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12/11/11 - DJ:

El primer paper enviado desde el espacio

T.E.L: 3 min. 52 seg.


La revista Europhysics Letters recibió ayer el primer paper enviado desde el espacio, desde la Estación Espacial Internacional (EEI).


El artículo está basado en las propiedades del plasma en condiciones de microgravedad y representa la investigación colaborativa de 29 misiones realizadas durante los últimos diez años por investigadores rusos y alemanes a bordo de la EEI.
Los experimentos detallados en el trabajo fueron desarrollados en la EEI en julio de 2010 por Alexander Alexandrovich Skvortsov y fueron enviados el 27 de octubre de 2011 por su colega Sergey Alexandrovich Volkov, que forma parte de la EEI, Expedición 29.

La idea de enviar un paper desde la EEI surgió en una video-entrevista con Michael Schreiber, Editor de EPL. La entrevista fue realizada por Matin Durrani, editor de Physics World, en una reunión para celebrar el 25 aniversario de EPL, en Munich.

Schreiber señaló: "Espero atraer excelentes investigaciones futuras desde más allá del globo. Por supuesto, no es probable que recibamos manuscritos desde o más allá de la Luna en el futuro cercano. Pero quizás la primera misión a Marte esté a tiempo de enviar un manuscrito en el aniversario de oro de EPL en 2036".

Publicado ayer, 11 de noviembre, el paper reporta sobre las mediciones de la velocidad del sonido en el plasma. Esa medición es una importante herramienta para caracterizar la estructura, propiedades y comportamiento de un material, por ejemplo, puede brindar información sobre la elasticidad del mismo.
Bajo las condiciones normales de gravedad, aquí en la Tierra, sólo una fina capa de plasma puede ser examinada, pero investigaciones tridimensionales pueden ser realizadas bajo microgravedad.


Manuscrito enviado flotando en la EEI. El aparato a la izquierda y la laptop en el fondo pertenecen al experimento de plasma.


En el número de EPL hay un editorial sobre este particular paper y la historia detrás. Se indica que EPL comenzó en 1986 como una fusión de dos revistas (Journal de Physique Lettres y Lettere al Nuovo Cimento). Desde entonces Europhysics Letters se volvió global. Aunque su nombre indique lo contrario (Europea). Luego de renombrarla como EPL en 2007 se incrementaron los esfuerzos por lograr una revista más internacional. Y en el año de plata, por su 25 años de existencia, EPL llegó al espacio, señala Michael Schreiber en su editorial.

El artículo en cuestión está firmado por varios autores de Rusia y Alemania, junto con Volkov en la EEI.
El autor principal es M. Schwabe que, al igual que sus colegas Jiang, Zhdanov, Hagl, Huber, Ivlev y Morfill son del Instituto Max-Planck.

Ambos artículos, el editorial y el paper, se pueden obtener gratuitamente y son enlazados debajo.

El experimento
Lo que se presenta es un experimento realizado en el Laboratorio PK-3 Plus de la EEI.
Y está relacionado con el número de Mach y el cono de Mach. El número de Mach, M, es una relación entre la velocidad local de un flujo a la velocidad del sonido dentro del fluido: M=V/Vs, donde V es la velocidad local y Vs la velocidad del sonido.

PK3-Plus es un bloque, un sistema con varios componentes, conectado a otro sistema de adquisición de datos o Teleciencia. Más detalles en la página de Max-Planck.
El corazón del laboratorio es la cámara de plasma, en el bloque, que consiste en electrodos de 6 cm de diámetro, separados cada 3 cm. Hay dispensadores que pueden inyectar partículas en el plasma. Al hacerlo, las partículas forman una nube alrededor del centro de la cámara, con un vacío central causado por una corriente de iones. Generalmente hay algunas partículas más grandes presentes de origen variado: aglomeraciones, partículas que quedaron de algún experimento previo, etc.

Plasma
Un plasma es un gas ionizado consistente en electrones e iones y es el cuarto estado de la materia. Existe principalmente a grandes temperaturas. La cristalización de un plasma puede ser alcanzada con un componente adicional: micropartículas o "polvo" de un tamaño de varios micrones (1 µm = 1/1000 mm) son bombardeadas por electrones e iones, pero como los iones son más pesados y tienen menor movilidad, las partículas colisionan más con electrones y acumulan carga negativa. A cierta distancia, esta carga es atraída por la nube de iones positivos alrededor de la partícula.
A determinada densidad, las partículas comienzan a interactuar por la fuerza de Coulomb. Junto con el plasma circundante forman un "plasma complejo" o "plasma granular".
Ver: Introducción a la Física de los Plasmas Granulares


Aquí se puede ver una imagen experimental en la que se aprecia el camino de una partícula-sonda en la nube de micropartículas a la izquierda y en el vacío es bien visible también como una fina línea que luego se curva.

Fig. 1: El cuadro a) muestra la diferencia de dos sucesivas imágenes mientras la partícula se movía a través de la nube y se ve un doble Cono de Mach. El cuadro b) muestra una superposición de 64 cuadros de la cámara de alta resolución, siguiendo la partícula hacia arriba.


Así se hizo el experimento con micropartículas de melamina-formaldehído de 2,55 micras de diámetro y acelerando una partícula mayor.
Además se realizó una simulación tridimensional para comparar con los resultados experimentales y encontraron un buen acuerdo.

Aquí vemos una imagen de un cono de Mach simulado para una interpartícula de distancia promedio de 165 µm y una velocidad de la partícula-sonda de 40 mm/s.

Fig. 2:El punto negro en el medio es la partícula-sonda, los colores indican las posiciones de las micropartículas y sus velocidades en la dirección vertical (perpendicular a la dirección del movimiento de la sonda). La escala va de rojo (movimiento hacia arriba), amarillo, verde, azul, violeta (movimiento hacia abajo). Se observa el doble Cono de Mach.




Fuentes y links relacionados



Sobre las imágenes

  • Combinación de imágenes de:
    ISS028-E-009187 (22 June 2011) Sergei Volkov trabajando con PK-3+ en el MRM2 de la EEI; ISS021-E-030653 (21 Nov. 2009) Módulo MRM2; y manuscrito del paper.
  • Manuscrito. Fotografía de RSC-Energia.
  • Gráfico Plasma. Crédito: Max-Plank "Plasma Crystal".
  • Fig. 1 y 2. Crédito: M. Schwabe et al (2011)




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