El murciélago bigotudo de Parnell y el efecto Doppler

Es bien sabido por muchas personas el interesante método de los murciélagos para desplazarse, la ecolocalización, estos animales emiten ondas sonoras de alta frecuencia que los humanos no podemos escuchar (mas allá de los 20000 Hz) y al volver a recibir el sonido por el fenómeno de reflexión de las ondas (eco, en caso del sonido) pueden determinar donde se hallan los obstáculos o presas en su entorno

 

Sin embargo este método se encuentra con un problema, y este es el efecto doppler, si un murciélago emite una onda sonora mientras vuela es posible que la frecuencia de la onda se vea afectada por el efecto doppler haciendo que la onda recibida por el eco sea mas aguda que la emitida, esto provocaría que el murciélago no identifique el sonido como el suyo y se desoriente o choque contra un obstáculo

Ante esto se hizo un estudio sobre los murciélagos bigotudos de Parnell (Pteronotus Parnellii), el experimento consistía en colocar a estos murciélagos en una especie de soporte móvil que realizaba dos oscilaciones completas hacia delante y hacia atrás mientras con un micrófono se mide la frecuencia del sonido emitido por el murciélago según la velocidad del soporte para comprobar si el murciélago llevaba a cabo de forma instintiva un proceso de atenuación del efecto doppler, que consiste en emitir un sonido con menor frecuencia en función de lo que aumente la velocidad de desplazamiento, provocando así que la nueva frecuencia del efecto doppler esté justo en la línea de frecuencia que el murciélago si identifica para orientarse, los resultados del experimento se representan en la siguiente gráfica.

-La línea horizontal discontinua representa la frecuencia a la que el murciélago reconoce su eco

-La línea continua que oscila representa la velocidad del soporte, donde la línea sube es cuando el soporte avanza, cuando baja es cuando el soporte retrocede

-Los puntos negros y blancos representan la frecuencia (numerada en el eje vertical) emitida por los murciélagos

Tras este experimento se pudo comprobar que efectivamente se daba el comportamiento de atenuación del efecto doppler por parte de los murciélagos, pues como se ve, en los tramos en los que el soporte avanza podemos observar una bajada de los Hz del sonido emitido de tal forma que cuando el efecto doppler actúe sobre el sonido y aumente su frecuencia esta será la frecuencia que el murciélago identifica.

Además se observa un detalle interesante en esta gráfica y es que cuando el soporte se movía hacia atrás ningún murciélago emitía un sonido más agudo para así compensar el efecto doppler en el otro sentido, y la razón de que esto no ocurra es realmente simple, y es que los murciélagos no vuelan hacia atrás por lo que nunca les ha sido necesario emitir un sonido mas agudo de lo normal, es por esto que no reaccionan ante el retroceso del soporte y emiten los sonidos en su  rango normal por lo que los puntos se mantienen cercanos a la línea discontinua de la gráfica

Información obtenida del siguiente enlace, en concreto la sección de "compensación de desplazamiento Doppler" o "Doppler-shift compensation" en inglés

https://journals.physiology.org/doi/full/10.1152/jn.00101.2003?rfr_dat=cr_pub++0pubmed&url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori%3Arid%3Acrossref.org

 

¿Que es la radiación Cherenkov?

La radiación de Cherenkov

Cuando se enciende un reactor nuclear y el combustible comienza a fisionar (a romperse) se liberan multitud de partículas cargadas con una enorme cantidad de energía. Cuando estas partículas viajan más rápido que la luz en ese medio, se produce un efecto luminoso bastante llamativo conocido como radiación de Cherenkov.

Podríamos pensar que esta radiación se ve de color verde, fruto de series y películas, como en Los Simpson. Pero en realidad, el brillo es de color azulado. ¿Por qué se produce? Su aparición puede tener mucha más utilidad de la que pensamos.

¿Qué es la radiación de Cherenkov?

En lo más profundo de los reactores nucleares se esconde el combustible atómico. Este está rodeado de un refrigerante: el agua. Los núcleos de reacción están inmersos para que sea más fácil controlarlos y mantenerlos estables. Cuando comienza la reacción de fisión, un montón de átomos comienzan a romperse, lanzando partículas subatómicas en todas direcciones. Estas partículas tienen muchísima energía y se desplazan a una velocidad mayor que la de los fotones que componen la propia luz."Nada puede ir más rápido que la luz, ¿no?". Esto es cierto para el vacío. En el agua (y otros medios), los fotones se desplazan más lentamente lo que permite que otras partículas sean más rápidas.

Al avanzar generan un campo electromagnético y parte de la energía se pierde (se emite) como un fotón. Las ondas de luz se "apelotonan" formando una onda de choque, que es la responsable del brillo azulado. Es algo muy parecido a lo que ocurre con el efecto Doppler, para las ondas de sonido, pero con la luz. La onda de choque, simplificando mucho la explicación, tiene una forma cónica que corresponde al punto donde se unen los frentes de onda.

¿Para qué nos sirve la radiación de Cherenkov?

Además de ser todo un espectáculo, y más allá de las implicaciones físicas teóricas, lo cierto es que esta radiación tiene una utilidad práctica. Cuando llegan los rayos cósmicos a nuestra atmósfera, lanzados con una energía tremenda, chocan contra sus átomos de oxígeno y nitrógeno.

Como decíamos, en el vacío nada puede viajar más rápido que la luz. Pero en nuestra atmósfera sí. Al romper los átomos en la atmósfera se producen reacciones en cadena. Estas cascadas de fisión producen el mismo efecto que vemos en los reactores, aunque son mucho más tenues.

Hay que aclarar que son las partículas de la atmósfera, al romperse, las que producen la radiación de Cherenkov, no las partículas cósmicas en sí. Pero ¿y para que nos sirven? Los telescopios Cherenkov son unas herramientas muy precisas cuyo objetivo es detectar rayos gamma de gran energía, con una velocidad cercana a la de la luz mientras viajan en el vacío.

El telescopio MAGIC, detector de radiación de Cherenkov en la atmósfera

Los rayos gamma desencadenan estas reacciones entre los 10 y 20 Km sobre la superficie terrestre, aunque los destellos son muy efímeros. Todavía no tenemos claro el origen de los rayos cósmicos, aunque están relacionados con las erupciones solares, las estrellas y otros fenómenos estelares, como las supernovas. Por eso nos interesa tanto entenderlo, aunque solo podemos estudiarlos a partir de cosas tan efímeras como la radiación de Cherenkov que dejan a su paso.

Video

https://twitter.com/twitter/statuses/985387311130169344 en este enlace lo que vemos es el reactor del Radiation Science & Engineering Center, de PennState. Este reactor es de carácter experimental y está destinado a la investigación, no a producir energía.

LA SONDA PARKER , LA NAVE MAS CERCANA AL SOL

La sonda Parker de aproximadamente dos meses y medio en el espacio es la nave que mas se ha acercado a la luna, este suceso ocurrió el 29 de octubre de 2018.

Esta nave sin tripulación ha superado el récord de proximidad  , superando a la nave "Helios 2" la cual se acerco a una distancia de 43 millones de kilómetros al sol. Por otra parte , la sonda Parker sigue acercándose al sol, hasta llegar a la meta de 6.16 millones de km a la superficie de nuestra estrella , en el año 2024.

Esta nave mediante La Red de Espacio profundo(DSN) permite calcular la velocidad a la que va, y permite enviar señales a la radio que seguidamente son transmitidas a la Tierra. Al estudiar factores como el tiempo de retorno y los cambios por el efecto Doppler, el equipo de Parker puede calcular su velocidad , posición y proyectarlos en el futuro.

DE FRENTE AL SOL

El gerente del proyecto Andy Driesman , del laboratorio de Física Aplicada en EEUU , añadió diciendo lo siguiente "Hace solo 78 días que se lanzó Parker Solar Probe , y ahora nos hemos acercado más a nuestra estrella que cualquier otra nave espacial en la historia. Es un momento de orgullo para el equipo , aunque seguimos enfocados en nuestro primer encuentro solar , que comienza el 31 de octubre.

Este primer encuentro solar hizo que la sonda se acercara a su primer perihelio ,produciéndose el 5 de noviembre de 2018 , fecha sometida a calor y radiación mayores de los que se han experimentado , más que cualquier otra sonda de espacio profundo enviado antes. El propósito de esta nave era crear una mejor comprensión del sol y su efecto en la Tierra y en otros planetas.