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Surveillance numérique des ravageurs des cultures via des signaux vibratoires

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Surveillance numérique des ravageurs des cultures via des signaux vibratoires

Insect Eavesdropper, un système qui utilise un microphone de contact et un micro-ordinateur pour analyser les signaux vibratoires des insectes se nourrissant de plantes, a remporté la première place au concours Antlion Pit 2023 de l'ESA, un concours d'innovation pour les produits et services liés à l'entomologie. Regardez la session de présentation d’Antlion Pit 2023 ici. (La vidéo commence par la présentation Insect Eavesdropper ; sautez en arrière ou en avant pour voir d'autres clips.)

En novembre dernier, l'Entomology Expo 2023 a vu un retour Fosse Antilon, un concours innovant de produits et services liés à l'entomologie. Six équipes ont été sélectionnées pour concourir parmi neuf candidatures, l'équipe Insect Eavesdropper remportant la première place et un prix de 5 000 $ à investir dans le développement de leur produit, un système qui utilise un microphone de contact et un micro-ordinateur pour détecter et identifier les signaux vibratoires des insectes. Ils se nourrissent de plantes.

Un système utilisant un microphone de contact et un micro-ordinateur pour analyser les signaux vibratoires des insectes se nourrissant de plantes a remporté la première place du concours Antlion Pit 2023 de l'ESA, un concours d'innovation pour les produits et services liés à l'entomologie. Les créateurs d'Insect Eavesdropper sont Emily Beck, Ph.D., BCE-Intern (à gauche), professeure adjointe au département d'entomologie de l'UW-Madison, et Dave Mehrotra (à droite), étudiant à la maîtrise en informatique qui travaille dans Le laboratoire de Beck à l'UW-Madison.

Les créateurs d'Insect Eavesdropper sont Emily Beck, Ph.D., formée au BCE, professeure adjointe au département d'entomologie de l'UW-Madison, et Dave Mehrotra, étudiant à la maîtrise en informatique qui travaille dans le laboratoire de Beck à l'UW-Madison.

L'entomologie aujourd'hui Connectez-vous avec Bick et Mehrotra pour une séance de questions-réponses afin d'en savoir plus sur l'Insect Eavesdropper et son développement.

L'entomologie aujourd'hui: Comment avez-vous procédé pour développer l’outil d’écoute des insectes ? Qu’est-ce qui a inspiré cette poursuite ?

Beck et Mehrotra : Lorsqu’Emily a visité une ferme de canne à sucre en Indonésie, elle a été confrontée au défi de développer un capteur permettant de mesurer directement les foreurs à l’intérieur des plantes, plutôt que de surveiller la migration des adultes et d’utiliser les degrés-jours pour prédire quand les larves des forages étaient actives. Après avoir examiné les technologies existantes telles que les vibromètres laser, les stéthoscopes électriques et d'autres méthodes potentielles, Dave a construit le premier dispositif d'écoute des insectes.

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Pouvez-vous résumer ce que fait un insecte qui écoute aux portes et comment il fonctionne ?

L'Insect Eavesdropper est un microphone de contact qui est fixé ou accroché stratégiquement sur une plante. Un petit ordinateur s'allume et s'éteint et enregistre les insectes grignotant les feuilles, suçant la plante, perforant ses tissus ou mâchant les racines. L’enregistrement est prétraité et « l’événement » d’alimentation est extrait puis exécuté via un algorithme d’apprentissage automatique pour identifier l’espèce. Jusqu’à présent, Insect Eavesdropper peut détecter, identifier les espèces et compter les insectes qui se nourrissent directement des plantes.

Quelles sont les applications potentielles de l’Insect Eavesdropper ? Quels pourraient être ses principaux clients en tant que produit commercial ?

Insect Eavesdropper répond au besoin non satisfait d’une surveillance numérique précise et rentable des insectes lorsqu’ils se nourrissent directement des cultures. Les cas d’utilisation potentiels de la technologie sont de deux ordres :

  1. Abonnez-vous aux données, analyses et alertes d'un réseau d'insectes espions qui surveillent en permanence les cultures sentinelles. Cette méthode simule des réseaux d’adéquation ou des prévisions à partir de degrés-jours de manière précise, efficace et rentable.
  2. La version portable d'Insect Eavesdropper, baptisée « Rambling Eavesdropper », peut être utilisée par les conseillers en cultures, les agriculteurs, les vulgarisateurs et les chercheurs pour échantillonner les cultures à la recherche de ravageurs via des méthodes efficaces et non destructives.

Nous mettons en évidence l'écosystème Eavesdropper ci-dessous, avec chaque type d'utilisateur à gauche, et le flux des capteurs à l'intérieur des cases grises, laissant la prise de décision aux parties prenantes les plus informées, à gauche.

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Organigramme allant de gauche à droite.  Sur la gauche se trouve un logo de tracteur intitulé Agtech, une large grille intitulée Consultants et une icône d'agriculteur intitulée Growers.  Agtech et Consultants ont des actions au nom
Insect Eavesdropper, un système qui utilise un microphone de contact et un micro-ordinateur pour analyser les signaux vibratoires des insectes se nourrissant de plantes, a remporté la première place au concours Antlion Pit 2023 de l'ESA, un concours d'innovation pour les produits et services liés à l'entomologie. Les créateurs de l’Insect Eavesdropper envisagent de l’utiliser comme un réseau de capteurs pour une surveillance continue ou comme un capteur mobile portatif pour analyser les cultures à la recherche de parasites. (Photo fournie par Emily Beck, Ph.D., stagiaire BCE et Dev Mehrotra)

À quelle étape en êtes-vous actuellement dans le développement et le test d’Insect Eavesdropper ? À quels défis êtes-vous actuellement confrontés ?

Du côté du matériel, Dev a dirigé les efforts du laboratoire d'Emily pour développer avec succès deux prototypes d'Insect Eavesdropper et de Rambling Eavesdropper. La première est une version statique, surveillant en permanence les insectes, semblable à des pièges à maladies ou à des cartes collantes ; La dernière est la version qui peut être transportée sur le terrain, simulant un instrument d'échantillonnage tel qu'une grille d'enquête.

Nous avons reçu une subvention d'accélération de la Wisconsin Alumni Research Foundation pour « débrancher » un insecte indiscret, en utilisant un module tel que LoRa, Bluetooth ou Wi-Fi pour transmettre des données. Côté logiciel, nous construisons une boîte à outils pour rendre le capteur accessible à tous, quelles que soient les capacités de programmation. Cela permettra à un large éventail d’utilisateurs potentiels de travailler de manière indépendante avec Insect Eavesdropper.

Sur le plan fonctionnel, nous formalisons des algorithmes d'apprentissage automatique qui identifient les espèces, les ajoutons à notre bibliothèque d'espèces et exécutons des estimations de densité basées sur des événements d'alimentation. De plus, nous fournissons Insect Eavesdropper aux chercheurs travaillant dans le monde entier, essayant de trouver les limites d’Insect Eavesdropper ainsi que de valider le capteur en externe.

Comment votre participation au concours Antlion Pit de l'ESA et votre première place ont-elles amélioré votre travail sur Insect Eavesdropper ?

Le concours Antlion Pit a contribué à faire connaître l'Insect Eavesdropper et ses capacités. C’était passionnant de soumettre notre idée à l’examen minutieux de la communauté entomologie. Le concours Antlion Pit nous a fourni de précieux commentaires qui façonneront l’insecte espion pour les années à venir.

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Pour ceux qui s’intéressent à Insect Eavesdropper, où peuvent-ils en savoir plus et que devrions-nous rechercher ensuite ?

Pour en savoir plus, veuillez visiter www.bicklab.com/eavesdropper. Si les universitaires souhaitent appliquer Insect Eavesdropper à un problème difficile d’insectes, ils doivent contacter Emily à [email protected]. Si l'industrie souhaite obtenir une licence pour cette méthode, elle doit contacter Emily Bauer de la Wisconsin Alumni Research Foundation à [email protected]. Tout le monde devrait garder les yeux ouverts pour nos prochaines publications.

Insect Eavesdropper, un système qui utilise un microphone de contact et un micro-ordinateur pour analyser les signaux vibratoires des insectes se nourrissant de plantes, a remporté la première place au concours Antlion Pit 2023 de l'ESA, un concours d'innovation pour les produits et services liés à l'entomologie. Il a également reçu une subvention d'accélération de la Wisconsin Alumni Research Foundation pour intégrer un module de transmission de données sans fil.

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Développement de nouveaux aptamères d’ADN de mélanopsine pour réguler les rythmes circadiens

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Développement de nouveaux aptamères d’ADN de mélanopsine pour réguler les rythmes circadiens

résumé:

Les aptamères d’ADN de mélanopsine qui régulent l’horloge des rythmes biologiques ont été développés par l’Université de technologie de Toyohashi et le groupe de l’Institut national des sciences et technologies industrielles avancées (AIST).

Les aptamères d’ADN peuvent se lier spécifiquement aux biomolécules pour moduler leur fonction, ce qui en fait des agents thérapeutiques idéaux pour les oligonucléotides. Nous avons examiné l’aptamère ADN mélanopsine (OPN4), un photopigment bleu de la rétine qui joue un rôle clé dans l’utilisation des signaux lumineux pour réinitialiser la phase des rythmes circadiens de l’horloge centrale.

Tout d’abord, 15 aptamères d’ADN de mélanopsine (Melapts) ont été identifiés après huit cycles de Cell-SELEX en utilisant des cellules exprimant la mélanopsine sur la membrane cellulaire. Une analyse fonctionnelle ultérieure de Melapt a été réalisée dans une lignée cellulaire de fibroblastes exprimant de manière stable à la fois Période 2:ELuc et la mélanopsine en déterminant dans quelle mesure ils réinitialisent la phase des rythmes circadiens des mammifères en réponse à la stimulation de la lumière bleue. Période 2 L’expression rythmique a été surveillée sur une période de 24 heures Période 2 : ELuc: Thymidine kinase (TK):OPN4 Fibroblastes stables exprimant la mélanopsine. À l’aube, quatre mélaptes ont avancé leur phase de> 1, 5 h, tandis que sept mélaptes ont retardé leur phase de> 2 h. Un petit nombre de mélaptes a induit un déphasage d’environ 2 h, même en l’absence de stimulation lumineuse, peut-être parce que les mélaptes ne peuvent influencer que partiellement les signaux d’entrée pour le déphasage. De plus, quelques mélaptes ont provoqué des déphasages dans Période 1:: Des souris transgéniques luc (Tg) ont été utilisées pour surveiller les rythmes circadiens à travers… Période 1 Expression rythmique.

Ces aptamères d’ADN pourraient avoir la capacité d’affecter la mélanopsine In vivoEn résumé, les aptamères Melapts peuvent réguler avec succès le signal d’entrée et le déphasage (à la fois avance de phase et retard de phase) des rythmes circadiens des mammifères. dans le laboratoire Et In vivo.

détails:

Améliorer indirectement le cycle veille-sommeil en manipulant la capacité de la mélanopsine à transmettre des signaux à l’horloge centrale serait socialement et économiquement bénéfique.

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La mélanopsine est une protéine photoréceptrice exprimée dans les cellules ganglionnaires de la rétine qui absorbent la lumière bleue avec une absorption maximale de 477 nm. La mélanopsine est connue pour jouer un rôle important dans la réinitialisation de phase de l’horloge circadienne des mammifères par la lumière bleue et dans l’expression rythmique des gènes de l’horloge, par ex. Période 1,2 (Par1,2). La phase de l’horloge circadienne moléculaire est réinitialisée et dépend du moment de la stimulation lumineuse et de l’induction de la lumière transitoire. Pour chaque 1 Par les photorécepteurs de la mélanopsine (Figure 1). Récemment, les antagonistes de la mélanopsine acquis grâce au criblage chimique de bibliothèques chimiques contribuent principalement au retard de phase du rythme.

Dans cette étude, nous avons utilisé l’évolution cellulaire systématique des ligands par la méthode d’enrichissement exponentiel (Cell-SELEX) pour identifier les aptamères d’ADN (ADN simple brin ; ADNsb) qui provoquent un déphasage de la mélanopsine dans les rythmes circadiens. Au total, 15 aptamères de mélanopsine (Melapts 1 à 15) ont été analysés pour évaluer leur capacité à déphaser les rythmes circadiens. Par2::ELuc oscillations vitales dans Par2:ELuc:TK:Mel cellules stables, où suit le rapporteur biologique Par2 La région promotrice qui contrôle l’amplificateur de la luciférase émet une couleur verte à partir de Periarinus tremeteluminans, avec une expression accrue de la mélanopsine sous le contrôle du promoteur de la thymidine kinase (TK). Dans ces lignées de fibroblastes stables, la voie de signalisation est intégrée dans un fibroblaste imitant la voie de signalisation allant de la rétine à l’horloge centrale (noyau ou noyaux suprachiasmatiques : SCN) par la mélanopsine (Figure 2).

Les aptamères d’acide nucléique sont des molécules d’ARN/ARN courtes et simple brin qui peuvent se lier sélectivement à des cibles, protéines, peptides et autres molécules spécifiques, et peuvent être utilisées en clinique pour modifier la fonction des molécules cibles. Les principaux avantages de ces aptamères incluent leur spécificité cible élevée, leur immunogénicité et leur facilité de synthèse.

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Parmi les 15 aptamères d’ADN de mélanopsine (Melapts), quatre melapts ont provoqué une avance de phase et sept melapts ont provoqué un retard des rythmes circadiens (de > 1,5 h et > 2 h, respectivement) chez Par2::Lignée cellulaire ELuc. Un petit nombre de cellules Melapts ont induit des déphasages d’une durée d’environ 2 h, même en l’absence de photostimulation dans le laboratoire.

Melapt04 et Melapt10 ont induit une avance ou un retard de phase circadienne d’environ 3 heures, respectivement, dans CT22 et CT8 pendant le processus d’entrée du signal lumineux. Cela suggère que Melapt04 régule la phase des rythmes circadiens et facilite le sommeil et l’éveil, principalement par la progression des phases (Figure 3-5). Il existe deux types de mélaptes qui avancent et retardent le déphasage dans la même direction, quel que soit le moment du stimulus lumineux. Cependant, les trois Melaptes ont avancé et retardé le déphasage dans des directions opposées à l’aube et au crépuscule. Par conséquent, ces Melaptes devraient être utiles dans la régulation des phases des rythmes (Figures 6,7).

Nous avons joué In vivo Expériences similaires à dans le laboratoire Expériences visant à déterminer si la liaison de Melapt à la mélanopsine dans la rétine s’étendant jusqu’au noyau suprachiasmatique affecte les déphasages de l’horloge centrale du noyau suprachiasmatique. Pour chaque 1::Luc Souris transgéniques : des souris qui Pour chaque 1::Luc Le gène recombiné a été inséré dans le génome de toutes les cellules. Pour chaque 1::Luc C’est un gène recombiné Pour chaque 1 La région promotrice suit l’enzyme luciférase dérivée de la luciole en tant que rapporteur pour surveiller les rythmes circadiens.

Huit types de réponses de déphasage provoquant Melapt Par2 Des rythmes d’expression lors d’expériences in vitro ont été injectés dans des follicules oculaires Pour chaque 1:: souris Luc Tg à CT22 (Figure 8, 9). Melapt01, Melapt03, Melapt04, Melapt07, Melapt09 et Melapt10 ont montré des capacités de transformation de phase similaires à celles de Par2:ELuc:TK:Cellules stables Mel: In vivo Et dans le laboratoire.

L’effet de Melabit sur la transformation de phase dans… In vivo Les expériences peuvent être prédites à partir de dans le laboratoire De plus, des déphasages brutaux de trois heures ont été identifiés chez des animaux intacts, quel que soit l’ampleur de l’avance ou du retard des mélaptes dans Par2:Eluk:TK:Cellules de Mel.

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En conclusion:

En résumé, Melapts a pu réguler les signaux d’entrée et les déphasages pour obtenir une avance et un retard de phase dans les rythmes circadiens des mammifères. dans le laboratoire Et In vivo.

Les mélaptes pourraient contribuer aux recherches futures axées sur la réinitialisation des phases circadiennes. Les mélaptes pourraient nous aider à mieux nous adapter aux cycles de vie sociale modernes, permettre d’optimiser les cultures et les animaux domestiques pour une plus grande productivité et aider les travailleurs postés à surmonter le décalage social en ajustant les phases circadiennes. Ces mélaptes pourraient contribuer à réinitialiser la phase des horloges circadiennes dans les voies d’entrée photosynthétiques.

Organisme de financement:

Cette étude a été financée par un financement de recherche de TechnoPro Inc. TechnoPro R&D et le programme de parrainage des Jeunes Chercheurs en Recherche Interdisciplinaire de Pointe (RN). Le financement pour les scientifiques de Keban (n° RN 24590350 et 20H00614) a été obtenu de la Société japonaise pour la promotion de la science (JSPS), de la Mitsubishi Science Foundation (à RN) et d’une subvention de recherche pour l’innovation en science et technologie à l’Université de Toyohashi. de technologie (à RN). Cette étude a également été soutenue par le ministère de l’Éducation, de la Culture, des Sports, de la Science et de la Technologie du Japon (YN 21H02083).

source:

Référence dans le magazine :

Nakazawa, K. et autres(2024). Les aptamères d’ADN de mélanopsine peuvent réguler les signaux d’entrée des rythmes circadiens des mammifères en modifiant la phase de l’horloge moléculaire. Frontières des neurosciences. est ce que je.org/10.3389/fnins.2024.1186677.

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Un chercheur développe une méthode pour convertir la chaleur en énergie pour les engins spatiaux

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Un chercheur développe une méthode pour convertir la chaleur en énergie pour les engins spatiaux

La source d’énergie développée par Yi Cheng, professeur à la Northeastern University, utilisera la chaleur perdue générée par les équipements spatiaux et la lumière du soleil qui n’atteint pas la Terre.

Le tir à la tête de Ye Cheng.
Yi Cheng, professeur adjoint de génie mécanique et industriel, mène des recherches sur le toit de Snell Engineering le 7 juin 2021. Photo : Robbie Wallau/Northeastern University

Un chercheur de la Northeastern University développe un dispositif qui capte la chaleur perdue des équipements spatiaux et la lumière solaire réfléchie et la transforme en source d’énergie pour les vaisseaux spatiaux et les rovers martiens de l’US Air Force.

« Même si cela ne peut fournir que 10 à 15 % d’énergie de secours pour l’électronique, nous pouvons prolonger la durée de vie de l’électronique et du vaisseau spatial », dit-il. Yi Chengprofesseur agrégé de génie mécanique et industriel et directeur du Nanoscale Energy Laboratory de Northeastern.

Cheng travaillera sur le dispositif thermique en collaboration avec Faraday Technology, une société basée dans l’Ohio spécialisée dans le développement de technologies d’ingénierie électrochimique appliquée pour le gouvernement américain et les clients commerciaux.

« Notre objectif est de concevoir un absorbeur et un émetteur thermique hautes performances capables d’absorber, de convertir et d’émettre de l’énergie à la longueur d’onde souhaitée », explique Cheng.

Il affirme que cette technologie serait adaptée aux voyages spatiaux à court et à long terme, notamment à une utilisation sur la Lune, sur Mars ou même sur des satellites lancés depuis notre galaxie.

Au cours des dernières années, Cheng a développé des matériaux pour la récupération et le stockage de l’énergie, les déchets d’énergie et les nanomatériaux.

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Il affirme que la principale source d’énergie dans l’espace est généralement le soleil, avec des panneaux solaires haute performance convertissant la lumière du soleil en énergie pour alimenter les équipements spatiaux.

La source d’énergie développée par Cheng utilisera la chaleur perdue générée par les équipements spatiaux et dissipée dans l’espace, ainsi que la lumière du soleil qui n’atteint pas la Terre et est réfléchie par l’atmosphère.

Cheng affirme que les engins spatiaux et les équipements spatiaux doivent fonctionner dans des conditions extrêmes : des températures extrêmement basses (généralement moins 554 degrés Celsius ou moins 270 degrés Celsius) et un vide quasi total. De plus, la conduite d’engins spatiaux nécessite des ressources énergétiques.

« Nous ne pouvons pas simplement libérer un autre réservoir d’oxygène [for example] « Pour voyager, explique Cheng.

Les appareils électroniques fonctionnant sur des vaisseaux spatiaux ou sur des surfaces à haute température produiront un rayonnement thermique, ou lumière infrarouge, invisible à l’œil nu mais pouvant être détecté comme une sensation de chaleur sur la peau, explique Cheng. Cette chaleur se dissipera dans l’espace et sera perdue.

La chaleur résiduelle existe presque partout, y compris sur Terre, explique Cheng. Par exemple, un moteur chaud ou un four chauffé à haute température dissipe également une partie de cette chaleur.

Cheng affirme que la récupération de cette énergie a été étudiée au cours des dernières décennies et que son équipe appliquera des techniques récemment développées dans la conception de son système thermique.

Premièrement, les chercheurs testeront différents matériaux et surfaces artificiels – respectivement appelés métamatériaux et métasurfaces – afin d’utiliser l’absorbeur de chaleur proposé. Les métamatériaux ont certaines propriétés que l’on ne remarque pas dans les matériaux naturels. Ils n’existent pas naturellement sur Terre, ils doivent donc être fabriqués à l’échelle nanométrique en laboratoire, explique Cheng.

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Selon Cheng, le problème avec les matériaux courants est qu’ils n’ont pas de propriétés d’absorption ou d’émission élevées aux longueurs d’onde requises pour l’énergie infrarouge. Cheng dit que la longueur d’onde de la lumière infrarouge se situe entre 1,5 et 2,5 micromètres, ce qui est environ 12 à 24 fois inférieur au diamètre d’un cheveu humain.

«Cela nécessite donc un travail théorique et expérimental de la part de notre groupe», dit-il. « En fait, mes intérêts de recherche se concentrent sur le réglage actif et dynamique des propriétés thermiques, rayonnantes et optiques. [of materials] ». »

« Nous devons également équilibrer le poids et le coût », explique Cheng. « Nous devons équilibrer beaucoup de choses. Ainsi, étant donné le choix limité de matériaux utilisés dans l’espace, cela nous a amené à réfléchir à l’utilisation de la nanotechnologie pour concevoir des matériaux fonctionnels en tant que dispositif thermique. »

Il affirme que même si la nanotechnologie, ou les nanomatériaux, coûte cher, elle fonctionne très bien. Sans nanotechnologie, il est impossible d’absorber des longueurs d’onde spécifiques dans des conditions extrêmes.

Cheng affirme que les scientifiques utilisent des matériaux résistants à la chaleur pour fabriquer des nanomatériaux, qui sont stables, ont un point de fusion élevé dépassant 2 700 degrés (ou 1 500 degrés Celsius) et une longue durée de vie.

Un bon candidat est le tungstène, un métal rare avec les points de fusion et d’ébullition les plus élevés parmi les éléments connus sur Terre, explique Cheng. Cheng ne s’appuie pas uniquement sur ce matériau, mais lorsqu’il est combiné avec d’autres matériaux, il peut être utile dans les conditions difficiles de l’espace.

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Cheng passe cet été en tant que membre du corps professoral de la NASA au Glenn Research Center de Cleveland. Il mène des recherches sur la gestion de la chaleur pour la campagne Artemis qui vise à ramener les Américains sur la Lune en préparation de la première mission habitée vers Mars.

« J’espère vraiment que ce que je fais pour l’Air Force et la NASA contribuera en fait aux futurs projets de voyages spatiaux plus longs », a déclaré Cheng.

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Regardez la lune recouvrir l’étoile géante bleue Spica le 13 juillet

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Regardez la lune recouvrir l’étoile géante bleue Spica le 13 juillet

L’un des événements les plus intéressants de l’astronomie optique, et certainement le plus rapide, se produit lorsque la Lune éclipse une étoile. Le bord de la lune se rapproche, semble appuyer dessus pendant plusieurs secondes, puis l’étoile disparaît soudainement ! Il réapparaît à la même vitesse sur la face cachée de la Lune jusqu’à une heure ou plus plus tard.

Le samedi 13 juillet, toute personne disposant d’un télescope et d’un ciel dégagé devrait se concentrer sur la lune de ce soir-là, juste après son premier quartier (éclairée à 52 %). À ce moment-là, la Lune passera devant l’étoile de première magnitude Cygnus Spongiosa vue d’Amérique du Nord.

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