De película de ficción: para deshacerse de la basura espacial hay que usar rayos láser

La idea de una aventura espacial es asociada con los conceptos de progreso, educación, y descubrimiento. Sin embargo, se relaciona poco con la idea de limpiar nuestros desechos espaciales. Efectivamente, existe una gran cantidad de pedazos de satélites, fragmentos de unidades de cohetes, y otros desechos que en su momento fueron parte de los más gloriosos programas espaciales. La mayoría de esta basura consiste de pedazos pequeños producidos en la colisión con otros pedazos mayores de basura

El cinturón de basura espacial es peligroso por las altas velocidades que adquieren las naves espaciales o satélites en esas orbitas.  Una colisión con estos desechos (que viajan 20 veces la velocidad del sonido a nuestro nivel y atmosfera) puede comprometer al casco de las naves de las futuras misiones espaciales.

En la siguiente inforgrafia se hace un recuento de la ubicación y cantidad de basura espacial.

imagen vía: dailyinfographic 

imagen del articulo en Arxiv

Como afirmaron James Manson y amigos de la NASA, una de las soluciones a la contaminación espacial es golpear las piezas de basura con un láser. Para nada se trata de destruirlas o vaporizarlas con el láser, simplemente se utiliza el láser para frenar la velocidad de la basura, la transmisión de ímpetu de los fotones con la basura ocasionara que la basura disminuya de orbita y que se incinere como consecuencia de la fricción con la atmosfera. De hecho, países como USA y China cuentan con la tecnología de armas anti-satélites que se puede utilizar para tal tarea, pues solo se requiere de láseres de 5KW, un telescopio adecuado y un poco de óptica adaptativa. Con todo, una prueba civil de este estilo debe costar alrededor de 10 millones de dólares.

Por otro lado, el caso contrario impulsar con láser objetos de la Tierra al espacio lo hemos comentado en anteriores posts como una posibilidad factible. En ambos casos se utiliza el láser para transmitir energía en un proceso indirectamente termodinámico. Pues el efecto de presión de radiación donde solo cuenta el ímpetu de los fotones es tan pequeño que lo hace impráctico, pero no físicamente imposible.

Sera muy interesante ver aplicaciones de cambio de movimiento de objetos grandes por medio de láseres, hay que estar atentos.

NOTA: Esta entrada participa en la VI Edición del Carnaval de la Tecnología que alberga José Manuel López Nicolás en su blog Scientia.

XI Carnaval de Química: Los anillos que leen el temperamento y los cristales líquidos (la ciencia explica)

Son muchos los descubrimientos científicos que se aplican con éxito en juguetes y curiosidades. Tal es el caso de los cristales líquidos que s utilizan desde los años 70s en los anillos que nos dicen el temperamento de quien lo usa; de hecho, estos accesorios de moda han sido muy populares entre adolescentes.

Estos anillos, se supone, que cambian de color de acuerdo con las emociones o el temperamento de quien lo porta. En realidad, la piedra del anillo cambia de color como respuesta a la temperatura. En el siguiente video (en ingles) se hace un resumen de su funcionamiento.

La piedra del anillo es en realidad un cristal líquido termotrópico protegido y contenido en una capsula de vidrio. El cristal responde sensiblemente a los cambios de temperatura, los cuales cambian ligeramente la arquitectura molecular del cristal líquido, con lo que se altera las longitudes de onda de la luz reflejada por el cristal. Podemos decir que el color del anillo es determinado por estas longitudes de onda. De este modo, cuando cambia la temperatura del cristal líquido, también cambia el color.

Realmente, ¿estos anillos indican mi temperamento?

Sí, los anillos pueden indicar el estado emocional con cierto grado de precisión. En la periferia del cuerpo, como en la piel de los dedos de la mano, como respuesta a estar contento o emocionado, el flujo de sangre crece, por lo cual aumenta la temperatura en esa zona, con lo cual el cristal refleja colores azules. En contraste, cuando estamos tristes o estresados, el flujo de sangre en la piel desciende (aumenta en los órganos internos), por lo cual se tienen los dedos fríos, causando que los cristales líquidos se deformen de tal modo que reflejan colores como el amarillo. Esta idea sobre el cambio de temperatura y las emociones es un indicador poco exacto, pero muy popular.

¿Qué significan los colores en estos anillos? 

Como mencionamos antes, los colores dependen de la calibración de la respuesta de los cristales líquidos ante el cambio de temperatura. Los colores respuesta en estos anillos se ajustaron con la idea de agradar a la mayoría de la gente. Una tabla popular del significado de los colores es la siguiente:

• Azul violeta- Feliz, romántico

• Azul - Calmando, relajado

• Verde – Promedio, tranquilo

• Amarillo/Ambar - Tenso, estresado

• Café/Gris - Nervioso, ansioso

• Negro – Anillo dañado o demasiado frío

Como una aplicación médica, los cristales líquidos termotrópicos son dispersados en cintas adhesivas capaces de colocarse en la piel. Con una mejor calibración son capaces de indicar con precisión la temperatura del cuerpo, por lo cual son excelentes indicadores del estado de un paciente, pues son muy ligeros, flexibles y poco incómodos.

Los anillos de temperamento no funcionan por arte de magia. Estos anillos funcionan porque entendemos algo sobre la naturaleza y aprovechamos esa información para crear herramientas y juguetes.

PS: Esta entrada participa en la XI Edición del Carnaval de Química, alojado en esta ocasión en el blog "La Aventura de la Ciencia".

El artículo pionero de fìsica al que le borraron los datos experimentales

Al poco tiempo que se invento el láser, un torrente de descubrimientos comenzaron a emerger gracias a las grandes intensidades luminosas que estaban ahora a disposición de los investigadores. Muchos de estos descubrimientos están dentro de la categoría de la “óptica no-lineal”, que se puede definir como el estudio de los medios cuyas propiedades ópticas son funciones de la intensidad de la luz. Por su puesto, estas intensidades se encuentran cercar de los 10^20 watts por metro cuadrado, tan altas intensidades que unicamente  fuentes luminosas como los láseres alcanzan.

De este modo, cuando los láseres se inventaron, uno de los descubrimientos más importantes fue la generación de segundo armónico óptico. El cual consiste, básicamente, que un haz láser de frecuencia f es transformado por un medio en el doble de su frecuencia 2f. La mayoría de los apuntadores láser que emiten color verde trabajan por este mecanismo, doblando una frecuencia original de 1064 nm (haces infrarrojos) a 532 nm (en la región visible: color verde).Anteriormen te hemos mostrado videos de este efecto no-lineal.

Arreglo experiemntal original para detectar generacion de segundo armonico. via wikipedia

La generación de segundo armónico fue reportada primero en Phys. Rev. Lett. 7, 118-119 (1961), donde se describe el uso de un láser de rubí de alrededor de 3 kW de poder instantáneo enfocado en una pequeña área, el haz transmitido es separado por medio por un prisma  y se observan en una  placa fotografica el espectro de transmission, como se ilustra en la primer figura. El artículo publicado es desafortunadamente poco famoso en el campo de la física de láseres por contener una pifia anecdótica.

Principal imagen del articulo de Phys. Rev. Lett. 7, 118-119 (1961)

En esta imagen, del articulo original, la mancha grande fue causada por haz fundamental  (6943 A) ) al incidir en una placa fotográfica. La flecha apunta a una mancha mucho más pequeña, donde se encuentra la huella dejada por la emisión de segundo armónico (3472 A). Recordando que el articulo realizado antes de la era del PDF y el dominio digital en la impresión, pues resulta que en el proceso de impresión, los ayudantes del editor tomaron ese punto como si fuera un mancha de suciedad, una mota de polvo, por lo cual la BORRARON. ¡¡De modo que el artículo se imprimió con el dato experimental completamente borrado!! (OMG)  

De todos modos, el articulo esta en lo correcto. Actualmente, la generación de segundo armónico es más que una curiosidad científica, también cuenta con alta presencia en aplicaciones comerciales en láseres. Este trabajo pionero ha llevado a contar, hoy en dia, con laseres que se pueden sintonizar, por lo cual podemos tener laseres de varios colores en su emision.

Buena parte de mi trabajo se basa en la detección del la generación del segundo armónico óptico como medio de caracterización de materiales orgánicos. Muchas veces la emisión es poco importante por lo cual este articulo pionero me muestra que para encontrar un efecto nuevo basta con tener un prueba, sin importar que esta sea pequeña. Existen otros casos en la historia de la ciencia donde los datos no son suficientes como para afirmar una conclusión definitiva. Por ejemplo, la afirmación de Hubble de un Universo en expansión, pero esa es otra historia que ya trataremos en este blog.

¿Qué es un láser? Respuesta con una colección de posts

Creditos: US DEPARTMENT OF
ENERGY/SCIENCE PHOTO LIBRARY

A manera de introducción pueden ver el video: ¿que es un láser?

Usualmente los láseres emiten una mancha bien definida. Pero no siempre es así. vean el post Extraños Modos Trasversales de Láser Gaseoso .

Una aplicacion del láser es su capacidad de alto enfoque, tal que puede usarse para escribir sobre un cabello, y es tan intenso que instantaneamente puede calentar su taza de café.

Este tema lo pueden también discutir a profundidad en alguno de los cursos de láseres de la Facultad :D

Tambien te puede interesar ver las entrañas de un láser de He-Ne, ya que los que estan en el laboratorio no se pueden desarmar.

Existen muchas clases de láseres, por ejemplo, el láser de nitrógeno suele ser un proyecto ingenieril muy ilustrativo del tema.

La Ilusión óptica con 200 papelitos que el viento se llevó (video y comentario)

La colocación estratégica de 200 papelitos cuadrados y blancos sobre el tablero de ajedrez crean una ilusión de profundidad y deformación del espacio.

Después, la corriente de aire manda a volar los papelitos, por lo que la ilusión óptica desaparece.

El cerebro humano evolucionó para encontrar rápidamente patrones espaciales, basta alrededor de aprox. 20% de información en una imagen para que el cerebro haga el resto. Es por ello que podemos disfrutar la sensación de profundidad en una pintura o fotografía, también por ello esta y otras ilusiones ópticas funcionan tan bien.

Lo que más me gusto de esta ilusión óptica es que no usa fotos, o MS power-point. Es una ilusión óptica trabajada con objetos tangibles :D

Cuéntanos si has hecho alguna ilusión óptica. Claro, también recuerda suscribirte a este blog, que causa adicción a la ciencia.

Enlaces relacionados

Una explicación de que son las ilusiones ópticas encontraras en Presentación de ilusiones ópticas

Este post explica cómo usar unas cartulinas de colore para hacer una simple Ilusión óptica: la importancia de las fronteras