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Vista, oído, olfato, tacto y gusto. Son nuestras únicas armas para conocer y explorar el entorno que nos rodea y reaccionar ante las situaciones que se nos presentan. Los órganos de los sentidos captan la información del exterior y la transforman en puros impulsos eléctricos que se envían a áreas especializadas de la corteza cerebral. Allí se procesan y como resultado se producen sensaciones: ver un cuadro, oír una melodía, saborear una fruta…

La corteza cerebral o córtex cerebral es la capa de tejido nervioso que cubre el cerebro y es donde se localizan ciertas funciones como la percepción, el pensamiento, la imaginación, la reflexión y la decisión.

La vista

El ojo contiene unos 125 millones de células nerviosas llamadas fotorreceptores. Los fotorreceptores generan las señales eléctricas que permiten al cerebro formar las imágenes visuales.

El proceso de visión comienza cuando la luz atraviesa la córnea y entra en el ojo a través de la pupila. El iris regula la entrada de luz al ojo cambiando de forma, y hace que la pupila se encoja cuando la luz es brillante y fuerte, y que se expanda cuando hay oscuridad. Los rayos de luz pasan a través del cristalino y se refractan, de manera que convergen en la retina.  El cristalino debe enfocar los rayos luminosos para conseguir que se forme una buena imagen en la retina con independencia de la distancia a la que esté situado el objeto que estamos mirando. Para ello, si el objeto está cerca, el cristalino aumenta de grosor, y si el objeto está lejos, se aplana. En la retina se encuentran dos tipos de fotorreceptores: los bastones y los conos. Los bastones son los responsables de la visión en blanco y negro, y los conos, de la visión en color. La luz llega a estos fotorreceptores (bastones y conos) que mandan señales eléctricas al cerebro por medio del nervio óptico. Estas señales tienen que viajar hasta la parte anterior del cerebro, en concreto hasta el córtex visual, donde se procesarán y se transformarán en imágenes visuales conscientes.

La visión estereoscópica o tridimensional es posible gracias a que los ojos están separados cierta distancia uno del otro. Así, cada ojo ve una porción distinta del espacio que tenemos delante. La unión de las imágenes recogidas por cada retina da lugar a la sensación de profundidad y por tanto, a la visión tridimensional.

El oído

El oído capta ondas de sonido y las transforma en impulsos nerviosos que se envían al cerebro para su procesamiento. También es en el oído donde se sitúa el sentido del equilibrio, esto es, la percepción de la posición del cuerpo y su movimiento.

El oído se divide en tres secciones denominadas oído externo, medio e interno.  El oído externo canaliza las ondas sonoras por el canal auditivo hasta el tímpano, que marca el comienzo del oído medio. Las ondas hacen vibrar al tímpano, lo que provoca que también vibre la cadena formada por tres pequeños huesecillos llamados martillo, yunque y estribo. Estos huesecillos amplifican las ondas sonoras al golpear una membrana denominada ventana oval, que transmite el sonido hasta el oído interno. Esta amplificación hace posible que el sonido supere la diferencia de resistencia al pasar de un medio aéreo (en el oído medio), a un medio acuoso (en el oído interno). En el oído interno se encuentra el caracol o cóclea, donde se sitúan unas células especializadas capaces de transformar los sonidos en impulsos eléctricos. Estos impulsos viajan por el nervio auditivo hasta una parte específica del cerebro llamada córtex auditivo, donde se procesan para producir la sensación de audición.

Como ya comentamos, el oído también realiza una función fundamental relacionada con el equilibrio. Esta función se realiza en el oído interno, donde ciertas células inmersas en un fluido viscoso reaccionan ante cualquier movimiento, como cambios en la posición de la cabeza o la aceleración.

El  olfato

Aunque la vista es el sentido dominante en el ser humano, el olfato también juega un papel fundamental ya nos sirve de alerta en situaciones peligrosas como un escape de gas o un incendio aunque no podamos verlo directamente. La nariz humana puede distinguir entre miles de olores diferentes.

Al igual que el gusto, el olfato depende de unas células conocidas como quimiorreceptores. Estas células, ubicadas en el interior de la nariz, detectan las moléculas que entran en la cavidad nasal empujadas por corrientes de aire. Así, podemos intensificar la sensación de olor si inhalamos más aire por la nariz, algo que hacemos como un acto reflejo cuando un olor nos llama la atención. Los receptores olfativos de la zona más profunda de la cavidad nasal envían impulsos eléctricos al bulbo olfativo, situado en el sistema límbico cerebral. Este sistema se relaciona con las emociones, los sentimientos, los instintos… Por eso los olores suelen inducir emociones y recuerdos muy fácilmente. El bulbo olfativo, tras procesar y codificar los impulsos eléctricos, los envía a otras regiones del cerebro y los olores se tornan conscientes.

El gusto

En muchos casos las sustancias venenosas o dañinas para el organismo tienen un sabor amargo desagradable, mientras que las comestibles y nutritivas suelen tener buen olor y sabor. Por ello, el gusto y el olfato, actuando en conjunto, conforman un arma efectiva a la hora de evaluar si lo que vamos a comer o a beber está en buen estado o si por el contrario puede resultar perjudicial.

El gusto, al igual que el olfato, detecta las moléculas que entran, en este caso en la boca, y en respuesta genera datos en forma de señales eléctricas que son enviadas al cerebro. Estos datos viajan desde la boca a lo largo de unas determinadas fibras nerviosas y llegan a las zonas específicas del córtex cerebral que se relacionan con el sentido del gusto.

La lengua es el órgano principal del sentido del gusto y es el órgano muscular más flexible del cuerpo. Tiene tres músculos interiores y otros tres pares de músculos que la conectan a la boca y a la garganta. Su superficie está cubierta de papilas gustativas, unos receptores sensoriales especializados en detectar los diferentes sabores: dulce, salado, amargo, ácido y umami. La localización de las papilas gustativas en la lengua es un indicativo del sabor que detectan en mayor medida. Por ejemplo, las papilas gustativas de la punta de la lengua son especialistas en detectar el sabor dulce, las de los laterales de la parte delantera, el sabor salado, las de la parte posterior, el sabor amargo y las situadas a ambos lados de la parte posterior, el sabor ácido. El sabor umami (el término en japonés significa “sabor delicioso”) fue identificado por un químico japonés en 1908, y se corresponde con alimentos que contienen glutamato o ácido glutámico, como carnes, pescados, quesos o sopas. Este componente estimula receptores específicos en la lengua y el resultado es un gusto muy sabroso y apetecible. De hecho, los potenciadores del sabor suelen contener glutamatos. El más común es el glutamato monosódico, muy utilizado en la cocina asiática.

El tacto

El tacto nos permite sentir el contacto con las cosas al tocarlas, su suavidad o aspereza, su temperatura, etc. En la capa más externa de la piel, la epidermis, se encuentran miles de terminaciones nerviosas especializadas llamadas receptores del tacto. Estos receptores detectan cualquier tipo de estímulo sobre la piel, y como respuesta generan impulsos eléctricos que se envían a través de las fibras nerviosas a una zona específica del córtex cerebral para su procesamiento.

Los receptores del tacto se distribuyen por todo el cuerpo de forma variable, por eso hay zonas con mayor o menor sensibilidad. Existen varios tipos, cada uno especializado en una clase de estímulo. Los más simples son los receptores de dolor y temperatura, y consisten en terminales nerviosas libres. Otros receptores, en concreto los corpúsculos de Meissner y las células de Merkel, se encuentran en zonas de gran sensibilidad, como los labios o las yemas de los dedos. Gracias a la extraordinaria sensibilidad que proporcionan es posible, por ejemplo, leer el lenguaje Braille. Por su parte, los corpúsculos de Pacini responden a la presión y a las vibraciones.

Algunos receptores dejan de responder cuando el estímulo se mantiene constante a lo largo del tiempo. A este fenómeno se le conoce como adaptación sensorial, y es la razón por la cual dejamos de notar el reloj cuando lo llevamos puesto durante un rato. La adaptación sensorial es importante, ya que permite que podamos concentrarnos en estímulos que potencialmente puedan ser más relevantes.

Escrito por Varinia para  divulgaUNED.

Sistema solar Disco-Stirling

En los últimos siglos, la humanidad ha experimentado el mayor avance tecnológico y científico de su historia. Esto ha hecho posible una importante mejora en la calidad de vida gracias a la aparición de nuevas tecnologías que hacen que todo sea más fácil y cómodo. La otra cara de la moneda nos muestra el acelerado deterioro del medio ambiente, debido en gran medida al imparable aumento de las necesidades energéticas.

Las principales fuentes energéticas utilizadas en la actualidad (petróleo, carbón y gas) no son renovables, lo que significa que es preciso investigar todas las posibles alternativas. Así, se ha recuperado un motor termodinámico inventado hace casi dos siglos y caído en desuso tras la invención y posterior expansión de los motores de explosión y eléctricos. Estamos hablando del motor Stirling, cuyas prestaciones y posibles aplicaciones en las tecnologías de energías renovables pueden hacer que se convierta en uno de los motores clave del siglo XXI.

Orígenes y evolución del motor Stirling

El motor Stirling fue inventado y patentado en 1816 por el reverendo escocés Robert Stirling. Inicialmente fue ideado con el fin de reemplazar a las turbinas de vapor que, debido a las frecuentes explosiones, causaban numerosos accidentes en las fábricas.  Robert Stirling patentó este motor junto con un dispositivo que mejoraba el rendimiento térmico y que él denominó economizador de calor (hoy se conoce como regenerador). Así, fue capaz de desarrollar un motor que trabajaba con aire caliente a una presión más baja, por lo que era más seguro y tenía menor riesgo de explosión que las máquinas de vapor que se usaban en aquella época.

La facilidad de uso, el funcionamiento silencioso con cualquier tipo de combustible y la seguridad, hicieron que los motores Stirling fueran muy populares hasta el final del siglo XIX, y se utilizaban con frecuencia y con buenos resultados en aplicaciones de bombas de agua y maquinaria ligera como mezcladoras, bombas de aire, aserradoras, etc. Sin embargo, estos motores disponían de baja potencia en relación a su peso y tamaño. Posteriormente, con la invención del motor de explosión, el uso del motor Stirling fue decayendo poco a poco hasta quedarse casi en el olvido.

La segunda etapa de los motores Stirling tuvo lugar a finales de los años 30, cuando unos ingenieros de Philips intentaron poner a punto un motor Stirling para alimentar unos equipos eléctricos. En esta época, el conocimiento sobre la física térmica y los fluidos térmicos era mucho mayor, y además se disponía de nuevos materiales como por ejemplo, el acero inoxidable, por lo que los resultados fueron mejores. En los años 50 estos ingenieros lograron que su motor Stirling alcanzara un potencia 30 veces superior a los primeros Stirling. Este hecho suscitó un gran interés por parte de la comunidad científica, y se propusieron gran cantidad de proyectos y estudios sobre el tema. Después de este auge momentáneo, de nuevo vino un periodo de tiempo que duró varias décadas en el que los motores Stirling fueron relegados a un segundo plano.

La crisis del petróleo de 1973 reabrió el interés, pero fue la NASA, con su investigación sobre sistemas de alta eficiencia térmica alimentados por energía solar, la que le dio un nuevo impulso a esta tecnología que parecía obsoleta. Durantes estos últimos años, la popularidad de los motores Stirling ha aumentado debido al gran número de características favorables que presentan, ya que tienen el potencial para ser mucho más eficientes que los motores diesel o gasolina.

Principios de funcionamiento: motores termodinámicos

El Stirling es un motor termodinámico. Este tipo de motores son capaces de transformar energía térmica (calor) en trabajo mecánico aprovechando la diferencia de temperatura existente entre una fuente de calor, denominada foco caliente, y un sumidero de calor, denominado foco frío. Pueden ser de combustión interna (también llamados endotérmicos), como los motores de los coches, o de combustión externa (o exotérmicos), como es el caso del motor Stirling. Que sea de combustión externa quiere decir que el motor puede funcionar con cualquier fuente de calor externa como por ejemplo, gases de escape de motores, combustión de biomasa, energía nuclear o energía solar. Esto nos hace intuir la enorme versatilidad de este tipo de máquinas, que lo único que necesitan para funcionar es calor y que en su funcionamiento no emiten ningún tipo de contaminante a la atmósfera.

Básicamente, el ciclo de funcionamiento de un motor Stirling consta de cuatro fases en las que un gas se comprime, se calienta, se expande y se enfría de manera cíclica. Esta serie de eventos provocan cambios en la presión del gas que se traducen en trabajo útil. Este proceso de conversión de calor en trabajo hace que el motor Stirling sea el único motor cuyo rendimiento se acerca al máximo teórico posible, que viene determinado por el llamado rendimiento del motor ideal de Carnot. En la práctica no es posible alcanzar este rendimiento ideal, ya que durante el funcionamiento se producen pérdidas inevitables.

El motor Stirling y la energía solar

Los sistemas que utilizan motores Stirling para producir electricidad a partir de la energía solar se conocen como disco-Stirling. Muchos expertos creen que estos sistemas tienen un futuro prometedor, ya que han demostrado eficiencias superiores a las demás tecnologías solares.

Los disco-Stirling se utilizan en energía solar termoeléctrica, que es la que aprovecha la radiación solar incidente para calentar un fluido que posteriormente se hará pasar por una etapa de una turbina que generará electricidad. Son pequeños discos parabólicos independientes conectados a un motor Stirling que está situado en el foco de la parábola. Consiguen concentrar la luz solar entre 1.000 y 4.000 veces y así se obtiene el calor suficiente para que el motor pueda funcionar.

En Estados Unidos se encuentran las mayores plantas termoeléctricas del mundo que estarán pobladas por miles de unidades disco-Stirling. En España podemos verlos en la Plataforma Solar de Almería, que los ha estudiado desde 1992, y en Sanlúcar la Mayor (Sevilla), donde hay instalados 8 sistemas disco-Stirling.

“I’d put my money on the sun and solar energy. What a source of power! I hope we don’t have to wait until oil and coal run out before we tackle that.”

Thomas Alva Edison, 1931

Escrito por Varinia para divulgaUNED.

Ludwig Boltzmann

Philip T. Gressman y Robert M. Strain, dos matemáticos de la Universidad de Pennsylvania  han hecho historia al resolver la ecuación de Boltzmann, una ecuación de séptimo grado formulada hace 140 años y que hasta ahora nadie había logrado solucionar. El trabajo ha sido publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Science (PNAS) y financiado por la National Science Foundation.

Desarrollada durante las décadas de 1860 y 1870 por los físicos Ludwig Boltzmann y James Clerk Maxwell, esta ecuación es fundamental en el estudio de la cinética de los gases ya que es capaz de predecir la distribución en el espacio del material gaseoso y la manera en que éste responde a diversos cambios como presión, temperatura, etc. A pesar de que esta ecuación ha permanecido sin solución durante 140 años, su importancia histórica es incuestionable ya que ha sido ampliamente utilizada desde su formulación y los múltiples experimentos llevados a cabo durante décadas han corroborado una y otra vez la validez de sus predicciones.

Gressman y Strain  han conseguido resolver este complicadísimo problema utilizando técnicas matemáticas de los campos de ecuaciones diferenciales parciales y análisis armónico, pero por el momento pero sólo han logrado encontrar soluciones para los casos en los que los gases se encuentran en estado de equilibrio perfecto. Un gas se halla en un estado de equilibrio cuando su nivel de entropía es máximo, es decir, cuando  las partículas están totalmente mezcladas y el desorden es máximo.

Es llamativo el hecho de que la mayoría de las técnicas matemáticas utilizadas en la resolución de esta ecuación fueron desarrolladas en los últimos 50 años por lo que no se conocían cuando Boltzmann y Maxwell formularon su famosa ecuación. Como dice el propio Robert Strain, “Consideramos que es importante destacar que esta ecuación, desarrollada por Boltzmann y Maxwell en 1867 y 1872, nos ofrece un excepcional ejemplo en el que una serie de derivadas geométricas fraccionales se producen en un modelo físico del mundo natural”. “Las técnicas matemáticas necesarias para estudiar estos fenómenos sólo se han desarrollado en la era moderna”, añade Strain.

Ludwig Edward Boltzmann fue un verdadero pionero de la mecánica estadística, el campo de la física que estudia e intenta predecir el comportamiento de los sistemas formados por muchas partículas. Fue también el creador de la constante que lleva su nombre, la constante de Boltzmann, un concepto fundamental en termodinámica que relaciona la temperatura absoluta, esto es, la temperatura medida con respecto a una escala que comienza en el cero absoluto (-273ºC) y la energía.

A pesar de sus grandes aportaciones, en la actualidad completamente aceptadas, Boltzmann se suicidó en 1906. Trastornos psíquicos, posiblemente agravados por las duras críticas de la comunidad científica hacia parte de su trabajo, pudieron influir en su trágico final. Unos años después de su muerte, los estudios del físico-químico francés Jean Baptiste Perrin ayudaron a limpiar su nombre ya que confirmaron, entre otras cosas, la validez de la constante de Boltzmann. Ahora, con la resolución de su famosa ecuación, se ha reconocido de nuevo la importancia de su trabajo en la historia de la ciencia.

Escrito por Varinia para divulgaUNED.

La organización Cancer Research UK ha dado a conocer un estudio en el que indica que el índice de mortalidad en varones debido a melanomas malignos, un tipo de cáncer de piel, se ha duplicado en los últimos 30 años.

En los años 70, década de referencia de esta investigación, sólo 1,5 de cada 100.000 varones británicos morían por esta causa, pero en la actualidad esta número ha aumentado hasta los 3,1 de cada 100.000. En el caso de hombres mayores de 65 años este dato es mucho más alarmante ya que se ha pasado de 4,5 muertes de cada 100.000 en los años 70 a 15,2 de cada 100.000 en la actualidad.

Los especialistas muestran su preocupación por este importante aumento en el número de casos mortales de melanoma, sobre todo teniendo en cuenta que es una enfermedad fácil de prevenir.  Caroline Cerny, directora de SunSmart, la campaña de prevención del cáncer de piel en Reino Unido, ha afirmado que “Estas cifras muestran que un alarmante número de hombres están muriendo innecesariamente debido a melanomas malignos, y el número de nuevos diagnosticados con la enfermedad crece muy rápidamente. Es la prevención lo que nos puede ayudar a frenar esta tendencia y a salvar vidas”.

El índice de mortandad por esta causa en las mujeres también ha ascendido, pero en menor medida. Desde la década de los 70 hasta la actualidad, el número de mujeres que han fallecido por melanoma ha pasado de 1,5 a 2,3 por cada 100.000. Los investigadores creen que este menor índice de mortalidad entre las mujeres puede deberse a que éstas suelen preocuparse más de la protección necesaria a la hora de exponerse al sol, además de acudir al médico a la mínima sospecha. De hecho, como indica Caroline Cerny, “aunque se diagnostican más melanomas malignos a mujeres que a hombres, hay un mayor número de varones que mueren debido a la enfermedad. Esto nos sugiere que los hombres no vigilan los síntomas del cáncer de piel o que los ignoran sin consultar a su médico de cabecera. Es fundamental que la gente acuda a su médico con rapidez si nota cambios inusuales en sus lunares – cuanto antes se detecte el cáncer de piel más fácil será de tratar”.

Saber más sobre el cáncer de piel

• Existen dos tipos de cáncer de piel no melanoma: el carcinoma basocelular y el carcinoma espinocelular. Son los más frecuentes, pero también los menos peligrosos y no representan más del 0,1% de las muertes debidas a cáncer. Detectado a tiempo, el cáncer de piel no melanoma no representa una amenaza para la vida.
• Se distinguen principalmente tres tipos de cáncer de piel melanoma: superficial, nodular y léntigo maligno. El superficial es el más frecuente (70% de los casos)
• El melanoma maligno es poco frecuente, pero también más grave. La tasa de supervivencia tras un melanoma es similar en toda la Unión Europea y está en torno al 75% para los hombres y 84% para las mujeres.
• En España se diagnostican alrededor de 3.200 casos de melanoma al año. Suponen el 2,7% de los cánceres femeninos y el 1,5% de los masculinos.
• Aproximadamente 710 personas mueren al año en España por melanoma. Es una tasa de mortalidad moderada que supone el 0,8% de todas las muertes por cáncer.
• La principal causa del melanoma es la sobreexposición a la radiación ultravioleta del sol. También las personas que utilizan de forma excesiva las cabinas de bronceado tienen un mayor riesgo de contraer cáncer de piel.
• Es más frecuente en adultos con edades comprendidas entre los 40 y los 70 años. Es rara su aparición en niños.
• El color de piel es importante: el cáncer de piel es 20 veces más común en personas de raza blanca que de raza negra.  Dentro de las personas de raza blanca, las personas de piel muy clara, pelirrojas o rubias de ojos azules o verdes y que se queman con facilidad, son las que presentan mayor riesgo de contraer cáncer de piel.
• Los antecedentes familiares de cáncer de piel suponen un mayor riesgo de padecer la enfermedad.
• También es más frecuente en personas que tienen múltiples lunares (nevus) en la adolescencia o que presentan grandes lunares congénitos (nevus congénito gigante).
• La prevención es fundamental. Se debe: limitar la exposición al sol o a las cabinas de bronceado, usar la protección solar adecuada al tipo de piel, examinar periódicamente los lunares del cuerpo y visitar al médico al notar cualquier cambio inusual.
• La Regla ABCD nos puede ayudar a distinguir un melanoma de un lunar normal: A de asimetría (la mitad del lunar no es igual a la otra mitad), B de borde (los bordes del lunar son irregulares o están borrosos), C de color (los colores blanquecinos, rojizos o azulados sobre fondo negro son los más preocupantes) y D de diámetro (el lunar mide más de 6 mm. de diámetro o aumenta de tamaño).

Escrito por Varinia para divulgaUNED.

En la antigüedad se bailaba la danza de la lluvia, pero en un futuro quizás podremos invocarla gracias a la tecnología láser. Un grupo de físicos especialistas en óptica ha demostrado que los rayos láser pueden desencadenar la formación de pequeñas gotas de agua en el aire, una técnica que algún día podría ayudar a provocar lluvias de forma artificial.

Durante más de 50 años, los esfuerzos para intentar inducir lluvias artificialmente se habían concentrado en la denominada siembra de nubes. Esta técnica consiste en esparcir pequeñas partículas de yoduro de plata en el aire para que actúen como núcleos de condensación, unos centros alrededor de los cuales se pueden formar las gotas de lluvia. “El problema es que todavía no tenemos claro que la siembra de nubes funcione eficientemente”, afirma el físico óptico Jérôme Kasparian, de la Universidad de Ginebra, Suiza. “También nos preocupa los riesgos que pueda tener para el medio ambiente el soltar partículas de yoduro de plata en el aire”.

Kasparian y sus colegas han llegado a la conclusión de que tiene que haber una alternativa respetuosa con el medio ambiente. Disparar al aire un rayo láser en pequeños pulsos ioniza las moléculas de nitrógeno y oxigeno alrededor del rayo, es decir, las carga eléctricamente. Así, el láser crea un canal de plasma, una especie “camino de gas ionizado” que, debido a su baja resistencia eléctrica, permite el flujo de corriente. Las moléculas ionizadas pueden actuar como núcleos de condensación naturales, explica Kasparian.

El experimento

Para comprobar si esta técnica realmente puede inducir gotas de lluvia, los investigadores han disparado, en condiciones controladas en el laboratorio, un láser de alta potencia en una cámara de aire altamente saturado. La cámara fue iluminada con un segundo láser de baja potencia, lo que permitió ver y medir las gotas de agua producidas. Inmediatamente después de disparar el láser, se formaron gotas de unos 50 micrómetros de ancho a lo largo del canal de plasma. Tres segundos después, el tamaño de las gotas había aumentado hasta los 80 micrómetros de anchura debido a la fusión de las gotas más pequeñas. Los resultados de esta investigación se han publicado online en Nature Photonics.

El siguiente paso para Kasparian y su equipo fue probar esta técnica en el exterior. Los investigadores ya han experimentado el uso de canales de plasma para modificar el clima: en 2008 demostraron que disparar un rayo de su láser portátil de alta potencia Teramobile hacia una nube de tormenta producía descargas eléctricas.

Para este nuevo experimento, Kasparian y sus colegas han probado el láser Teramobile varias noches y en diferentes condiciones de humedad. Una vez más, han detectado y medido la condensación inducida utilizando un segundo láser. En condiciones de baja humedad, el láser Teramobile no produce gotas. Pero cuando la humedad es alta el equipo ha llegado a medir hasta 20 veces más condensación tras disparar el láser Teramobile que antes. Kasparian afirma que esto puede sugerir la formación de gotas de agua.

El futuro

El experto en física del láser del centro de investigación FZD Dresden-Rossendorf, Roland Sauerbrey, afirma que este equipo tiene el potencial para crear una tecnología realmente innovadora. “Esta es la primera vez que se ha usado un láser para crear condensación en el exterior”, dice Sauerbrey.

Sin embargo, esta técnica aún se encuentra en una fase temprana de investigación. “Solo podemos crear condensación a lo largo del canal del láser, así que mañana no vamos a salir fuera y hacer que llueva”, explica Kasparian. Él y su equipo están ahora investigando si son capaces de formar condensación en un área más grande, extendiendo su láser por el cielo.

Thomas Leisner, físico atmosférico del Instituto de tecnología Karlsruhe (Alemania), mantiene una actitud escéptica acerca de la viabilidad futura de esta técnica para este propósito. “Soy escéptico con la idea de que esto pueda utilizarse para provocar lluvias a voluntad”, dice. Pero también afirma que esta tecnología podrá tener otros usos. Explica que los investigadores podrían calibrar la relación entre la cantidad de condensación producida por el láser y las condiciones atmosféricas imperantes. “Podrían utilizar la cantidad de condensación producida por el láser como una medida de la saturación del agua y así mejorar las actuales técnicas de pronóstico de lluvia”.

Escrito por Varinia para divulgaUNED.

Podemos decir que la materia es todo lo que ocupa un espacio físico en el mundo que nos rodea. Puede presentarse en cinco estados diferentes:

1. Estado sólido:  La materia en estado sólido está formada por átomos organizados formando una estructura rígida. Los sólidos se pueden clasificar según sus propiedades térmicas y eléctricas. Por ejemplo, los metales son conductores del calor y la electricidad, y el plástico o la madera son aislantes y no conducen la electricidad. Hasta que se descubrió el condensado de Bose-Einstein, se creía que el estado sólido era el de menor energía.

2. Estado líquido: Cuando a un sólido se la suministra la suficiente energía, sus átomos pueden abandonar sus posiciones fijas y pasar al estado líquido. La principal característica de los líquidos es su capacidad para fluir. Mantienen un volumen fijo y toman la forma del recipiente que los contiene.

3. Estado gaseoso: Suministrando más energía a un líquido se pasa al estado gaseoso. Los gases se pueden comprimir fácilmente y se expanden hasta ocupar todo el volumen del recipiente que los contiene. Responden de forma predecible a los cambios de presión y de temperatura, expandiéndose (más calor, menos presión) o comprimiéndose (menos calor, más presión).

4. Plasma: El plasma es un gas formado por partículas cargadas eléctricamente. El estado de la materia más energético y también el más abundante en el universo. Está formado por átomos que han perdido electrones. Pasa con facilidad al estado gaseoso.

5. Condensado de Bose-Einstein (CBE): Es  el estado de menor energía, el opuesto al plasma. Se forma a temperaturas extremadamente bajas, a millonésimas de grado por encima del cero absoluto (-273ºC). Al descender la temperatura a valores cercanos al cero absoluto, los átomos se amontonan y se vuelven indistinguibles. El CBE se descubrió en 1995, y su nombre se puso en homenaje a Satyendra Nath Bose y a Albert Einstein que ya en la década de los años 20 dijeron que este estado de bajísima energía debía existir.

La radiación es la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas. A finales del siglo XIX, Henri Becquerel descubrió que algunos cuerpos, como el uranio, emitían radiaciones espontáneamente. A este fenómeno se le conoce como radiactividad natural.  Con el tiempo se descubrió que estas emisiones eran el resultado de la desintegración de átomos inestables, cuyos núcleos se dividen liberando energía.

Existen dos tipos de radiaciones:

• Las radiaciones ionizantes tienen energía suficiente para romper las moléculas en las que inciden. Ejemplos de este tipo de radiación son las partículas alfa, beta, rayos gamma y rayos X.
• Las radiaciones no ionizantes tienen menos energía y no son capaces de romper los enlaces atómicos. Son radiaciones no ionizantes las microondas, las ondas de radio, los infrarrojos…

LOS EFECTOS DE LA EXPOSICIÓN A LA RADIACIÓN

En la medida en que la radiactividad es un fenómeno natural, todos los seres vivos estamos expuestos a una cierta dosis de radiación, ya sea procedente del espacio, de los alimentos que ingerimos o de los materiales que forman el suelo. En Galicia, por ejemplo, la acumulación de radón, un gas radiactivo procedente de la desintegración del uranio, constituye un problema en los sótanos sin ventilación.

Se llama envenenamiento por radiación a la exposición a altas dosis de radiación ionizante. No todas las radiaciones tienen la misma nocividad, por lo que es necesario multiplicar la radiación absorbida por el organismo por un coeficiente de ponderación determinado, para tener en cuenta las diferencias. Esta medida se conoce como dosis equivalente y se mide en sieverts.

Los efectos de la radiactividad sobre la salud son complejos. La gravedad de los daños depende del tipo de radiación, de la intensidad de la dosis y del tiempo que se prolongue la exposición. Además, también influye el tipo de tejido afectado y su capacidad de absorción ya que, por ejemplo, los órganos reproductores son 20 veces más sensibles que la piel. Por tanto, los síntomas del envenenamiento por radiación son múltiples: desde quemaduras en la piel, pérdida de pelo, desmayos, vómitos, fatiga, etc. hasta alteraciones genéticas, el cáncer o la muerte.

Alteraciones como estas son las que sufrieron las víctimas del accidente nuclear de Chernóbil (Ucrania), el más grave de la historia. Ocurrió el 26 de abril de 1986, durante una prueba en la que se simulaba el corte del suministro eléctrico. Fue entonces cuando se produjo un inesperado sobrecalentamiento del núcleo del reactor que finalmente provocó la explosión del hidrógeno contenido en su interior. Las consecuencias que la enorme cantidad de radiación emitida en la explosión tuvo sobre las personas y todo el entorno natural fueron enormes, y aún hoy se sufren sus efectos. Este es el único accidente que se ha clasificado en el nivel máximo (7) de la escala INES, una escala que mide la gravedad de los accidentes nucleares.

Afortunadamente, las probabilidades de que algo así vuelva a ocurrir son extraordinariamente bajas. Hoy en día, la energía nuclear ya es una tecnología madura y ofrece unas buenas garantías de seguridad.

Gracias al nuevo observatorio de la NASA, Solar Dynamics Observatory (SDO), se han logrado imágenes del Sol tan increíbles como esta. Los colores se corresponden con diferentes temperaturas de gas: los colores rojos y naranjas representan temperaturas relativamente “frías”, de unos 60.000 grados, y los colores azules y verdes representan temperaturas más “cálidas”, de más de 1.000.000 de grados!!

Cráneo del Australopithecus sediba / Fuente: Science

“¡Papá, he encontrado un fósil!”. Estas son las palabras que el paleontólogo Lee Berger escuchó el 15 de agosto de 2008 antes de comprobar, atónito, que su hijo Matthew de 9 años había encontrado, mientras jugaba en las inmediaciones del yacimiento en el que trabajaba su padre, la clavícula de un antiguo homínido. Berger rastreó inmediatamente los alrededores y pronto volvió a sorprenderse al hallar la mandíbula inferior de este mismo homínido. “No me lo podía creer”, afirmó después el científico de la Universidad de Witwatersrand, Sudáfrica.

Tras ese momento, sólo un par de semanas después del también sensacional hallazgo en Siberia de otra nueva especie de homínido desconocida que vivió en Eurasia hace 40.000 años, un gran grupo de paleontólogos, dirigido por Lee Berger, comenzó a trabajar. A día de hoy más de 60 científicos de todo el mundo y decenas de estudiantes han podido investigar los restos. Durante meses se han aplicado complicadas técnicas para extraer los huesos de los bloques de roca en los que estaban incrustados, y finalmente los científicos han recuperado dos esqueletos parciales pero muy bien conservados. Sorprendentemente, y al igual que ocurrió con el homínido de Siberia, ambos esqueletos pertenecen a una especie de homínido desconocida hasta ahora. Uno de ellos, concretamente el que descubrió Matthew, pertenece a un adolescente de entre 10 y 13 años de edad. El otro es de una mujer de alrededor de 30 años. Parece que ambos homínidos vivieron hace casi 2 millones de años y que murieron con muy poca diferencia de tiempo

El equipo acaba de publicar en Science el resultado de sus investigaciones, donde afirman que los esqueletos pertenecen a una nueva especie de homínido, a la que han bautizado como Australopithecus sediba (sediba significa fuente o manantial en el idioma Sotho). Además, aseguran que esta especie podría pertenecer a la etapa de la evolución entre los Australopithecus y los primeros individuos del género Homo y ser, por tanto, una pieza fundamental para comprender nuestros propios orígenes, los del Homo sapiens. En propias palabras del profesor Berger: “Creo que éste es un buen candidato para pertenecer a la especie de transición entre el hombre mono africano, el Australopithecus africanus y el Homo habilis, o incluso podría ser un antepasado directo del Homo erectus”. Curiosamente, los esqueletos fueron hallados en una cueva de la región de Malapa, a sólo 40 kilómetros de Johannesburgo, en un lugar denominado por la UNESCO “Cuna de la Humanidad”.

Los restos de los dos Australopithecus sediba fueron encontrados en el fondo de un sistema de cuevas creadas por la erosión de un río, mezclados entre sí y con otros animales como antílopes, tigres diente de sable, ratones y conejos. Los estudios indican que ambos pudieron morir poco antes de ser arrastrados por la corriente del río y depositados en el lugar donde fueron hallados. Su edad se ha acotado entre los 1,95 y 1,78 millones de años. Tenían las manos cortas y fuertes, los brazos largos como los simios, una pelvis muy evolucionada y las piernas largas, por lo que podían caminar, y posiblemente correr y trepar como los humanos. Las estimaciones indican que en el momento de su muerte el ejemplar femenino pesaba unos 33 kilos y el adolescente masculino unos 27. Ambos medían aproximadamente 1,27 metros de altura, aunque el individuo más joven habría crecido más al hacerse adulto. El tamaño del cerebro es pequeño, entre los 420 y 450 centímetros cúbicos en el caso del joven (hay que tener en cuenta que el cerebro del ser humano actual está entre los 1.200 y los 1.600 centímetros cúbicos) pero sin embargo, Lee Berger afirma que la forma de su cráneo es muy avanzada si se compara con la de los australopitecinos.

Vista lateral del cráneo de Australopithecus sediba / Fuente: Science

El aspecto del Australopithecus sediba, una mezcla de rasgos muy primitivos y típicos de los australopitecinos, con otros mucho más modernos y característicos de los homínidos posteriores, ha suscitado un gran debate de opiniones que divide a los científicos. Unos, entre los que se encuentran los autores de la investigación publicada en Science, aseguran que los esqueletos hallados podrían ser los primeros representantes del género Homo. Otros opinan que los Australopithecus sediba pueden pertenecer a una rama sudafricana tardía de australopitecos que pudieron ser coetáneos con miembros del género Homo, y que a día de hoy nuestro antepasado inmediato más probable sigue siendo Lucy, la Australopithecus afarensis de 3,2 millones de años de antigüedad descubierta en Etiopía en 1974.

En lo que en general hay consenso es en que la transición evolutiva desde los primeros homínidos hasta los primeros individuos del género Homo se dio en etapas muy lentas y espaciadas en el tiempo. Lee Berger afirma en Science que “No es posible establecer la posición filogenética precisa de Australopithecus sediba en relación a varias especies asignadas al Homo primitivo. Podemos concluir que esta nueva especie comparte más características derivadas con el Homo primitivo que con cualquier otra especie de australopiteco conocida, y por tanto representa un ancestro candidato para el género, o un grupo hermano a un ancestro cercano que persistió durante cierto tiempo tras la primera aparición de Homo”. También destaca la trascendencia que este descubrimiento tiene en el estudio de la evolución humana y que asegura que “Antes, podías prácticamente acomodar el registro completo de fósiles que son candidatos para el origen del género Homo de este periodo en una pequeña mesa. Pero, con el descubrimiento de Australopithecus sediba y la riqueza de fósiles que hemos recobrado –y y que seguimos recuperando—esto ha cambiado de forma dramática”.

El Sincrotón Europeo de Grenoble (ESRF) se ha unido al estudio de estos fósiles, aplicando sobre algunos fragmentos de uno de los esqueletos una técnica llamada microtomografía de rayos X sincrotón, desarrollada por el paleoantropólogo Paul Tafforeau y su grupo de investigación. Esta técnica hace posible la visualización, con gran nivel de detalle y en tres dimensiones, del interior de una roca fosilizada sin necesidad de romperla. Gracias a este estudio, llevado a cabo durante el mes de febrero de 2010 por el propio Tafforeau, se ha detectado en el interior del cráneo del ejemplar más joven lo que parecen ser huevos del insecto que devoró el cadáver e, increíblemente, la presencia de restos de cerebro. Los científicos aún están empezando a analizar toda la información que se ha recopilado tras este nuevo e inesperado hallazgo, por lo que seguramente en los próximos meses tendremos nuevos datos que nos permitan conocer un poco más sobre la complicada e intrincada historia de la evolución del ser humano.

El vuelo del Solar Impulse

El vuelo de prueba del Solar Impulse, un avión propulsado únicamente por energía solar, fue todo un éxito. Pilotado por el experimentado aeronauta suizo Markus Scherdel, el avión despegó el 7 de abril de la base militar de Payerne, al oeste de Suiza, y completó un vuelo de una hora y media de duración alcanzando los 1.200 metros de altura. “Queremos demostrar lo que podemos lograr con energías renovables”, declaró Bertrand Piccard, el empresario que impulsa el proyecto. Y es que el Solar Impulse tiene una particularidad que lo diferencia de otros aviones solares anteriores, ya que es capaz de volar por la noche.

El Solar Impulse tiene una envergadura de alas de casi 64 metros, como un Airbus 340, y pesa 1.600 kilos, algo más que un coche de tamaño medio. Sus alas están cubiertas por 12.000 células fotovoltaicas que proporcionan energía para el funcionamiento de los cuatro motores eléctricos, además de recargar las baterías de litio de 400 kilogramos de peso. Estas baterías almacenan la energía necesaria para que el avión pueda realizar viajes nocturnos.

Este vuelo ha sido el primer ensayo de varios que el avión deberá superar antes de la gran prueba final que tendrá lugar en 2012, en la que Bertrand y su socio André Borschberg tienen previsto dar la vuelta al mundo en globo con el Solar Impulse.

…¡Ojalá algún día esta tecnología se desarrolle lo suficiente para poder disponer de aviones solares que transporten pasajeros!…

Aquí podeis ver la página web oficial del proyecto Solar Impulse.