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Comment une sphère de verre de 3 centimètres peut aider les scientifiques à comprendre la météo spatiale

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Comment une sphère de verre de 3 centimètres peut aider les scientifiques à comprendre la météo spatiale

prises principales

  • La météo spatiale peut interférer avec les vols spatiaux et le fonctionnement des satellites, mais ce phénomène est très difficile à étudier sur Terre en raison de la différence de gravité.
  • Les chercheurs de l’UCLA ont reproduit le type de gravité trouvé sur ou à proximité d’autres étoiles et planètes à l’intérieur d’une sphère de verre mesurant 3 centimètres, soit environ 1,2 pouce, de diamètre.
  • Cette réalisation pourrait aider les scientifiques à contourner le rôle limité de la gravité dans les expériences visant à modéliser les conditions dans d’autres étoiles et planètes.

Les éruptions solaires et d’autres types de météorologie spatiale peuvent faire des ravages sur les vols spatiaux, les télécommunications et d’autres types de satellites en orbite autour de la Terre. Mais, jusqu’à présent, la capacité des scientifiques à rechercher des moyens de surmonter ce défi a été très limitée. C’est parce que les expériences qu’ils font dans les laboratoires ici sur Terre sont affectées par la gravité de manière très différente des conditions dans l’espace.

Mais Une nouvelle étude menée par des physiciens de l’UCLA Cela peut enfin aider à surmonter ce problème – ce qui pourrait être un grand pas en avant vers la protection des humains (et de l’équipement) pendant les vols spatiaux et le bon fonctionnement des satellites. L’article a été publié dans Physical Review Letters.

Les chercheurs de l’UCLA ont reproduit le type de gravité trouvé sur ou à proximité des étoiles et d’autres planètes à l’intérieur d’une sphère de verre mesurant 3 centimètres (environ 1,2 pouces) de diamètre. Pour ce faire, ils ont utilisé des ondes sonores pour créer un champ gravitationnel sphérique et générer une convection de plasma – un processus dans lequel un gaz se refroidit à l’approche de la surface d’un objet, puis se réchauffe et remonte à l’approche du noyau – créant un liquide courant qui, à son tour, génère un courant magnétique.

Cette réalisation pourrait aider les scientifiques à surmonter le rôle limité de la gravité dans les expériences visant à modéliser la convection qui se produit dans d’autres étoiles et planètes.

a déclaré Seth Potterman, professeur de physique à l’UCLA et auteur principal de l’étude. « Ce que nous avons montré, c’est que notre système sonore généré par micro-ondes produisait une gravité si forte que la gravité terrestre n’était pas un facteur. Nous n’avons plus besoin d’aller dans l’espace pour faire ces expériences. »

Les chercheurs de l’UCLA ont utilisé des micro-ondes pour chauffer le gaz sulfureux à 5 000 degrés Fahrenheit à l’intérieur de la sphère de verre. Les ondes sonores à l’intérieur de la sphère agissent comme la gravité, contraignant le mouvement du gaz chaud et faiblement ionisé, connu sous le nom de plasma, en des motifs qui ressemblent à des flux de plasma dans les étoiles.

« Les champs acoustiques agissent comme la gravité, du moins lorsqu’il s’agit de conduire la convection dans le gaz », a déclaré John Koulakis, scientifique du projet UCLA et premier auteur de l’étude. « En utilisant le son généré par micro-ondes dans un bécher sphérique de plasma chaud, nous avons atteint un champ gravitationnel 1 000 fois plus fort que celui de la Terre. »

À la surface de la Terre, le gaz chaud monte parce que la gravité maintient le gaz plus frais et plus dense près du centre de la planète.

En fait, les chercheurs ont découvert que le gaz chaud brillant près de la moitié extérieure de la sphère se déplace également vers l’extérieur, vers les parois de la sphère. La gravité forte et persistante a provoqué une perturbation similaire à celle observée près de la surface du soleil. Dans l’hémisphère intérieur, la gravité acoustique a changé de direction et s’est dirigée vers l’extérieur, provoquant la chute du gaz chaud vers le centre. Dans l’expérience, la gravité acoustique a naturellement transporté le plasma le plus chaud au centre de la sphère, où il se produit également dans les étoiles.

La capacité de contrôler et de manipuler le plasma de manière à refléter la convection solaire et planétaire aidera les chercheurs à comprendre et à prévoir comment le temps solaire affectera les engins spatiaux et les systèmes de communication par satellite. L’année dernière, par exemple, une tempête solaire Frappez 40 satellites SpaceX. Ce phénomène a également été un problème pour la technologie militaire : par exemple, la formation de plasma turbulent autour des missiles hypersoniques peut interférer avec les communications des systèmes d’armes.

L’étude a été financée en partie par la Defense Advanced Research Projects Agency du ministère de la Défense, ou DARPA, et le Bureau de la recherche scientifique de l’Air Force.

Potterman et ses collègues élargissent maintenant l’expérience afin de mieux reproduire les conditions qu’ils étudient et de pouvoir observer le phénomène plus en détail et sur de plus longues périodes.

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La station spatiale chinoise a été impliquée dans un accident spatial

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La station spatiale chinoise a été impliquée dans un accident spatial
La Station spatiale chinoise Tiangong vue d'en haut.
La Station spatiale chinoise Tiangong vue d'en haut. CMSA

Les membres de l'équipage à bord de la station spatiale chinoise ont terminé avec succès les réparations après que des débris ont provoqué une panne de courant partielle dans l'installation, ont révélé mercredi des responsables de l'Agence chinoise pour l'espace habité (CMSA) lors d'une conférence de presse.

Les débris spatiaux ont heurté les câbles d'alimentation reliés aux ailes solaires du module central et ont été réparés par les astronautes lors de deux sorties dans l'espace à la station spatiale Tiangong, la plus récente au début du mois dernier.

L'équipage devrait revenir sur Terre le 30 avril après que les opérations de la station auront été transférées à l'équipage entrant de Shenzhou-18. Les médias d'État ont rapporté.

La CMSA s'efforce d'améliorer les procédures d'avertissement et d'évitement des collisions spatiales et a réduit le taux de fausses alarmes de 30 %, ont indiqué des responsables de l'agence. Dans le cadre d'une autre mesure visant à améliorer la sécurité, la caméra haute définition installée sur le bras robotique de Tiangong, ainsi que les caméras portables utilisées par les astronautes lors des sorties dans l'espace, seront utilisées pour examiner attentivement l'état de l'extérieur de la station afin de vérifier et d'analyser toute frappe. Mécanisme d'impact de petits débris.

La station spatiale chinoise orbite à environ 280 milles au-dessus de la Terre et à environ 30 milles au-dessus de la Station spatiale internationale. Cela place les deux installations en orbite proche de la Terre, là où se trouvent la plupart des déchets spatiaux dangereux.

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Les débris spatiaux sont constitués de satellites déclassés, de parties de fusées usées et d'un grand nombre de petits fragments résultant de collisions aléatoires impliquant ces objets. Ils voyagent autour de la Terre à une vitesse fulgurante et toute frappe sur l’une ou l’autre station spatiale peut potentiellement causer des dégâts considérables.

Les opérateurs des deux installations orbitales disposent de systèmes pour surveiller les déchets les plus gros, et si l'un d'entre eux est considéré comme étant sur le point d'entrer en collision avec une station, l'installation est déplacée vers une orbite supérieure ou inférieure pour l'éviter.

Lors d'un incident dramatique survenu en 2021, les membres de l'équipage à bord de la Station spatiale internationale ont reçu l'ordre de se réfugier dans leur vaisseau spatial lorsqu'un nuage de débris spatiaux dangereux – créé par un essai antimissile russe qui a détruit un vieux satellite – s'est approché de manière alarmante de la station. . Heureusement, la Station spatiale internationale a pu éviter tout dommage et l'équipage a été autorisé à reprendre ses fonctions normales.

Alors que de plus en plus de déchets spatiaux apparaissent constamment, un certain nombre d'entreprises explorent différentes façons de les éliminer afin de rendre les opérations en orbite proche de la Terre plus sûres, non seulement pour les stations spatiales, mais également pour les satellites opérationnels qui alimentent les services vitaux sur Terre. .

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L'enzyme forme des complexes avec des géométries fractales

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L'enzyme forme des complexes avec des géométries fractales

Les chercheurs ont identifié une enzyme capable de s’assembler en complexes aux géométries fractales. Les fractales – des modèles hiérarchiques dans lesquels des caractéristiques structurelles à des échelles plus grandes sont répétées à des échelles plus petites – sont bien connues au niveau macroscopique, mais on n'a pas encore observé qu'elles se formaient spontanément à partir de molécules biologiques au niveau moléculaire dans des cellules ou in vitro.

Maintenant, George K. une. Hochberg de l'Institut Max Planck de microbiologie terrestre et de l'Université Philips de Marburg, Jan M. Schuller de l'Université Philips de Marburg et leurs collègues ont découvert que l'enzyme citrate synthase extraite des cyanobactéries Staphylocoque long Les complexes se forment selon un motif fractal appelé triangle de Sierpiński (nature 2024, identification numérique : 10.1038/s41586-024-07287-2). Les triangles de Sierpiński sont constitués de petits triangles équilatéraux imbriqués dans des triangles équilatéraux plus grands.

Forme motivationnelle de S. rectangle La citrate synthase est l'hexadécane. Ces hexamères peuvent s'assembler en triangles de Sierpiński avec 18 ou 54 copies de la protéine (3 ou 9 hexamères). Pour former des fractales, l’enzyme tourne dans le sens opposé à celui dans lequel elle tourne pour lier le substrat pendant la catalyse. Les fractales « corrigent quelque chose d’une manière qui rend la stimulation difficile », explique Hochberg.

L’enzyme ne forme ces structures plus grandes que la nuit, lorsque le pH des cyanobactéries est approximativement neutre. « Il est possible que cette chose soit un accident inoffensif, car elle ne crée cette structure folle qu'à un moment de la journée où vous n'avez de toute façon pas besoin de l'enzyme », explique Hochberg. Le 18-mer se forme à des concentrations si faibles que Hochberg est convaincu qu’il est présent dans les cellules. Il pense que le 54-mer ne s’est peut-être pas formé physiologiquement.

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Les chercheurs ont utilisé la reconstruction de la protéine ancestrale pour étudier comment l’enzyme a développé sa capacité à former des fractales. L'acide glutamique et l'histidine nécessaires à l'interface de formation des fractales étaient présents dans des protéines ancestrales qui ne formaient pas de fractales. Le remplacement de la glutamine par la leucine a supprimé l’interaction qui empêchait la formation fractale. Ce changement les a incités à se rassembler.

« C'est étrange d'un point de vue évolutionniste », dit Hochberg. « Ce que cela signifie, c'est que tous les liens positifs qui unissent cette chose étaient déjà là. »

« C'est un excellent exemple de la façon dont les caprices de l'évolution peuvent conduire à la formation de structures qui seraient autrement difficiles à réaliser grâce à la conception de protéines, car les contacts interfaciaux, les conflits stériques et la flexibilité angulaire doivent être programmés dans une hiérarchie de facteurs non covalents. interactions », a écrit François Panix, qui a conçu des matériaux contenant la protéine On à l’Université de Washington, a déclaré dans un e-mail : « Un seul élément constitutif est exposé lorsqu’il s’assemble en une fractale. »

L'élimination de la capacité de l'enzyme à former des fractales n'a eu aucun effet notable sur les cellules, explique Hochberg. « Il est si facile de produire ces choses pour l'évolution en une seule étape mutationnelle, que nous devrions en fait nous attendre à ce que cela se produise parfois par hasard », dit-il. Si quelqu'un découvre un assemblage étrange similaire dans un autre organisme, il pourrait se demander s'il ne s'agit que d'un accident inoffensif, explique Hochberg.

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Des astronomes ont découvert des « embouteillages » de trous noirs dans les centres galactiques

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Des astronomes ont découvert des « embouteillages » de trous noirs dans les centres galactiques

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Couple normal individuel de M = 107M problème. Les lignes noires montrent le couple de type I ainsi que le couple GW. Les lignes violettes représentent le couple thermique, tandis que les lignes bleues représentent le couple total. Panneau de gauche : couple tracé dans l’espace R. Panneau de droite : couple tracé dans l’espace τ. Les lignes verticales pointillées indiquent τ± (vert) et τ0 (rouge), endroits où des pièges migratoires sont susceptibles de se produire. crédit: Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2024). est ce que je: 10.1093/mnras/stae828

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Couple normal individuel de M = 107M problème. Les lignes noires montrent le couple de type I ainsi que le couple GW. Les lignes violettes représentent le couple thermique, tandis que les lignes bleues représentent le couple total. Panneau de gauche : couple tracé dans l’espace R. Panneau de droite : couple tracé dans l’espace τ. Les lignes verticales pointillées indiquent τ± (vert) et τ0 (rouge), endroits où des pièges migratoires sont susceptibles de se produire. crédit: Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2024). est ce que je: 10.1093/mnras/stae828

Une étude internationale, dirigée par des chercheurs de l'Université Monash, a révélé des informations importantes sur la dynamique des trous noirs au sein des disques massifs situés au centre des galaxies.

Publié dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society, l'étude Il montre les processus complexes qui déterminent quand et où les trous noirs ralentissent et interagissent les uns avec les autres, conduisant potentiellement à des fusions.

Les résultats de l’étude mettent en évidence les émissions d’ondes gravitationnelles (GW) provenant de la fusion des trous noirs, événements qui peuvent être détectés par des instruments tels que le Laser Gravitational Wave Observatory (LIGO).

Lorsque deux trous noirs se rapprochent trop, ils perturbent l’espace-temps lui-même, émettant des ondes gravitationnelles avant de finalement fusionner en un seul trou.

Le Dr Evgeny Grishin, chercheur postdoctoral à l'École de physique et d'astronomie de l'Université Monash qui a dirigé l'étude, a comparé le phénomène à une intersection très fréquentée sans feux de signalisation fonctionnels.

« Nous avons examiné combien et où nous aurions ces intersections très fréquentées », a déclaré le Dr Grishin.

La recherche s'est concentrée sur les centres des galaxies, où les trous noirs peuvent fusionner plusieurs fois en raison de l'énorme force gravitationnelle du trou noir supermassif situé au centre.

De plus, la présence d’un disque d’accrétion massif de gaz contribue à la luminosité de ces galaxies, les classant parmi les noyaux galactiques actifs (AGN).

L'interaction entre les trous noirs plus petits et le gaz environnant les fait migrer à l'intérieur du disque, s'accumulant dans des régions appelées pièges à migration. Ces pièges augmentent la possibilité de collisions rapprochées entre trous noirs, pouvant conduire à des fusions.

« Les effets thermiques jouent un rôle crucial dans ce processus, affectant l'emplacement et la stabilité des pièges migratoires. Cela implique notamment que nous ne voyons pas de pièges migratoires se produire dans les galaxies actives à grande luminosité », a déclaré le Dr Grishin.

Les résultats de l’étude font progresser notre compréhension des fusions de trous noirs et ont des implications plus larges pour l’astronomie des ondes gravitationnelles, l’astrophysique des hautes énergies, l’évolution des galaxies et la rétroaction des noyaux galactiques actifs.

« Malgré ces découvertes importantes, beaucoup de choses sur la physique des trous noirs et de leurs environnements restent inconnues », a déclaré le Dr Grishin. « Nous sommes satisfaits des résultats et nous sommes désormais sur le point de découvrir où et comment les trous noirs fusionnent dans les noyaux galactiques.

« L’avenir de l’astronomie des ondes gravitationnelles et de la recherche sur les noyaux galactiques actifs est exceptionnellement prometteur. »

Plus d'information:
Evgeny Grishin et al., Effet du couple thermique sur les pièges de migration des disques AGN et les amas d'ondes gravitationnelles, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2024). est ce que je: 10.1093/mnras/stae828

Informations sur les magazines :
Avis mensuels de la Royal Astronomical Society


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