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Une étude quantifie la luminosité des satellites et remet en question l’astronomie au sol

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Une étude quantifie la luminosité des satellites et remet en question l’astronomie au sol

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La possibilité d’accéder à Internet ou d’utiliser un téléphone mobile n’importe où dans le monde est de plus en plus considérée comme allant de soi, mais la luminosité d’Internet et des satellites de télécommunications qui permettent les réseaux de communication mondiaux peuvent poser des problèmes à l’astronomie terrestre. Siegfried Eagle, ingénieur aérospatial à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, a coordonné une étude internationale confirmant que les satellites récemment déployés sont aussi brillants que les étoiles vues à l’œil nu.

« D’après nos observations, nous avons appris que BlueWalker 3 d’AST Space Mobile – un prototype de constellation de satellites doté d’une antenne réseau à commande de phase d’environ 700 pieds carrés – a atteint une luminosité maximale de 0,4, ce qui en fait l’un des objets les plus brillants du ciel nocturne. « , a-t-il déclaré. Aigle. « Bien qu’il s’agisse d’un record, le satellite lui-même n’est pas notre seule préoccupation. Le convertisseur du lanceur non suivi avait une magnitude visible apparente de 5,5, ce qui est également plus lumineux que la recommandation de 7 de l’Union astronomique internationale. »

À titre de comparaison, la luminosité des étoiles que nous pouvons voir à l’œil nu varie entre -1 et 6, la magnitude -1 étant la plus brillante. Sirius, l’étoile la plus brillante, a une valeur de -1. Les planètes comme Vénus peuvent parfois être beaucoup plus brillantes, plus proches de -4, mais les étoiles les plus faibles que nous puissions voir ont une magnitude d’environ 6.

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Regardez une vidéo montrant un ciel étoilé avec trois satellites: Blue Walker 3 à 19:52:45, 19:52:56, 19:53:18, 19:53:29 ; Starlink-4781 peut être vu à 19:52:54 et 19:53:26, conduisant le BlueWalker 3 ; Starlink-4016 est parallèle et légèrement derrière BlueWalker 3 à 19:53:34. Vidéo fournie par : Marco Langbroek, Université technique de Delft.

« On pourrait penser que s’il y avait des étoiles brillantes, quelques satellites plus brillants ne feraient aucune différence », a déclaré Eagle. « Mais de nombreuses entreprises envisagent de lancer des constellations. » « Par exemple, Starlink a déjà l’autorisation de lancer des milliers de satellites, mais finira probablement par obtenir la totalité de sa commande par dizaines de milliers.

« Et ce n’est qu’une constellation de satellites. L’Europe et la Chine veulent leurs propres constellations, tout comme la Russie. Seules celles des États-Unis, qui sont en cours de négociation avec la FCC, représentent 400 000 satellites qui seront lancés dans un avenir proche. il n’y a que 1 000 étoiles que vous pouvez lancer. » Voyez à l’œil nu. « L’ajout de 400 000 satellites brillants et mobiles pourrait complètement changer le ciel nocturne. »

Eagle est membre du Centre de l’Union astronomique internationale pour la protection des cieux sombres et calmes contre les interférences des constellations satellites. Union Astronomique Internationale.

« BlueWalker 3 est si brillant que la plupart des grands télescopes comme l’Observatoire Rubin pensent qu’il pourrait effacer une grande partie des expositions », a déclaré Eagle. « Ils devraient en fait éviter d’observer Mars et Vénus pour la même raison, mais nous savons où se trouvent les planètes afin de pouvoir les éviter. Nous ne pouvons pas prédire avec précision où seront tous les satellites des années à l’avance. Acceptez simplement des pertes de données fréquentes à plusieurs reprises. Emplacements. » Les observatoires valant des milliards de dollars ne sont pas non plus une option.»

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Même si les satellites n’endommageront pas nécessairement les CCD ou les dispositifs à couplage de charge du télescope, ils entraîneront néanmoins une perte de données sur les lignes, a-t-il déclaré. Les satellites très brillants peuvent détruire tout votre champ de vision, comme si vous essayiez d’observer les étoiles lorsque quelqu’un vous braque périodiquement une lampe de poche dans les yeux.

Plusieurs solutions au problème sont explorées en collaboration avec l’Advanced Space Systems Laboratory de l’Illinois et des opérateurs de satellites tels que SpaceX, a déclaré Eagle.

« Starlink cherche à rendre les surfaces de ses satellites plus sombres, ce qui absorbe davantage et reflète moins la lumière solaire visible. Mais l’absorption génère de la chaleur. Les satellites doivent alors émettre de la lumière infrarouge, ce qui signifie que les observations aux longueurs d’onde optiques ne posent aucun problème.  » Il a ajouté :  » Mais les observations infrarouges pourraient l’être. La chaleur est l’un des plus gros problèmes d’ingénierie auxquels nous sommes confrontés dans l’espace. Donc, peindre tout en noir a des répercussions.

Une autre idée de SpaceX est de rendre les panneaux solaires des satellites plus réfléchissants à l’aide de miroirs diélectriques. Les miroirs permettent aux satellites de changer la direction de la réflexion afin qu’elle ne pointe pas directement vers la Terre.

« Si SpaceX parvient à faire pointer les panneaux solaires dans une direction différente pour éviter le scintillement, ou à utiliser des astuces de miroir, cela pourrait résoudre bon nombre des problèmes que nous rencontrons avec l’éblouissement optique des satellites Starlink », a déclaré Eagle. « Avec d’autres fournisseurs, ce n’est pas aussi simple. AST possède des satellites géants, avec des centaines de pieds carrés de réseaux électroniques phasés, dont ils ont besoin pour communiquer avec les téléphones portables au sol. S’ils rendent les satellites plus petits, davantage de signaux radio fuiront. » Par le biais de ce que l’on appelle les « lobes secondaires » qui affectent potentiellement les sites de radioastronomie.

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AST préfère également garder le satellite pointé vers la surface de la Terre pour une efficacité maximale, a déclaré Eagle. Les solutions Starlink pourraient ne pas être facilement transposables aux satellites AST et de nouvelles stratégies d’atténuation sont nécessaires.

« Nous essayons de travailler avec l’industrie spatiale autant que possible », a-t-il déclaré. « Nous voulons résoudre ce problème ensemble. Il s’agit donc d’un effort collaboratif auquel tout le monde peut participer, car c’est le moyen le plus rapide de faire avancer les choses. »

l’étude, « Observations optiques d’une constellation de satellites ultra-lumineuses » par Sangeetha Nandakumar, Siegfried Eagle, Jeremy Tregloan-Reid et autres. Il est publié dans le magazine nature. est ce que je:10.1038/s41586-023-06672-7

doctorat L’étudiant Nandakumar a analysé les données de cette première étude internationale publiée par le centre. Nandakumar travaille avec Jeremy Tregloan-Reed à l’Université d’Atacama au Chili.

Plus d’information:
Sangeetha Nandakumar et al., Haute luminosité optique du satellite BlueWalker 3, nature (2023). est ce que je: 10.1038/s41586-023-06672-7

Informations sur les magazines :
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Des fossiles d’anciens reptiles ressemblant à des crocodiles découverts au Brésil

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Des fossiles d’anciens reptiles ressemblant à des crocodiles découverts au Brésil
Brasilia :

Un scientifique brésilien a découvert des fossiles de petits reptiles ressemblant à des crocodiles qui vivaient pendant la période du Trias, des millions d’années avant l’apparition des premiers dinosaures.

Les fossiles du prédateur, appelé Parvosuchus aureloi, comprennent un crâne complet, 11 vertèbres, un bassin et quelques os de membres, selon le paléontologue Rodrigo Muller de l’Université fédérale de Santa Maria dans l’État de Rio Grande, auteur de la recherche publiée jeudi. Journal des rapports scientifiques.

Parvosuchus, qui vivait il y a environ 237 millions d’années, marchait sur quatre pattes et mesurait environ un mètre de long et se nourrissait de reptiles plus petits. Les fossiles ont été découverts dans le sud du Brésil. Parvosuchus, qui signifie « petit crocodile », appartient à une famille éteinte de reptiles appelée Gracilissuchidae, qui jusqu’à présent n’était connue qu’en Argentine et en Chine.

« Les Gracilisuchidae sont des organismes extrêmement rares dans le monde paléontologique », a déclaré Mueller à Reuters. « Ce groupe est particulièrement intéressant car ils vivaient juste avant l’aube des dinosaures. Les premiers dinosaures vivaient il y a 230 millions d’années. »

Parvosuchus était un prédateur terrestre. Gracili suchidae représente l’une des branches les plus anciennes de la lignée connue sous le nom de Pseudosuchia qui comprenait plus tard la branche alligator.

Parvosuchus a vécu à une époque d’innovation évolutive à la suite de la pire extinction massive sur Terre il y a 252 millions d’années, avec plusieurs groupes de reptiles en compétition avant que les dinosaures ne deviennent finalement dominants. Les derniers membres des Gracilisuchidae ont incontestablement disparu environ sept millions d’années avant l’apparition des premiers dinosaures.

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(Cette histoire n’a pas été éditée par le personnel de NDTV et est générée automatiquement à partir d’un flux syndiqué.)

La vidéo en vedette du jour

Les chemins de fer indiens effectuent un essai du plus haut pont ferroviaire du monde, « Chenab », à Reasi

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Une technique spectroscopique qui identifie les molécules d’eau sur une surface révèle comment elles se relâchent après agitation

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Une technique spectroscopique qui identifie les molécules d’eau sur une surface révèle comment elles se relâchent après agitation

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Diagramme schématique du processus de relaxation vibratoire de l’étirement de OH dans l’air/eau (H2o)Interface. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-45388-8

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Diagramme schématique du processus de relaxation vibratoire de l’étirement de OH dans l’air/eau (H2o)Interface. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-45388-8

Une image plus complète de la façon dont les molécules d’eau excitées lorsqu’elles interagissent avec l’air perdent leur énergie a été révélée par les scientifiques de RIKEN dans une étude. publié Dans le magazine Communications naturelles. Ce résultat sera précieux pour mieux comprendre les processus se produisant à la surface de l’eau.

L’eau est une anomalie à bien des égards. Par exemple, ses points de congélation et d’ébullition sont beaucoup plus élevés que prévu, et il est moins dense sous forme solide (glace) que sous forme liquide.

Presque toutes les propriétés inhabituelles de l’eau proviennent des liaisons faibles qui se forment et se brisent constamment entre les molécules d’eau voisines. Ces liaisons, appelées liaisons hydrogène, surviennent parce que l’oxygène attire davantage les électrons que l’hydrogène. Ainsi, l’oxygène légèrement négatif d’une molécule est attiré vers les atomes d’hydrogène légèrement positifs des autres molécules.

Mais un petit segment de molécules d’eau – celles à la surface – subit les liaisons hydrogène différemment des autres molécules d’eau. Dans leur cas, le bras qui dépasse dans l’air ne forme pas de liaisons hydrogène.

Jusqu’à présent, personne n’était capable de comprendre comment les bras de ces molécules de surface se détendaient après avoir été étirés. En effet, il est très difficile d’isoler le signal de ces molécules.

« Nous avons une bonne connaissance du comportement des molécules d’eau dans un corps liquide, mais notre compréhension des molécules d’eau à l’interface est loin derrière », explique Tahi Tahara du laboratoire de spectroscopie moléculaire RIKEN.

Au cours de la dernière décennie, une équipe dirigée par Tahara a tenté de remédier à cette situation en développant des techniques spectroscopiques très sophistiquées pour explorer les interactions des molécules d’eau sur les surfaces.

L’équipe a maintenant développé une technique basée sur la spectroscopie infrarouge, suffisamment sensible pour détecter la façon dont les liaisons oxygène et hydrogène dans les molécules d’eau de surface se relâchent.

Grâce à cette technique, l’équipe a découvert que les liaisons oxygène et hydrogène coincées dans l’air tournent en premier sans perdre d’énergie. Ils se détendent ensuite d’une manière similaire aux molécules d’un corps liquide qui forment un réseau de liaisons hydrogène.

« En ce sens, il n’y a pas beaucoup de différence entre les molécules à l’interface et à l’intérieur du liquide après avoir interagi avec leurs voisines, car elles partagent toutes deux le même processus de relaxation », explique Tahara. « Ces résultats dressent un tableau complet de la façon dont les liaisons oxygène et hydrogène se détendent à la surface de l’eau. »

Tahara et son équipe ont désormais l’intention d’utiliser leur technique spectroscopique pour observer les réactions chimiques qui se produisent à l’interface de l’eau.

Plus d’information:
Woongmo Sung et al., Profil de relaxation vibratoire unifié de l’étirement de l’OH à l’interface air/eau, Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-45388-8

Informations sur les magazines :
L’intelligence artificielle de la nature


Communications naturelles


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Supraconductivité à haute température : exploration du couplage électron-phonon en quadrature

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Supraconductivité à haute température : exploration du couplage électron-phonon en quadrature

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Une image conceptuelle de la formation des pôles quantiques. Les boules bleues représentent les ions chargés positivement dans le réseau matériel et les deux points rouges représentent les paires de Cooper. Crédit : Pavel A. Volkov.

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Une image conceptuelle de la formation des pôles quantiques. Les boules bleues représentent les ions chargés positivement dans le réseau matériel et les deux points rouges représentent les paires de Cooper. Crédit : Pavel A. Volkov.

Nouvelle étude publié dans Lettres d’examen physique (PRL) explore le potentiel du couplage électron-phonon en quadrature pour améliorer la supraconductivité grâce à la formation de dipôles quantiques.

Le couplage électron-phonon est l’interaction entre les électrons et les vibrations dans un réseau appelé phonons. Cette interaction est cruciale pour la supraconductivité (conductivité électrique sans résistance) de certains matériaux car elle facilite la formation de paires de Cooper.

Les paires de Cooper sont des paires d’électrons liés entre eux via des interactions attractives. Lorsque ces paires de Cooper se condensent dans un état cohérent, nous obtenons des propriétés supraconductrices.

Le couplage électron-phonon peut être classé en fonction de sa dépendance au déplacement du phonon, c’est-à-dire la quantité de vibration du réseau. Le cas le plus courant est celui où la densité électronique est couplée linéairement aux déplacements du réseau, provoquant une distorsion du réseau pour entourer chaque électron.

Les chercheurs voulaient étudier si la supraconductivité des matériaux présentant un couplage quadratique pouvait être améliorée lorsque l’énergie d’interaction est proportionnelle au carré du décalage des phonons.

Phys.org s’est entretenu avec les co-auteurs de l’étude, Zhaoyu Han, Ph.D. Candidat à l’Université de Stanford et Dr Pavel Volkov, professeur adjoint au Département de physique de l’Université du Connecticut.

Parlant de sa motivation derrière la poursuite de ces recherches, Hahn a déclaré : « L’un de mes rêves a été d’identifier et de proposer de nouveaux mécanismes qui pourraient aider à atteindre la supraconductivité à haute température. »

« La supraconductivité du titanate de strontium dopé a été découverte il y a plus de 50 ans, mais son mécanisme reste une question ouverte, les mécanismes classiques étant improbables. C’est pourquoi j’ai commencé à rechercher des mécanismes alternatifs de couplage électron-phonon », a déclaré le Dr Volkov.

Le couplage linéaire et ses défis pour la supraconductivité

Comme mentionné précédemment, le couplage peut être classé comme linéaire ou quadratique.

Le couplage linéaire fait référence au scénario dans lequel le couplage est proportionnel au déplacement des phonons. En revanche, le couplage quadratique dépend du carré du décalage des phonons.

Ils peuvent être identifiés grâce à l’étude de la symétrie de la matière, aux observations expérimentales et aux cadres théoriques. Cependant, leurs effets sur la supraconductivité semblent très différents.

Le couplage linéaire, qui apparaît dans la plupart des matériaux supraconducteurs, est largement étudié en raison de sa prévalence dans de nombreux matériaux et de son cadre théorique.

Cependant, les supraconducteurs conventionnels dotés d’un couplage électron-phonon linéaire sont confrontés à des limites. Ces matériaux ont une faible température critique, qui est la température en dessous de laquelle un matériau peut présenter une supraconductivité.

« Les températures critiques de ces supraconducteurs sont généralement inférieures à 30 Kelvin ou -243,15 degrés Celsius. Cela est dû en partie au fait que l’énergie de liaison et l’énergie cinétique de la paire Cooper sont considérablement supprimées dans les régimes de couplage faible et fort, respectivement », a expliqué Hahn.

Dans le cas d’un couplage faible, les interactions électron-phonon sont faibles en raison de la faible énergie de liaison. En couplage fort, les interactions sont plus fortes, conduisant à une augmentation de la masse effective des paires de Cooper, ce qui conduit à la suppression de la supraconductivité.

Cependant, la suppression entrave tout effort visant à améliorer les températures critiques dans de tels matériaux en augmentant simplement la force de couplage, encourageant les chercheurs à explorer des matériaux dotés d’un couplage électron-phonon quadratique, qui n’est pas bien compris.

Modèle Holstein et pôles quantiques

Le modèle Holstein est un cadre théorique utilisé pour décrire l’interaction entre les électrons et les phonons. Il a déjà été utilisé pour étudier la physique générale du couplage linéaire électron-phonon.

Les chercheurs ont étendu le modèle Holstein pour inclure le couplage électron-phonon en quadrature dans leur étude.

Le modèle Holstein aide à calculer des quantités telles que l’énergie de liaison des paires de Cooper et la température critique des supraconducteurs.

Dans les matériaux conventionnels, la liaison des électrons médiée par les phonons conduit à la formation de paires de Cooper.

L’interaction est linéaire, ce qui signifie que la force de couplage augmente avec l’amplitude des vibrations du réseau. Cette interaction peut être comprise à l’aide des principes de la physique classique et est bien étayée par des observations expérimentales telles que les effets isotopiques.

Dans le cas d’une conjonction quadratique, la situation est complètement différente. En étendant le modèle Holstein pour inclure la dépendance du second ordre du couplage au déplacement des phonons, les chercheurs ont pris en compte les fluctuations quantiques (mouvement aléatoire) des phonons et leur énergie du point zéro (l’énergie des phonons à 0 K ).

Les électrons interagissent avec les fluctuations quantiques des phonons, formant un « dipôle quantique ». Contrairement au couplage linéaire, l’origine des interactions attractives est la mécanique quantique pure.

La supraconductivité est dans la limite du couplage faible et fort

Les chercheurs ont découvert que lorsque l’interaction électron-phonon est faible, le mécanisme par lequel les électrons s’apparient pour former des paires de Cooper n’est pas efficace, comme dans le cas linéaire. Il en résulte une température critique plus basse qui peut être affectée par la masse des ions (effet isotopique), mais d’une manière différente que dans le cas linéaire.

En d’autres termes, la (basse) température critique d’une substance peut changer considérablement selon les différentes masses atomiques.

En revanche, lorsque les interactions électron-phonon sont fortes, nous obtenons la formation de dipôles quantiques, qui peuvent devenir supraconducteurs à une température déterminée par leur masse effective et leur densité.

En dessous de la température critique, les condensateurs bipolaires quantiques peuvent se déplacer librement sans perturber le cristal. Plus de mouvement conduit à un état supraconducteur, plus stable et ayant une température critique plus élevée. Contrairement au mécanisme linéaire, la masse dipolaire quantique n’est que légèrement améliorée par le couplage, ce qui permet des températures critiques plus élevées.

« Notre travail montre que ce mécanisme permet des températures de transition plus élevées, au moins pour un couplage fort. Ce qui est également positif, c’est que ce mécanisme ne nécessite aucune condition préalable particulière pour être efficace, et il existe des conditions tout à fait réalistes dans lesquelles il sera dominant », a-t-il déclaré. expliqué. Dr Volkov.

« Sur la base des constantes physiques fondamentales liées aux solides, une estimation optimiste de la température critique pouvant être atteinte par ce mécanisme pourrait être de l’ordre de 100 K », a prédit Hahn.

Travail futur

« Une implication possible, tout d’abord, serait une augmentation de la température de transition de la supraconductivité. La supraconductivité dépend également de manière sensible des propriétés des électrons ; par conséquent, pour obtenir un couplage fort, nous proposons l’utilisation de super-réseaux spécialement conçus pour les électrons. » Le Dr Volkov a expliqué.

Les chercheurs affirment que la prochaine étape, en théorie, consisterait à trouver le régime optimal de force de couplage pour la supraconductivité. Les chercheurs espèrent également que les expérimentateurs exploreront les matériaux de super-réseau présentant de grands couplages électron-phonon quadratiques.

« Expérimentalement, la création de super-réseaux via la structuration ou l’utilisation d’interfaces entre des matériaux torsadés pourrait être une voie prometteuse pour atteindre le type de supraconductivité auquel nous nous attendons », a déclaré le Dr Volkov.

Hahn a également noté qu ‘ »il est important d’identifier les matériaux présentant de grands couplages électron-phonon quadratiques grâce à des calculs préliminaires, car cela n’a pas été systématiquement exploré ».

Plus d’information:
Zhaoyu Han et al., Supraconductivité dipolaire quantique à partir du couplage électron-phonon en quadrature, Lettres d’examen physique (2024). est ce que je: 10.1103/PhysRevLett.132.226001. sur arXiv: DOI : 10.48550/arxiv.2312.03844

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Lettres d’examen physique


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