines contínues. Però es necessita l'halo de matèria fosca (H) per reproduir la línia gruixuda contínua, que és coherent amb les observacions. S'indica la posició del Sol a 8 kpc. Crèdit: Françoise Combes 

Avui, després de diversos satèl·lits (Cobe, WMap, Planck) que han estudiat amb detall les fluctuacions i anisotropies del fons còsmic de microones, sabem que el model del Big Bang, on l'univers en expansió era molt calent i dens, fa 13.800 milions d'anys, es confirma amb una precisió molt alta. Totes aquestes observacions, amb els mapes de lents gravitacionals (a on els raigs de llum de les galàxies de fons són desviats per la matèria fosca de primer pla), així com l'estudi de supernoves tipus Ia, que demostren ser uns excel·lents calibradors de distància (anomenades "espelmes estàndard"), convergeixen en un model de l'univers, anomenat "concordança".

L'univers és un 25% de matèria fosca

La curvatura de l'univers és zero, l'espai és "pla", segons la nostra intuïció: la llum es propaga en línia recta, i la suma dels angles d'un triangle és efectivament de 180 graus, com s'ensenya a l'escola. D'altra banda, els continguts de l'univers són més confusos:

   - 5% matèria ordinària;
   - 25% de matèria fosca exòtica;
   - 70% d'energia fosca.

El sector fosc, completament desconegut, correspon, doncs, al 95% del total, a més no hem identificat tota la matèria ordinària, de la qual només és visible una desena part. No sabem si l'energia fosca és realment un cinquè element (quintaessencia) o només una constant de la llei de gravitació (“constant cosmològica”), coherent amb totes les observacions fins ara.

Clic per engrandir. Esquema que mostra la distribució de la matèria continguda a l'univers. La majoria ens és desconeguda. Crèdit: Françoise Combes. Infografia en català: Sci-Bit 

Composició de la matèria fosca

De què està feta la matèria fosca? Fins fa poc, el millor candidat per constituir-lo era el neutralí, la partícula massiva més estable de la família de les partícules supersimètriques, que interaccionava molt feblement amb la matèria ordinària. Les esperances de confirmar la teoria de supersimetria, que duplica el nombre de partícules elementals, sembla que es marceixen a mesura que es realitzen els experiments del CERN al LHC.

D'altra banda, si el model CDM reprodueix bé les observacions de l'univers primordial i permet formar les estructures, es troba amb seriosos problemes en l'evolució i la dinàmica de les galàxies actuals. Les simulacions de l'univers per ordinador basant-se en el model CDM formen pics de densitat de matèria fosca cap al centre de les galàxies que no s'observen, i mostren milers de galàxies satèl·lit al voltant d'una principal, com la Via Làctia , on no s'observa més que una dotzena d'acompanyants.

Els esforços per resoldre aquests problemes amb la física de la matèria (formació d'estrelles i supernoves, energia de forats negres i nuclis actius al centre de les galàxies, per allunyar la matèria fosca) resulten ineficaços. Tant és així que avui s'estan estudiant altres models, com el de matèria fosca càlida, que es podria formar a partir de neutrins estèrils, amb una massa 1.000 vegades menor que la dels neutralins.

Clic per engrandir. Simulació de la futura xarxa de telescopis SKA (Square Kilometer Array). Crèdit: www.skatelescope.org

També s'estudien altres vies, com la de la gravetat modificada, que fins aleshores no es pensava seriosament. El problema de la massa desapareguda podria ser degut només a l'adopció de les lleis de Newton i d'Einstein per a un domini de baixa gravetat, on encara no s'han verificat. Aquest domini és el de les galàxies, i només l'astrofísica podria posar-nos en el camí. Tanmateix, no és fàcil trobar la llei correcta, que implica camps escalars i vectorials addicionals, i sobretot explicar per què són necessaris a l'univers.

Les perspectives de recerca s'obren per a la propera dècada gràcies als nombrosos experiments que s'estan preparant arreu del món: el satèl·lit europeu Euclid, així com telescopis a terra òptic (LSST, Large Synoptic Survey Telescope) i ràdio (el SKA, Square Kilometer Array), són les principals eines.

Veure:

Anterior: 3 Estructura i components de la galàxia espiral
Següent: 5 El forat negre al cor de la Vía Làctia

Ho he vist aquí.

Quina diferència hi ha entre la fusió nuclear i la fissió nuclear?

Clic per engrandir. La fusió i la fissió depenen de reaccions nuclears. Crèdit: Sergey Nivens, Shutterstock

De vegades confoses perquè les seves designacions són similars, la fissió i la fusió són, tanmateix, dos processos radicalment diferents, tant a petita com a gran escala!
 

La diferència entre la fusió nuclear i la fissió nuclear. Quina diferència hi ha entre la fissió i la fusió nuclear? Tots dos impliquen reaccions al nucli atòmic, però la fusió implica unir dos nuclis lleugers, on la fissió trenca un nucli pesat en dos més lleugers.

Si aquests dos termes són semblants perquè tenen lloc a nivell del nucli atòmic, designen tanmateix processos radicalment diferents! Quan a la fusió implica unir dos nuclis lleugers per fer-ne un de més pesat,  la fissió trenca un nucli pesat en dos nuclis més lleugers. A Europa és fissió, no fusió, que s'utilitza per generar electricitat. Molt més avançada que la fusió, que aquesta es troba en fase experimental, existeixen diverses tècniques per fer fissió.

La fissió nuclear es va descobrir fa més de 80 anys

Descobert l'any 1938 pel físic alemany Otto Han i la física Lise Meitner, la fissió es va estudiar molt ràpidament amb finalitats militars, per crear la famosa bomba atòmica. No va ser fins molt més tard, a la dècada de 1950, que es van dissenyar i posar en funcionament els primers reactors civils. De fet, la fissió nuclear genera calor, de manera que es pot operar dins d'una central elèctrica.

La reacció de fissió té lloc a escala atòmica, quan un nucli anomenat "fissil" xoca amb un neutró, aquest últim és absorbit. Però el nucli així creat és inestable, i es divideix en dos nuclis inestables, anomenats productes de fissió. La reacció allibera calor a través del moviment de partícules, però també per la desintegració radioactiva dels productes de fissió. L'urani natural és l'únic element natural que conté un isòtop físsil: urani 235, present en un 0,7% a l'urani natural.

Clic per engrandir. Quan un neutró és absorbit per un àtom d'urani 235, aquest es torna inestable i es fissiona. Crèdit: Hawkeye7, Wikimedia commons, Sci-Bit.

A França, per exemple, l'energia nuclear es va explotar a partir dels anys 60, però primer amb un procés diferent del que s'utilitza actualment. Els reactors contenien urani natural i utilitzaven aigua pesant (que conté deuteri en lloc d'hidrogen), o grafit per moderar els neutrons (alentir-los). El transport de calor s'efectuava a gas (CO2 o aire). Avui, els reactors d'aigua a pressió governen el sector francès: l'aigua líquida realitza tant la funció de moderador de neutrons com de refrigerant. El combustible aquesta vegada és urani enriquit, per tant tractat per contenir més urani 235 que l'urani natural.      

Però hi ha moltes altres maneres d'aprofitar la fissió nuclear a tot el món, en particular utilitzant aigua a pressió però amb un disseny de reactor diferent, i també utilitzant una tecnologia diferent. Es poden esmentar, per exemple, els reactors que utilitzen aigua pesant, els que utilitzen aigua bullint, gas com a refrigerant, o fins i tot els reactors de neutrons ràpids de 4a generació.

Clic per engrandir. La central de Fessenheim no funciona des de l'any 2020. Segons les previsions es desmantellarà a partir de l'any 2025, un cop s'hagi descarregat el combustible. Crèdit: Caesar, Viquipèdia, CC by-sa 3.0

 

La fusió nuclear encara és experimental

A diferència de la fissió, la fusió encara no s'explota per produir energia a gran escala. Consisteix, com el seu nom indica, a fusionar dos nuclis atòmics: el més sovint, dos isòtops d'hidrogen que es fusionen per donar un àtom de heli i un neutró. El procés és molt més difícil de crear que la fissió, ja que requereix una temperatura i una pressió molt elevades, molt més que els pocs centenars de graus de centrals que utilitzen la fissió. Son necessàries condicions semblants a les del cor de les estrelles, és a dir, diversos centenars de milions de graus!

Clic per engrandir. La fusió és el procés d'apropar dos nuclis lleugers prou junts perquè es fusionin i en facin un de més pesat. Crèdit: Iter

A aquesta temperatura, la matèria es troba en forma de plasma, gas d'on els àtoms s'han dissociat: els electrons ja no estan units al nucli dels àtoms. La reacció de fusió allibera una quantitat molt gran d'energia i no genera cap residu radioactiu com la fissió. A més, utilitza elements fàcils de trobar, isòtops de l'hidrogen.

Però escalfar la matèria a milions de graus mentre la confina és un repte tecnològic; a més, dins del plasma es creen inestabilitats, que tendeixen a “extingir” aquest plasma. De moment, només s'utilitzen dos mètodes per controlar el plasma: el confinament inercial i el confinament magnètic. És aquest últim el que s'utilitza al Iter (International Thermonuclear Experimental Reactor), al sud de França. El plasma està confinat dins d'un reactor en forma de toro, anomenat tokamak, per un poderós camp magnètic. Una altra forma de reactor és el estelarador, on el camp magnètic pren una forma diferent, també ho fa el reactor. 

Clic per engrandir. Gràcies a un potent camp magnètic, el plasma circula entre les parets del tokamak, sense tocar-les. Crèdit: Iter

El confinament inercial, en canvi, només s'utilitza en dos llocs del món, inclòs el Làser Megajoule aprop de Bordeus. Aquesta vegada, la fusió es desencadena centrant un gran nombre de raigs làser de gran potència en un petit objectiu que conté deuteri i triti, els dos isòtops de l'hidrogen que estan destinats a fusionar-se. Així, els làsers comprimiran l'objectiu, tan fortament que desencadenaran la reacció de fusió.

Clic per engrandir. Aquí, diversos làsers se centren en una petita càpsula per tal de fusionar els isòtops que hi ha a l'interior. Crèdit: LLNL

Si la fusió és accessible per aquests dos mètodes, actualment no ho és possible per cap d'ells a gran escala. L'explotació industrial de la fusió no hauria d'arribar abans del 2050.

Ho he vist aquí.

L'escalfament global està debilitant el corrent en jet

Clic per engrandir. Aquesta visualització de la corrent en jet de l'atlàntic nord, com un cinturó sinuós de forts vents de ponent que tallen les capes inferiors de l'atmosfera. Investigadors de la Universitat d'Arizona (Estats Units) creuen que aquest corrent en raig podria desplaçar-se cap al nord a la dècada de 2060, amb greus conseqüències per al clima a Europa. Crèdit: NASA Scientific Visualization Studio

Un equip d'investigadors afirma que el corrent en jet s'està debilitant i les seves oscil·lacions són cada cop més marcades a causa de l'escalfament global. Amb la conseqüència que el bloqueig de les situacions meteorològiques condueix a onades de calor i mal temps més durador. 

El corrent en jet polar, un corrent en jet que influeix en el nostre temps envolta la Terra. És el corrent en jet polar. El corrent en jet de l'Atlàntic Nord. Un cinturó de forts vents de ponent que influeix fortament en el clima a l'est d'Amèrica del Nord i a l'oest d'Europa. Els investigadors temen que l'escalfament global antropogènic l'estigui empenyent cap al nord. Amb conseqüències dramàtiques per a les nostres societats. Crèdit: NASA Scientific Visualization Studio

El corrent en jet, o corrent en raig, és una banda de vent que sovint travessa el globus d'oest a est. En particular, influeix en la durada dels vols d'avions que volen entre els continents americà i europeu. En realitat, hi ha diversos corrents en jet que s'ondulen entre les masses d'aire d'aire calent i fred: corrents en raig polars i corrents en raig subtropicals que estan presents als hemisferis nord i sud. Aquests corrents d'altitud molt alta es troben entre 7 i 16 quilòmetres sobre la superfície terrestre i s'estenen per milers de quilòmetres de longitud. Es generen tant per la rotació de la Terra, i per la diferència de temperatura entre les diferents regions del globus. És per això que aquests corrents en jet es formen en zones de conflicte de masses d'aire, enmig d'una gran diferència de temperatura i pressions atmosfèriques.

Clic per engrandir. Els diferents corrents en raig del Planeta. Crèdit: Encyclopédie Environnement

Les oscil·lacions del corrent en raig influeixen en la durada de les onades de calor

En els darrers anys, les oscil·lacions molt marcades d'aquests corrents en jet, sovint comparades amb els meandres d'un riu, han estat objecte de molt debat dins la comunitat científica. Aquesta cinta de vent té un impacte en els fenòmens extrems del temps, com ara tempestes, onades de calor, onades de fred, etc.. Les seves ondulacions, és a dir, el més mínim desplaçament de la seva posició cap al nord o cap al sud, té conseqüències en el temps. Durant diverses dècades, sembla que les oscil·lacions del corrent en jet han estat cada cop més marcades, amb autèntics migs bucles en forma d'U que bloquegen l'aire calent o l'aire fred de manera duradora: això porta al fet que els meteoròlegs anomenen "situacions de bloqueig". Aquests bloquejos poden provocar onades de calor de llarga durada, en atrapar una bombolla d'aire calent a la mateixa zona durant dies o setmanes. També poden bloquejar precipitacions sobre una zona provocant inundacions.

En taronja i vermell, el corrent en jet sobre Europa. Crèdit: Carbon Brief, Nasa

 

Com més càlid és el planeta, més grans són les oscil·lacions

 

Aquestes oscil·lacions del corrent en jet són degudes a l'escalfament global? En aquest sentit, no tots els climatòlegs encara estan d'acord. Un equip de científics que ha treballat recentment en el tema ara està convençut: en un nou estudi publicat a la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, un equip internacional d'investigadors en ciències atmosfèriques explica que la diferència de temperatura entre el sòl i els oceans és responsable d'aquestes oscil·lacions. Tot i que el corrent en jet sempre ha presentat meandres, les anàlisis mostren que les oscil·lacions cap al nord i el sud han estat realment cada cop més profundes durant 30 anys. Com més càlid és el planeta, més grans són aquestes oscil·lacions. El corrent en jet polar, que influeix en el clima en particular al continent americà i europeu, ja no circula amb la mateixa fluïdesa que abans d'oest a est. Cada cop es deforma més fent “desviaments”, expliquen els científics.    

 

Com poden dir els investigadors que les ondulacions del corrent en raig estan relacionades amb l'escalfament global i no amb l'evolució natural? Realitzant simulacions amb els seus models de previsió climàtica. Les condicions atmosfèriques, amb i sense escalfament vinculades a les emissions de gasos d'efecte hivernacle, son reproduïdes a l'ordinador. Com que les regions polars s'escalfen més ràpidament que les regions de latituds mitjanes, això redueix la diferència de temperatura entre el nord i el sud. El fet que aquesta diferència de temperatura ja no sigui tan gran com abans, debilita la circulació dels vents en el corrent en jet. El corrent en jet, que aleshores és menys vigorós, "s'arrossega sobre el lloc", es deforma i forma oscil·lacions cada cop més grans. Això té per tant l'efecte d'"empresonar" les masses d'aire calent i fred, però també depressions i ciclons, segons els autors de l'estudi. Els episodis de mal temps s'enganxen als meandres del corrent en jet sempre que les oscil·lacions no es desfacin. 

Clic per engrandir. Les ondulacions del corrent en jet el desembre de 2021 en comparació amb les ondulacions mitjanes de 1981-2010. Crèdit: NOAA

Les simulacions per ordinador han revelat una gran diferència entre l'estat dels corrents en jet amb l'escalfament actual del globus i sense l'escalfament dels últims 30 anys. De la mateixa manera, durant les fases de marcades oscil·lacions del corrent en jet, els fenòmens meteorològics extrems apareixen més nombrosos. Una evolució que s'hauria de seguir reforçant en els propers anys amb l'escalfament continuat dels pols.

Ho he vist aquí.

Catàleg Caldwell del Hubble. Objecte C57

Clic per engrandir. Caldwell 57. Crèdits: NASA, ESA, i J. Cannon (Macalester College); Processament: Gladys Kober (NASA/Catholic University of America)

A més de 2 milions d'anys llum de distància, encara dins del nostre racó del cosmos, es troba la galàxia nana irregular Caldwell 57. També catalogada com a NGC 6822, aquesta galàxia va ser descoberta el 1884 per l'astrònom nord-americà E. E. Barnard i sovint se li anomena la galàxia de Barnard. L'astrònom Edwin Hubble va utilitzar el telescopi de 100 polzades de l'Observatori del Mount Wilson de Califòrnia per fer la primera investigació fotogràfica detallada de Caldwell 57 el 1925.

Aquesta imatge del telescopi espacial Hubble mostra un camp d'estrelles a la perifèria de la galàxia. El centre de la galàxia és fora del marc, cap a la part superior esquerra. La imatge va ser presa amb el Canal de Camp Ampli de la Càmera Avançada de Sondejos del Hubble, que utilitza dos xips detectors que tenen un espai entre ells, deixant un buit llarg i fosc a la imatge. Els astrònoms van fer aquestes observacions per estudiar les poblacions estel·lars de Caldwell 57 en un esforç per comprendre millor la història de la formació estel·lar de la galàxia i l'evolució de les galàxies nanes.

Clic per engrandir. Aquesta imatge del Hubble s'acosta a una guarderia estel·lar dins de Caldwell 57 anomenada Hubble-V. Aquesta imatge combina observacions preses per la Càmera Planetària i de Camp Ampli 2 en llum visible i ultraviolada. Crèdit: NASA, ESA i l'equip del Hubble Heritage (STScI/AURA)

Altres observacions de Caldwell 57 realitzades pel Hubble han apuntat a grans vivers estel·lars dins de la galàxia anomenats Hubble-V i Hubble-X. Els dos núvols contenen estrelles molt més joves, brillants i massives que el nostre Sol. Les estrelles massives com aquestes són especialment interessants perquè la vida no seria possible sense elles; de fet, els planetes ni tan sols existirien per viure-hi. Els elements necessaris es forgen en aquestes estrelles massives.

Les estrelles de massa baixa i mitjana, com el Sol, generen energia mitjançant la fusió d'àtoms d'hidrogen en heli. Si fossin les úniques estrelles, l'univers estaria ple de gas; hi faltaria la roca i el metall que s'acumulen per formar planetes. Tot i això, les estrelles més massives produeixen elements més pesants. Són les responsables de crear tot l'oxigen, el carboni, el nitrogen, el silici, el calci i altres elements necessaris per a la vida que necessitem. Quan les estrelles massives arriben al final de la seva vida, alliberen aquests elements al cosmos mitjançant una explosió de supernova. Fins i tot en morir, aquestes estrelles contribueixen a un nou naixement, ja que molts elements només es poden produir a les supernoves.

Clic per engrandir. Aquesta imatge del Hubble, presa amb la Càmera Planetària i de Camp Ample 2, mostra una altra enorme regió de formació estel·lar a Caldwell 57, aquesta vegada anomenada Hubble-X. La imatge mostra un núvol brillant al nucli de la nebulosa, que conté molts milers d'estrelles acabades de formar (les més brillants apareixen en aquesta imatge com a punts brillants). A manera de comparació, el núvol brillant més petit que es troba just a sobre té aproximadament la mateixa mida i brillantor que la nebulosa d'Orió a la nostra galàxia. Crèdit: NASA i l'equip del Hubble Heritage (STScI/AURA); Agraïments: C.R. O'Dell (Vanderbilt University).

Gràcies a les observacions del Hubble-V, els científics van poder identificar les estrelles individuals en aquesta regió abarrotada, així com mesurar la brillantor i la temperatura de les estrelles. La seva anàlisi ha proporcionat una millor comprensió de les poblacions d'estrelles dins del núvol.

Caldwell 57 es troba a la constel·lació de Sagitari. Té una magnitud de 8,8, i encara que es pot veure amb prismàtics en un lloc fosc, la galàxia es veu millor amb un telescopi equipat amb un filtre de cel profund. Des de l'hemisferi nord, els cels de finals d'estiu proporcionaran una visió òptima, encara que Caldwell 57 apareixerà una mica baixa al cel nocturn del sud. Des de l'hemisferi sud, apareixerà alta al cel d'hivern. La galàxia és menys que impressionant fins i tot en grans telescopis, semblant una empremta dactilar polsegosa més que la col·lecció còsmica de sistemes estel·lars ardents que realment és.

Clic per engrandir. La galàxia Caldwell 57 (NGC 6822) apareix en una imatge terrestre de l'Observatori Europeu Austral (ESO) a la part inferior esquerra. Tres requadres en aquesta imatge mostren les ubicacions de Hubble-X i Hubble-V, regions de formació d'estrelles fotografiades amb la Càmera 2 de Camp Ample i Planetària del Telescopi Espacial Hubble (WFPC2), així com un camp d'estrelles fotografiat amb la Càmera Avançada de Sondejos (ACS) del Hubble. Crèdits: Imatge terrestre: Observatori Europeu Austral (ESO); imatges de la WFPC2 del Hubble: NASA, ESA, i Hubble Heritage Team (STScI/AURA); imatge del Hubble ACS: NASA, ESA i J. Cannon (Macalester College)

Per a més informació sobre les observacions de Caldwell 57 realitzades pel Hubble, vegeu:

- Una gegantina fàbrica d'estrelles a la galàxia veïna NGC 6822

- La 'X' marca el punt: el Hubble veu la brillantor de la formació estel·lar en una galàxia veïna

C57 al web de la NASA

Índex del Catàleg Caldwell del Hubble del blog

Per què surt el Sol sempre per l'est?

Clic per engrandir. Per què el Sol surt per l'est?. Crèdit: danillaophoto, Fotolia

Aquesta és una qüestió força elemental, però li farem un petit repàs. Saps per a on surt el Sol? Si el Sol surt per l'est, i sistemàticament per l'est, és perquè la Terra gira sobre si mateixa, sempre en la mateixa direcció.

S'entén que les expressions "el sol surt" i "el sol es pon" no són del tot adequades. El Sol no dorm mai, com sabem. Per descomptat, és la Terra la que gira sobre si mateixa, fent una volta completa en 23 hores, 56 minuts i 4 segons, és a dir, un dia. Com que gira sempre en la mateixa direcció, d'oest a est, el Sol sempre se'ns apareix -i això sigui quin sigui l'hemisferi- sortint per l'est i ponent-se per l'oest.

On surt el Sol?

Per ser més precisos, caldria indicar que les direccions exactes de la sortida i la posta del sol depenen no només de la latitud del lloc on us trobeu sinó també de l'estació. Així, a Barcelona, el Sol surt al nord-est a l'estiu i al sud-est a l'hivern. Això resulta de la inclinació de l'eix de rotació de la Terra que també juga un paper essencial en l'arribada de les estacions.

Aquesta inclinació té l'altra conseqüència que hi ha, als pols geogràfics de la Terra, hi ha una època de l'any en què el Sol mai es pon. Aquest període s'anomena dia polar i pot durar fins a sis mesos. També a l'hivern el període s'anomena nit polar, ja que el Sol no arriba a aixecar-se de l'horitzó.

Ara ja saps on surt el Sol i quins són els motius.

Ho he vist aquí.