La ciencia en el mundo -Febrero 1993

La ciencia en el mundo -Febrero 1993
por Abe Dane
Explorando la microgravedad Cuando los científicos pierden la atracción familiar de la gravedad, los problemas que calcularon hace muchos siglos, súbitamente surgen de nuevo de una forma desconcertante. Entonces ellos entran en un nuevo mundo raro en el cual no saben qué sucederá si se prende una vela o se pone el agua a hervir. Esto es un enorme retroceso para personas capaces de predecir cȯmo volarȧ un avión, sin contar con mucho más que la fabricación de un modelo a escala. Así y todo, esta es también una buena oportunidad para abrir nuevos caminos fundamentales y para obtener una perspectiva enteramente diferente de lo que ya saben (o creen que saben). Pero, hasta recientemente, esta investigación ha sido esporádica, agregada en la forma que lo permiten los programas de los astronautas y el límite de carga de la nave espacial. Eso cambió el pasado verano con el lanzamiento del primer Laboratorio United States de Microgravedad, a bordo del Transbordador Espacial Columbia. El vuelo de 14 días no sȯlo fue el mȧs largo realizado por un transbordador, sino que también marcȯ la primera vez que una misión entera ha estado dedicada a explorar el ambiente de microgravedad orbital. Se trata de microgravedad en lugar de gravedad cero, porque en la ȯrbita baja del transbordador todavía hay aceleración debido a la fricción atmosférica. Todos los elementos: el entrenamiento de la tripulación, las facilidades a bordo y el perfil de la misión, pudieron ser confeccionados a la medida. La mayor parte del trabajo fue realizado en un módulo cilíndrico de Laboratorio Espacial, acomodado en el compartimiento de carga de la nave. Alcanzado a través de un túnel que se extendía desde el compartimiento de la tripulación, en él se proporcionaba espacio para colocar los aparatos que le permitían a los siete astronautas probar cosas que nunca antes habían intentado en ȯrbita. Los experimentos fueron escogidos por su potencial para proporcionar una gran cantidad de respuestas a preguntas básicas sobre la microgravedad. Esto también, significȯ una desviación de las prȧcticas del pasado. "Hace diez años, lo que todo el mundo quería hacer consistía en salir al espacio y hacer un producto o hallar una aplicación. Como, por ejemplo, salgamos al espacio y hagamos crecer cristales, de forma que podamos venderlos", dice Joel Kearns, administrador del programa de investigación de la solidificación de la microgravedad y biotecnología de NASA. "Ese no es el enfoque ahora mismo. Una de las razones es que todo el mundo ha calculado lo caro que es salir al espacio y, también entonces, lo poco que sabíamos sobre las teorías básicas que determinarían si un producto iba a trabajar o no". La mayor parte de esta teoría estȧ en el campo de la dinámica de los fluidos, ya que la conducta de los líquidos en la Tierra estȧ tan dominada por la gravedad , que es difícil medir las otras fuerzas que intervienen. Por ejemplo, la tensión superficial, que es un factor relativamente menor en la Tierra, se convierte en el espacio en un factor importante. Debido a esto, la forma mȧs fácil que un glóbulo de agua puede adoptar en el espacio es aquėlla con el área superficial mȧs pequeña: una esfera. Esas esferas fueron estudiadas en el Mȯdulo físico de la Gota, uno de los tres instrumentos de mayor importancia a bordo del USML-1. En el Mȯdulo físico de la Gota se usȯ un par de jeringas movibles, para esparcir glóbulos de líquido en el interior de una cámara. Allí, unos conductores acústicos fueron empleados para manipular las gotas a través de una gran variedad de experimentos, entre los cuales se incluían giros, divisiones y la creación de una gota en el interior de otra. Otros aspecto de la dinámica de los fluidos que es fundamentalmente diferente en el espacio es la convección. La convección es la creación de corrientes en un líquido (el movimiento circulatorio que ocurre), cuando este fluido está sometido a temperaturas que no son uniformes, debido a cambios en la densidad y a la acción de la gravedad. En la Tierra, el agua que es calentada, se eleva desde el fondo hasta la superficie, donde paulatinamente se enfría y vuelve a descender, creando un movimiento de rotación simple. En el espacio, esta convección que lleva el agua caliente hacia arriba, es reemplazada por otros flujos, que son mucho más difíciles de predecir. El experimento de Convección Guiada a la Tensión Superficial explorȯ este fenómeno, enfocando rayos láser y un productor de imágenes infrarrojo sobre una celda cilíndrica de prueba, llena con aceite de silicona. Los resultados deben ayudar en los esfuerzos futuros por hacer crecer cristales y realizar otras operaciones delicadas con los fluidos en el espacio. Todos estos esfuerzos consiguieron un progreso substancial en otro aparato, llamado Estufa de Crecimiento de Cristal (CGF). De acuerdo con Kearn , el CGF marcȯ la primera vez que en los E.U.A. se construyó una estufa para este tipo de ciencia de alta temperatura que haya funcionado. Dispositivos similares, japoneses y alemanes, han carecido de la precisión del CGF, precisión que hace más fácil comparar los resultados con la información obtenida en la Tierra. El CGF, que tiene un peso de 326,5 kg (720 libras), se concentra alrededor de un mȯdulo de estufa movible, el que le aplica a cada muestra una secuencia de temperaturas controladas con gran precisión. Las ampolletas de muestras, que contienen materiales para ser cristalizados, son cargadas de forma automática bajo un control de computadoras. A bordo del USML-1, las ampolletas contenían una variedad de materiales semiconductores con aplicaciones potenciales en las ramas de la computación a altas velocidades, en la rama de la detección infrarroja y en la de electrónica óptica. En total, mȧs de 30 investigaciones mantuvieron a la tripulación de siete personas del USML-1 trabajando durante turnos de 12 horas, a través de las dos semanas que permanecieron en ȯrbita. Es muy pronto para decir algo sobre los resultados científicos de la misión, pero en estos momentos puede ser calificada como una de las mȧs exitosas del Transbordador Espacial hasta el presente. Prácticamente, cada cosa funcionó de la manera que se suponía lo hiciese, y la información debe mantener a los científicos ocupados durante los próximos años. la contaminación de ozono En las áreas urbanas muy pobladas se ha venido desarrollando una contaminación del aire, con la presencia del ozono. a niveles terrestres. Por ello científicos especialistas en cuestiones atmosféricas se reunieron en el llamado Estudio Intensivo de Atlanta. La información obtenida servirá para hacer una evaluación de la contaminación del ozono y establecer controles para las áreas urbanas. En este estudio, recientemente iniciado, en total se tomarȧn muestras del aire en 14 localizaciones distribuidas en toda el área metropolitana de Atlanta, incluyendo una torre de 61 m (200 pies) de alto edificada en los terrenos del Instituto de Tecnología de Georgia, y otra torre de 46 m (150 pies) en el Centro de Ciencia Fernbank. Además, globos sujetos por cuerdas, sondas de radio, un helicóptero y una estación LIDAR (Detección y Alcance del Intervalo del Láser) con otros equipos, están siendo usados para hacer un millón de medidas durante las seis semanas y media de duración del intensivo estudio. Asimismo, se seleccionarȧn otros 20 sitios pare efectuar mediciones (para obtener información sobre la calidad del aire) en las inmediaciones del área metropolitana de Atlanta y en los estados adyacentes. El ozono al nivel del terreno es un contaminante que se forma por dos tipos de substancias químicas: los hidrocarburos conocidos como compuestos orgánicos volátiles (VOCs) y los óxidos de nitrógeno (NOx), los que reaccionan en presencia de la luz solar. Ambas clases de compuestos son emitidos por dos tipos de fuentes: las creadas por el hombre, como las fȧbricas y los automóviles, y por las fuentes naturales, como los ȧrboles y la cubierta vegetal, los terrenos y las descargas eléctricas. Es importante destacar que el ozono encontrado a niveles del terreno no debe ser confundido con el ozono estratosférico a grandes altitudes. Este último protege la vida de los efectos dañinos de los rayos ultravioleta del Sol. En estrategias anteriores sobre este tipo de ozono terrestre los estudios se habían concentrado en el control de las emisiones de los compuestos orgánicos volátiles. Y debido a estos titánicos esfuerzos los niveles de ozono no han aumentado, a pesar del crecimiento de la población. Sin embargo, el actual control no debe ser interpretado como que no existe motivo de alarma, ya que estos niveles en la actualidad exceden las normas de seguridad. Por lo tanto, los científicos consideran que pronto serȧ necesario poner en vigor estrategias más rígidas sobre las emisiones. Atlanta fue la primera ciudad elegida para efectuar este análisis de calidad debido a varias razones: 1)Una abundante información existe con respecto a la química de la atmósfera de Atlanta; 2) en la ciudad en la actualidad se cumple con los reglamentos federales sobre el ozono; 3) los extensos bosques que rodean a la ciudad permiten realizar el estudio de cȯmo las emisiones naturales afectan el proceso de formación del ozono; 4) Atlanta no recibe contaminación de otras ciudades vecinas; y 5) la ciudad experimenta grandes periodos, durante los meses de verano, en los cuales el aire queda estancado, y esta condición propicia el crecimiento de la concentración del ozono. Durante los pasados 10 años, el área de Atlanta ha experimentado un promedio de 12 días en cada verano, en los cuales los niveles medidos del ozono terrestre sobrepasan las normas federales sobre la calidad del aire. La Agencia de Protección Ambiental de los E.U.A. (EPA) ha clasificado la condición del problema del ozono en 13 condados alrededor de la ciudad de Atlanta como "seria". Esta clasificación se encuentra justamente en el centro de la escala de cinco pasos confeccionada para clasificar las áreas que no cumplen las normas de contaminación ambiental. Entre los principales objetivos del presente estudio, se encuentran los siguientes: * Determinar las importancias relativas, en la formación de este tipo de ozono, de las emisiones de las fuentes hechas por el hombre y las emisiones naturales. * Determinar la importancia relativa de los hidrocarburos frente a los óxidos de nitrógeno en la formación del ozono. * La identificación de las emisiones de hidrocarburo que juegan los papeles mȧs importantes en la formación del ozono. * Entender cómo el movimiento de las masas de aire afecta la formación del ozono. * Determinar cȯmo las condiciones atmosféricas afectan la formación del ozono. * Y evaluar y mejorar la exactitud de los modelos matemáticos usados para predecir la formación del ozono y crear estrategias para su control.
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Fuente: Revista Mecánica Popular - Volumen 46 - Febrero 1993 - Número 2