Un pararrayos láser desvía los rayos en lo alto de los Alpes

Nov 21, 2023

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En este episodio:

Los científicos han demostrado que un láser especialmente diseñado puede desviar el curso de los rayos en un entorno del mundo real. El equipo disparó el láser al cielo sobre una torre de comunicaciones en lo alto de los Alpes suizos y alteró el curso de cuatro ataques. Esperan que en el futuro este tipo de sistema pueda utilizarse para proteger grandes infraestructuras, como por ejemplo los aeropuertos.

Artículo de investigación: Houard et al.

Noticias: Este láser de disparo rápido desvía los rayos

Los cangrejos que se basan en bacterias para desintoxicar el azufre de las fuentes hidrotermales y cómo los microbios nasales de una persona pueden exacerbar la fiebre del heno.

Destacado de la investigación: los cangrejos soportan un entorno infernal, con la ayuda de amigos

Lo más destacado de la investigación: ¿Afectado por la fiebre del heno? Culpa a tus microbios nasales

Discutimos algunos aspectos destacados del Nature Briefing. Esta vez: cómo la “mezcla en caliente” ha ayudado a que el hormigón de la antigua Roma resista la prueba del tiempo, y la primera vacuna para las abejas se muestra prometedora.

Ars Technica: El hormigón de la antigua Roma podía curarse solo gracias a la “mezcla en caliente” con cal viva

New York Times: El USDA aprueba la primera vacuna para las abejas

Vídeo sobre la naturaleza: la impresión 3D añade un toque especial con una boquilla novedosa

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doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-00117-x

Anfitrión: Benjamín Thompson

Bienvenido de nuevo al Podcast de la Naturaleza. Esta semana: cómo guiar los rayos con láseres.

Anfitrión: Shamini Bundell

Y lo último del Nature Briefing. Soy Shamini Bundell.

Anfitrión: Benjamín Thompson

Y yo soy Benjamín Thompson.

[Tintineo]

Entrevistador: Benjamín Thompson

Primero en el programa de esta semana, escucharemos sobre un artículo reciente en la revista Nature Photonics que utiliza láseres para guiar rayos, lo que podría representar una nueva forma de proteger estructuras vulnerables. Ahora, en todo el mundo, se estima que ocurren docenas de relámpagos cada segundo del día. La mayoría de ellos estarán dentro de las nubes, pero aun así, una gran cantidad de ellos chocan contra la Tierra en un momento dado. Y estas descargas eléctricas gigantes pueden ser increíblemente destructivas, provocando incendios forestales, hiriendo o matando a personas y dañando edificios y líneas eléctricas. Por supuesto, muchos edificios emplean una tecnología simple demostrada por un tal Benjamín Franklin a mediados del siglo XVIII para protegerse contra los rayos: el pararrayos.

Entrevistado: Jean-Pierre Wolf

El trabajo de Benjamín Franklin fue muy importante y todavía utilizamos la misma tecnología porque funciona muy bien.

Entrevistador: Benjamín Thompson

Este es Jean-Pierre Wolf de la Universidad de Ginebra en Suiza.

Entrevistado: Jean-Pierre Wolf

Entonces, la idea es usar una varilla metálica, y básicamente lo que haces es favorecer la trayectoria del rayo, o guiar la trayectoria del rayo hasta la punta de esta varilla.

Entrevistador: Benjamín Thompson

Entonces, ¿cómo guía un pararrayos la trayectoria del rayo hacia un lugar concreto? Bueno, es un poco complicado porque no se comprende del todo exactamente qué causa los rayos. Pero, muy generalmente, durante una tormenta, se acumula una diferencia de carga entre la base de una nube y el suelo debajo. Cuando se ha acumulado suficiente carga, un precursor del rayo conocido como líder desciende de la nube, y los precursores ascendentes conocidos como serpentinas se elevan desde el suelo para encontrarlo. Cuando abajo y arriba se conectan, boom: un rayo. Sin embargo, de las serpentinas que se elevan hacia arriba, solo una se conecta, lo que hace que sea difícil predecir dónde caerá la iluminación. Lo que hace un pararrayos metálico es concentrar la carga del suelo en un solo lugar. Entonces es más probable que la iluminación incida en este punto y menos probable que incida en el área circundante.

Entrevistado: Jean-Pierre Wolf

Y así, proteges una zona que tiene aproximadamente la altura del pararrayos, por lo que si tienes un pararrayos de 10 metros de altura entonces protegerías aproximadamente un radio de aproximadamente 10 metros a su alrededor.

Entrevistador: Benjamín Thompson

Y esto es fantástico para edificios individuales, por ejemplo.

Entrevistado: Jean-Pierre Wolf

Pero ahora, imagina que estás en una situación en la que quieres proteger un aeropuerto o quieres proteger una plataforma de lanzamiento de un cohete, o también una planta de energía eléctrica. Si desea proteger un área grande, digamos 1 kilómetro, entonces necesitará una vara metálica de 1 kilómetro de alto, lo cual no es fácil de producir.

Entrevistador: Benjamín Thompson

Los científicos llevan mucho tiempo intentando producir alternativas al pararrayos para proporcionar este tipo de protección amplia, y una idea que se ha explorado ampliamente ha sido el uso de láseres intensos. En el laboratorio, se han utilizado para calentar e ionizar el aire, creando canales de menor densidad de aire que son más conductores y más favorables para el paso de los rayos. El láser es una especie de creación de un cable en el aire para que pase la electricidad; en teoría, lo aleja de cosas como edificios, como un pararrayos gigante. Pero si bien esto se ha demostrado en condiciones controladas de un laboratorio, no ha funcionado en el mundo real. Eso fue hasta el verano pasado, cuando Jean-Pierre y sus colegas subieron una montaña con un láser.

Entrevistado: Jean-Pierre Wolf

Subimos a la cima del monte Säntis en Suiza. Está a 2.500 metros de altitud y también cuenta con un remitente de telecomunicaciones. Y la razón por la que fuimos allí es porque es uno de los lugares de Europa y tal vez incluso del mundo donde más a menudo cae un rayo.

Entrevistador: Benjamín Thompson

Es comprensible que, debido a que recibe tantos impactos, la torre de telecomunicaciones en la cima de la montaña se use mucho para la investigación de rayos, lo que la convierte en el lugar perfecto para que el equipo pruebe el láser. Pero una vez que la construyeron, tuvieron que jugar al juego de la espera, disparando un rayo de luz verde intensa sobre la punta de la torre de comunicación durante las tormentas para ver si el canal que creaba afectaría la trayectoria de cualquier rayo. En total, el equipo vio cuatro eventos en los que el láser guiaba los rayos y capturó imágenes de uno de ellos utilizando cámaras de alta velocidad. Ahora bien, vale la pena señalar que este rayo era un poco diferente del tipo que normalmente se imagina. Estos eventos fueron un tipo de relámpago que ascendía, con un precursor emergente que comienza a caer en la punta de la torre de comunicaciones, en lugar de comenzar en las nubes. Este tipo de rayos es menos común, pero puede ocurrir en ambientes de gran altitud.

Entrevistado: Jean-Pierre Wolf

Entonces, cuando el láser está encendido, se ve el rayo comenzando desde la torre y siguiendo el canal con bastante precisión. Si el láser está apagado, la situación es completamente diferente. Simplemente comienza en la punta de la torre pero se ramifica. Algunas de las ramas van hacia la izquierda y otras hacia la derecha, por lo que realmente parece un árbol. Y cuando pones el láser, el árbol desaparece y te queda una línea recta.

Entrevistador: Benjamín Thompson

Las imágenes del impacto grabadas muestran que el líder del rayo siguió el láser hacia arriba durante unos 50 metros. Cuando se encontró con la nube, el rayo resultante fue dirigido a través del pararrayos existente en la torre y viajó de manera segura hasta el suelo. Entonces, ¿por qué el equipo logró guiar un rayo con láser cuando otros intentos no tuvieron éxito? Jean-Pierre dice que se debe al tipo especial de láser que utilizaron, que se enciende y apaga extremadamente rápido.

Entrevistado: Jean-Pierre Wolf

Parpadea 1000 veces por segundo, y todos los demás intentos, incluido el nuestro, parpadeaban 10 veces por segundo, es decir, 100 veces menos. Y la probabilidad de tener el canal conductor en el momento adecuado si sólo lo haces 10 veces en un segundo, podrías perderla. Así, este láser es único en el mundo, pero fue desarrollado dentro del proyecto.

Entrevistador: Benjamín Thompson

Crear el canal en el cielo requiere mucha energía. El uso de un rayo pulsante permite que el láser alcance ese nivel de energía durante breves períodos de tiempo y repetidamente, en lugar de tener que ejecutar un rayo continuo. Pero la configuración necesaria para producir la luz láser es enorme, y gran parte tuvo que ser transportada montaña arriba en helicóptero. Y aunque el equipo ha demostrado que este sistema tiene potencial, Jean-Pierre afirma que queda mucho trabajo por hacer para optimizar el láser. Pero este trabajo muestra que se puede utilizar láseres para guiar la iluminación. Lizzie Gibney de Nature, que cubre todo lo relacionado con la física, ha estado escribiendo sobre esta historia y ha estado hablando con investigadores de todo el mundo sobre lo que hacen con ella.

Entrevistada: Lizzie Gibney

Creo que ha habido mucho entusiasmo porque este es un proyecto realmente grande. Son unas 25 personas, duró 5 años, es un láser enorme en la cima de una montaña, y obtuvieron este resultado que realmente muestra lo que se propusieron mostrar: que se puede usar un láser como Pararrayos. Hubo algunas pequeñas advertencias en el sentido de que lo que la gente realmente esperaba que esto hiciera en realidad desencadenaría el propio rayo, y con eso quieren decir forzar una nube a descargarse a voluntad. Y eso sería aún más útil porque entonces podrías usarlo para, por ejemplo, descargar una tormenta antes de que se vuelva realmente peligrosa o para guiarla completamente lejos de partes de equipos realmente sensibles. Entonces, lo que han hecho aquí es usar el láser como, esencialmente, un pararrayos mucho más grande. Puedes proteger un área mucho más grande. Pero todavía no llega tan lejos como les gustaría que llegara en última instancia, que es esta idea de desencadenante. Pero sigue siendo un resultado realmente grande e impresionante.

Entrevistador: Benjamín Thompson

También está la cuestión de si este tipo de sistema funcionará en otros entornos y con tipos de rayos más comunes (los que van de la nube a la tierra) y esto es algo que Jean-Pierre está interesado en investigar. Pero por ahora, él y su equipo están apreciando el logro que lleva décadas desarrollándose.

Entrevistado: Jean-Pierre Wolf

Cuando vi esta primera foto que está en el periódico, dije: 'Guau'. Soñamos con esta imagen durante 20 años. Y luego, justo después de esta primera emoción, digo: 'Sí, relájate, tal vez sea un artefacto'. Éste es el reflejo típico de un científico.

Entrevistador: Benjamín Thompson

Era Jean-Pierre Wolf de la Universidad de Ginebra en Suiza. También escuchó a Lizzie Gibney de Nature. Puede encontrar enlaces al artículo de Jean-Pierre y a la noticia de Lizzie en las notas del programa.

Anfitrión: Shamini Bundell

Próximamente: cómo el hormigón romano ha resistido la prueba del tiempo. Sin embargo, ahora es el momento de los aspectos más destacados de la investigación, leídos por Dan Fox.

[Tintineo]

Dan Fox

Los cangrejos braquiuros que prosperan alrededor de un sistema de respiraderos hidrotermales frente a la costa de Taiwán presentan un enigma: ¿cómo sobreviven en un ambiente tan tóxico? Bueno, quizás mediante un poco de trabajo en equipo. El agua calentada geotermalmente de su casa está fuertemente cargada de sulfuro de hidrógeno, que es extremadamente tóxico para la mayoría de los seres vivos. Ahora, los investigadores han descubierto cómo los cangrejos no sólo sobreviven sino que también acceden a la energía contenida en los enlaces químicos del sulfuro de hidrógeno. El cangrejo convierte el sulfuro en tiotaurina, menos tóxica, en sus branquias. Luego, las bacterias que viven en las células branquiales extraen energía de la tiotaurina y la desintoxican aún más. Los autores proponen que la energía que extraen las bacterias se comparte con el cangrejo huésped. Los investigadores dicen que el cangrejo es una especie clave para todo el ecosistema de especies bacterianas que viven en él y sus alrededores. Puede leer esa investigación en su totalidad en Actas de la Royal Society B.

[Tintineo]

Dan Fox

Si la primavera te llena de pavor cuando la fiebre del heno invade, la culpa podría ser la composición de las bacterias en tu nariz. Los investigadores han descubierto que las personas que tienen fiebre del heno tienen una mezcla menos diversa de bacterias nasales que las personas sin esta afección. El equipo descubrió que una especie de bacteria, Streptococcus salivarius, era especialmente abundante en la nariz de los participantes con fiebre del heno, representando más del 12% de sus bacterias nasales, que es más de 17 veces más que la proporción de los participantes sin fiebre del heno. Los investigadores creen que en presencia de alérgenos como el polen de los árboles, la bacteria podría ser particularmente propensa a adherirse a las células que recubren los conductos nasales, activando el sistema inmunológico y causando síntomas como estornudos y secreción nasal. Estos hallazgos podrían ofrecer esperanza a quienes los padecen, ya que interrumpir la interacción entre las bacterias y las células de la nariz podría aliviar una temporada de estornudos. No menosprecies esa investigación. Léelo completo en Nature Microbiology.

[Tintineo]

Anfitrión: Shamini Bundell

Finalmente en el programa, es hora de la charla informativa, donde discutimos un par de historias cubiertas en la sesión informativa sobre la naturaleza. Y esta semana, Ben, tengo una historia titulada "mezcla en caliente".

Anfitrión: Benjamín Thompson

Mezclado en caliente. Muy bien, Shamini. ¿Es este lo último en tu actividad paralela como DJ de fama mundial?

Anfitrión: Shamini Bundell

Es química. Es una química muy emocionante la que tengo para ti hoy. Este es un artículo de noticias en Ars Technica basado en una nueva investigación publicada en Science Advances. De hecho, el título del artículo comienza con "mezcla en caliente", y trata sobre las técnicas que los romanos utilizaban para fabricar hormigón, que aparentemente eran muy, muy complicadas y, dada la cantidad de edificios romanos de hormigón que nos rodean, en realidad realmente exitoso.

Anfitrión: Benjamín Thompson

Quiero decir, puedo decir que estoy bastante familiarizado con el hormigón romano, Shamini. Yo, por supuesto, nací en una ciudad llamada Colchester, que solía ser la capital romana de Gran Bretaña, y no puedes evitar caer sobre las estructuras romanas de hormigón. De hecho, literalmente lo hice, uno de ellos está afuera de un pub donde solía beber cuando era joven. Entonces, sí, muy robusto y supongo que ha estado en pie durante miles de años.

Anfitrión: Shamini Bundell

Sí, dura. Y aparentemente, tenían muchos tipos diferentes de recetas específicas casi para diferentes tipos de concreto para usar en diferentes tipos de cosas, y parece que han funcionado. Pero había un misterio en particular. Bueno, supongo que la gente no sabía que era un misterio. Pero en una gran cantidad de hormigón romano se encuentran lo que se llaman clastos de cal. Básicamente se trata de pequeños trozos de minerales blancos que están mezclados con hormigón. Y el hormigón moderno a menudo tiende a ser muy liso y uniforme, y al observar estos clastos de cal, la gente pensó, bueno, esto probablemente se debe a que no se ha mezclado muy bien o simplemente no tenían la control de calidad sobre esto. Pero ahora, algunos investigadores han investigado, bueno, en realidad, tal vez estos pequeños trozos blancos realmente tengan un propósito.

Anfitrión: Benjamín Thompson

Entonces, los investigadores se dieron cuenta de que no eran los romanos los que hacían la mitad del trabajo y no mezclaban el concreto correctamente. Esto realmente hace algo útil.

Anfitrión: Shamini Bundell

Sí, este ingeniero ambiental en particular del MIT, uno de los autores del artículo, es citado en este artículo diciendo que siempre les molestó porque si los romanos pusieron tanto esfuerzo en hacer un material de construcción excepcional, ¿por qué iban a hacerlo? ¿Ha puesto tan poco esfuerzo en garantizar la producción de un producto final bien mezclado?

Anfitrión: Benjamín Thompson

Y por favor dime, Shamini, ¿qué están haciendo estos clastos grumosos en el hormigón?

Anfitrión: Shamini Bundell

Entonces, una de las razones por las que estos clastos están aquí tiene que ver con cómo se fabrica este concreto, y este artículo en realidad encontró un método de producción ligeramente diferente al que la gente conocía anteriormente. Entonces, aquí es donde entra en juego la mezcla en caliente. Descubrieron que parece que los antiguos romanos hacían este concreto con cal viva. Básicamente es óxido de calcio en lugar de cal apagada, que es hidróxido de calcio. Entonces, básicamente usan este compuesto un poco más reactivo, y la parte caliente es el tipo de altas temperaturas a las que lo producían. Y estas altas temperaturas, la mezcla en caliente, forman estos clastos que acaban en el hormigón. Y resulta que estos clastos son realmente muy útiles porque cuando el concreto termina agrietándose, entra agua y el agua puede reaccionar con la sustancia de la que están hechos estos clastos y de alguna manera rellenar las grietas y fortalecer el material compuesto que forma el concreto. esta hecho de. Entonces, en este artículo, los investigadores básicamente recrearon esto, hicieron algo de concreto nuevo, formaron algunas grietas y luego demostraron que, en unas pocas semanas, las grietas en el concreto que se hizo con esta cal viva mezclada caliente en realidad se habían curado, lo cual no hace sin ese método.

Anfitrión: Benjamín Thompson

Entonces, concreto autorreparable, lo que supongo que ayuda a explicar por qué estas estructuras han durado tanto, mucho tiempo.

Anfitrión: Shamini Bundell

Sí, y potencialmente es algo que podríamos querer copiar porque el hormigón es un gran emisor de CO2. Y una cosa que realmente podemos hacer es producir concreto que dure más y estructuras que duren más. Así que en este caso quizá valga la pena seguir la receta romana.

Anfitrión: Benjamín Thompson

OK, está bien. Entonces, parece que podemos agregar concreto autocurativo a la lista de lo que los romanos hicieron por nosotros entonces.

Anfitrión: Shamini Bundell

Muchas gracias, antiguos romanos. Entonces, ¿qué tienes para nosotros esta semana, Ben?

Anfitrión: Benjamín Thompson

Bueno, Shamini, tengo una historia sobre vacunas que leí en el New York Times, pero es una historia sobre vacunas con una diferencia. Y se trata de la primera vacuna para las abejas, que acaba de recibir la aprobación condicional del Departamento de Agricultura de Estados Unidos. Y aparentemente, es la primera vacuna aprobada para cualquier insecto en los EE. UU., dice la historia.

Anfitrión: Shamini Bundell

Bien, oh, está bien. Entonces, nunca antes había pensado en administrar vacunas a los insectos, pero definitivamente hemos hablado antes en el podcast sobre lo importantes que son las abejas y cómo son susceptibles a diversas enfermedades.

Anfitrión: Benjamín Thompson

Sí, absolutamente cierto, Shamini, y, en este caso, esta vacuna protege contra una enfermedad llamada loque americana, está bien, y es una enfermedad que en realidad se encuentra en todo el mundo. Y es una enfermedad bacteriana, cierto, y las larvas de abejas ingieren las esporas de esta especie de bacteria y, bueno, la enfermedad básicamente hace que se conviertan en papilla. Es muy desagradable y la urticaria aparentemente huele muy, muy mal cuando hay una infección. Y estas esporas se propagan fácilmente por toda la colmena y también pueden propagarse entre colmenas en el equipo infectado que llevan los apicultores y lo que sea. Es absolutamente devastador y las formas de tratarlo son bastante limitadas. Al parecer, en algunas situaciones se pueden utilizar antibióticos. Pero la mayoría de las veces, la forma de controlarlo es, literalmente, simplemente prender fuego a las colmenas y a cualquier equipo, simplemente quemarlo todo porque estas esporas son súper resistentes y sobrevivirán durante años y años y años.

Anfitrión: Shamini Bundell

Entonces, sí, vaya, algo que los apicultores deben evitar. Entonces, puedo entender por qué una vacuna sería útil, pero actualmente me imagino que tienen que alinear sus abejitas para que puedan recibir una pequeña inyección en el brazo. ¿Cómo se les da una vacuna a las abejas?

Anfitrión: Benjamín Thompson

Esa es una gran pregunta, Shamini. Diré que las abejas no tienen brazos, por lo que no es necesariamente una vía productiva. En este caso, la vacuna se incorpora a la jalea real, cierto, y ese es un alimento que se les da a las abejas reinas, ¿vale? Y luego la vacuna se deposita en los ovarios de la abeja reina y se transmite a las larvas, dándoles inmunidad. Y es algo interesante porque en este artículo leí que durante mucho tiempo los científicos asumieron que los insectos no podían adquirir inmunidad porque no tenían anticuerpos, por lo que su sistema inmunológico es obviamente muy diferente al nuestro. Pero en última instancia, los investigadores demostraron que los insectos podían adquirir inmunidad y transmitirla, y los investigadores involucrados en esta vacuna identificaron una proteína que provoca una respuesta inmune, y ese conocimiento finalmente condujo a donde estamos ahora y a una vacuna que ha sido aprobada condicionalmente. Y estará disponible para los apicultores comerciales, y se están recopilando más datos y es necesario mostrar ciertas cosas antes de que obtenga la aprobación total. Pero como dijiste al principio, Shamini, las abejas son increíblemente importantes para el mundo, ¿verdad? Son polinizadores súper importantes y están amenazados por enfermedades, por el cambio climático y por todo tipo de cosas. Entonces, cualquier cosa que pueda darles una ventaja o, quiero decir, supongo, un ala, tiene que ser una buena noticia.

Anfitrión: Shamini Bundell

Estoy seguro de que, sí, para los apicultores esto será realmente valioso y tal vez incluso abra la puerta a futuras vacunas contra insectos. Entonces, gracias por eso, Ben. Oyentes, si desean obtener más detalles sobre cualquiera de estas historias de las que hemos hablado hoy, o quieren saber dónde pueden inscribirse en Nature Briefing y recibir más historias como estas en la bandeja de entrada de su correo electrónico, entonces pueden hacerlo. Consulte las notas del programa y le publicaremos algunos enlaces.

Anfitrión: Benjamín Thompson

Y eso es todo para el programa de esta semana. Como siempre, puedes mantenerte en contacto con nosotros en Twitter: somos @NaturePodcast. O puede enviar un correo electrónico a [email protected].

Anfitrión: Shamini Bundell

Y si está interesado en algún contenido de video además de audio, en nuestro canal de YouTube esta semana acabo de publicar una película en un artículo sobre un nuevo tipo de impresión 3D. Se trata de diferentes materiales, una boquilla giratoria y la impresión de algunas formas de hélice muy interesantes y útiles. Entonces, también pondremos un enlace a ese video en las notas del programa. Soy Shamini Bundell.

Anfitrión: Benjamín Thompson

Y yo soy Benjamín Thompson. Nos vemos la próxima vez.

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