Παρασκευή, 31 Ιουλίου 2015

Πανάρχαιο το γήινο μαγνητικό πεδίο. Earth's magnetic field may be more than 750 million years older than previously thought

Νωρίτερα από όσο πιστεύαμε σχηματίστηκε το μαγνητικό πεδίο της Γης. New findings suggest that the Earth's magnetic field, which protects the planet from harmful solar winds, may be over 4.2 billion years old. An artist’s depiction of Earth’s magnetic field deflecting high-energy protons from the sun four billion years ago. Note: The relative sizes of the Earth and Sun, as well as the distances between the two bodies, are not drawn to scale. Credit: Michael Osadciw/University of Rochester

Οι επιστήμονες πίστευαν έως τώρα ότι το γήινο μαγνητικό πεδίο είναι 3,45 δισεκατομμυρίων ετών, αλλά μια νέα μελέτη ανεβάζει την ηλικία του στα 4 έως 4,2 δισεκατομμύρια έτη - αυτό σημαίνει ότι είναι περίπου 500 έως 750 εκατομμύρια χρόνια αρχαιότερο από τις έως τώρα εκτιμήσεις. Η ανακάλυψη προσφέρει νέα δεδομένα στη μελέτη του πλανήτη μας.

Η κίνηση των τεκτονικών πλακών

Μια πρόωρη εμφάνιση του μαγνητικού πεδίου σημαίνει ότι η κίνηση των τεκτονικών πλακών ξεκίνησε νωρίτερα. Επίσης η ύπαρξη μαγνητικού πεδίου αποτελεί μια αόρατη ασπίδα προστασίας για την ατμόσφαιρα από τον ηλιακό «άνεμο» (τα ρεύματα φορτισμένων ηλιακών σωματιδίων που «βομβαρδίζουν» συνεχώς τη Γη), συνεπώς θα διευκόλυνε καθοριστικά την πρόωρη ανάπτυξη ζωής στον πλανήτη μας, ο οποίος αλλιώς θα ήταν γυμνός σαν τον Άρη.

Το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται στο κέντρο της Γης, στο εξωτερικό τμήμα του πυρήνα, που αποτελείται από λιωμένο ρευστό σίδηρο. Αυτό το «γεωδυναμό», για να λειτουργήσει, χρειάζεται περιοδική απελευθέρωση θερμότητας από τον πλανήτη, κάτι στο οποίο βοηθάει η κίνηση των τεκτονικών πλακών, η οποία μεταφέρει θερμότητα από τα έγκατα του πλανήτη προς την επιφάνειά του.

Οι χρονολογίες

Αλλάζουν τα γεωφυσικά δεδομένα για το παρελθόν και το μέλλον της Γης.

Μέχρι σήμερα οι επιστήμονες δεν έχουν συμφωνήσει πότε ακριβώς ξεκίνησε η κίνηση των τεκτονικών πλακών και σε ποιό χρονικό σημείο η νεαρή Γη, που σχηματίσθηκε πριν περίπου 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια, απέκτησε μαγνητικό πεδίο. Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον γεωφυσικό Τζον Ταρντούνο του Πανεπιστημίου του Ρότσεστερ της Νέας Υόρκης μελέτησαν μικροσκοπικούς κρυστάλλους ζιρκονίων σε πανάρχαια πετρώματα από τη δυτική Αυστραλία.

Οι κρύσταλλοι αυτοί περιέχουν μαγνητίτη, ένα ορυκτό που διατηρεί ένα μαγνητικό «αρχείο» του μακρινού παρελθόντος. Μετά από γεωχημικές μετρήσεις και με τη βοήθεια μαγνητόμετρου ακριβείας,  οι επιστήμονες συμπέραναν ότι πιθανώς η τεκτονική των πλακών ξεκίνησε πριν από 4,4 δισεκατομμύρια χρόνια και το μαγνητικό πεδίο πριν τουλάχιστον 4 δισ. χρόνια.

Σήμερα μόνο δύο βραχώδεις πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος, η Γη και ο Ερμής, διαθέτουν μαγνητικό πεδίο. Ο Άρης έχασε το δικό του πριν περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια και μαζί με αυτό χάθηκαν στο Διάστημα η ατμόσφαιρα και το περισσότερο νερό του. Η μελέτη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Science».

Ο κομήτης του Rosetta «κουβαλά» τις βάσεις της ζωής. Surprising Comet Discoveries by Rosetta's Philae Lander Unveiled

Η επιφάνεια του κομήτη 67/P είναι πιο τραχιά και «σκληρή» από όσο θεωρούσαν οι ειδικοί. Επίσης όπως φαίνεται ο κομήτης μεταφέρει σημαντικά οργανικά στοιχεία. Philae's landing points on Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko on Nov. 12, 2014. Credit: ESA/ROSETTA/NAVCAM/SONC/DLR

Μία απρόσμενη πληθώρα οργανικών στοιχείων, που αποτελούν θεμέλιους λίθους της ζωής, ανακάλυψαν οι επιστήμονες αναλύοντας τα δεδομένα που συνέλεξαν τα δέκα όργανα του ρομπότ Philae στον κομήτη Τσουριούμοφ-Γκερασιμένκο 67Ρ, γνωστό και ως κομήτη του Rosetta, του μητρικού σκάφους του Philae.

Η ανακάλυψη ενισχύει την πιθανότητα ότι κάποτε οι κομήτες μετέφεραν τους σπόρους της ζωής στη Γη και κάτι ανάλογο μπορεί κάλλιστα να έχουν ήδη κάνει οπουδήποτε αλλού στο σύμπαν. Τα νέα στοιχεία παρουσιάσθηκαν από διάφορες επιστημονικές ομάδες σε μια σειρά επτά δημοσιεύσεων στην επιθεώρηση «Science».

Πρωτοφανείς ανακαλύψεις

Scientists have released new information about comet 67p and what the Philae lander discovered there. Credit: By Karl Tate, Infographics Artist

Τέσσερα από τα οργανικά χημικά στοιχεία (με βάση τον άνθρακα) δεν έχουν ποτέ έως τώρα ανιχνευθεί σε κομήτες. Οι επιστήμονες χαρακτήρισαν όλα αυτά τα στοιχεία πάνω στον παγωμένο κομήτη έως μια «πρωταρχική παγωμένη σούπα», από την οποία, υπό κατάλληλες συνθήκες, θα μπορούσε να ξεπηδήσει η ζωή.

Πάντως καμία από τις επιστημονικές εργασίες δεν αναφέρει ότι ανιχνεύθηκαν πιο πολύπλοκα μόρια πρόδρομα της ζωής, όπως τα αμινοξέα (από όπου προέρχονται οι πρωτεΐνες), αλλά μελλοντικές αναλύσεις μπορεί να τα εντοπίσουν κι αυτά. Μια ακόμη πολύ ενδιαφέρουσα ανακάλυψη είναι ότι το έδαφος του κομήτη είναι πολύ πιο σκληρό από όσο θα έπρεπε. Οι ειδικοί εκτιμούν ότι από το εσωτερικό του κομήτη εκτοξεύεται ύλη και σωματίδια ορισμένα από τα οποία ταξιδεύουν στο Διάστημα και άλλα επιστρέφουν στην επιφάνεια του κομήτη δημιουργώντας ένα σκληρό παγωμένο στρώμα. «Πρόκειται για ένα στρώμα παρόμοιο με ένα είδος στρώματος αρχαίου στερεού πάγου που υπάρχει σε διάφορες περιοχές της Γης το οποίο εξατμίζεται και παγώνει εκ νέου» αναφέρει ο Τίμαν Σπον, ερευνητής του Γερμανικού Κέντρου Αεροδιαστήματος.

Τα εργαστήρια

Η τελευταία, πιο κοντινή και λεπτομερής εικόνα της επιφάνεια του κομήτη 67/P από το σκάφος Rosetta. Image of Comet 67P acquired by the ROLIS instrument on the Philae lander during descent on Nov. 12, 2014, from a distance of approximately 3 kilometers from the surface. The image has a resolution of about 3 meters per pixel. Credit: ESA/Rosetta/Philae/ROLIS/DLR

Ερώτημα παραμένει αν τα οργανικά συστατικά δημιουργήθηκαν πάνω στον ίδιο τον κομήτη ή κάπου αλλού στο διάστημα και μετά ενσωματώθηκαν σε αυτόν. Πιθανότατα πάντως, οι κομήτες αποτελούν κοσμικά εργαστήρια για τη «συναρμολόγηση» των αρχικών συστατικών της ζωής.

Diagram of the washing-machine-size Philae lander. Credit: Lander project/DLR/F. Finke

Παραμένει αβέβαιο κατά πόσο το Philae θα μπορέσει να στείλει άλλα επιστημονικά δεδομένα, καθώς μετά από την μακρόχρονη νάρκη του, «ξύπνησε» μεν στις 13 Ιουνίου, αλλά η επαφή του με τη Γη ήταν στη συνέχεια σποραδική και προβληματική. Η τελευταία επικοινωνία του έγινε στις 9 Ιουλίου και έκτοτε έχει σιγήσει πάλι, όμως δεν θεωρείται ακόμη «νεκρό».

Εντοπίστηκε μοναδικό πλανητικό σύστημα. An exceptional planetary system discovered in Cassiopeia

Αποτελείται από 4 πλανήτες 3 εκ των οποίων είναι υπερ-Γαίες. Καλλιτεχνική απεικόνιση του εξωπλανήτη HD219134b. Hot, Rocky World This artist's rendition shows one possible appearance for the planet HD 219134b, the nearest rocky exoplanet found to date outside our solar system. The planet is 1.6 times the size of Earth, and whips around its star in just three days. Scientists predict that the scorching-hot planet -- known to be rocky through measurements of its mass and size -- would have a rocky, partially molten surface with geological activity, including possibly volcanoes. Credit: NASA/JPL-Caltech

Διεθνής ομάδα αστρονόμων ανακάλυψε στον αστερισμό της Κασσιόπης, σε απόσταση μόλις 21 ετών φωτός, ένα εντυπωσιακό πλανητικό σύστημα που περιλαμβάνει τρεις βραχώδεις εξωπλανήτες που ανήκουν στην κατηγορία της υπερ-Γαίας και ένα γιγάντιο πλανήτη αερίων. Ένας από τους πλανήτες είναι ο κοντινότερος στη Γη επιβεβαιωμένος βραχώδης πλανήτης που έχει ανακαλυφθεί και αναμένεται να μελετηθεί εξονυχιστικά τα επόμενα χρόνια.

Στο παρελθόν είχε βρεθεί και ένας ακόμη πιο κοντινός εξωπλανήτης, ο GJ674b, σε απόσταση 14,8 ετών φωτός, αλλά η σύνθεσή του είναι άγνωστη, σύμφωνα με τη NASA, συνεπώς δεν είναι σίγουρο ότι είναι βραχώδης. Το 2012 εξάλλου είχε ανακοινωθεί η ανακάλυψη ενός βραχώδους εξωπλανήτη πέριξ του Άλφα του Κενταύρου, σε απόσταση μόνο 4,3 ετών φωτός από τη Γη, αλλά δεν έχει υπάρξει ακόμη επιβεβαίωση.

Ο εντοπισμός

Astronomers have teased out a secret planetary system hiding in the arms of Cassiopea, just 21 light years away from us. The remarkable system, named HD219134, hosts one outer giant planet and three inner super-Earths, one of which transits in front of the star. The transiting super-Earth has a density similar to the Earth. It is by far the closest transiting planet known today. It provides the ideal candidate for follow-up studies and a deeper understanding of planetary formation, internal composition, and atmospheres. The system is so close that astronomers already dream about taking pictures of the new "Stars." This sky map identifies the location of the star HD 219134 (in circle), host to the nearest confirmed rocky planet found to date outside of our solar system. Image released July 30, 2015. Credit: NASA/JPL-Caltech/DSS

Η νέα ανακάλυψη έγινε με το τηλεσκόπιο «Γαλιλαίος» στα ισπανικά Κανάρια Νησιά, καθώς και με τη βοήθεια του διαστημικού τηλεσκοπίου Spitzer της NASA, από διεθνή επιστημονική ομάδα με επικεφαλής τον αστρονόμο Ατι Μοταλέμπι του Πανεπιστημίου της Γενεύης και θα παρουσιασθεί στο περιοδικό στην επιθεώρηση «Astronomy & Astrophysics».

To άστρο γύρω από το οποίο περιφέρονται οι εξωπλανήτες, είναι το HD219134, ένας καφέ νάνος πιο κρύος και μικρότερος από τον Ήλιο μας. Ο κοντινός βραχώδης εξωπλανήτης είναι ο HD219134b, ο οποίος έχει μάζα 4,5 φορές μεγαλύτερη από τη Γη και διάμετρο 1,6 φορές μεγαλύτερη.

Η μέση πυκνότητά του (έξι γραμμάτια ανά κυβικό εκατοστό) είναι περίπου αντίστοιχη της Γης, πράγμα που σημαίνει ότι πιθανώς έχει παρόμοια σύνθεση. Είναι τόσο κοντά στο άστρο του, που χρειάζεται μόνο τρεις μέρες για μια πλήρη περιφορά (το ‘έτος' του), έχοντας επιφανειακή θερμοκρασία περίπου 427 βαθμών Κελσίου. Συνεπώς είναι υπερβολικά καυτός για να φιλοξενεί ζωή, τουλάχιστον όπως την ξέρουμε, καθώς δεν βρίσκεται στην κατοικήσιμη ζώνη του άστρου του και είναι απίθανο να διαθέτει νερό.

Οι υπόλοιποι

Καλλιτεχνική απεικόνιση του εξωπλανήτη HD219134b ο οποίος βρίσκεται σε απόσταση αναπνοής από το μητρικό του άστρο και αποτελεί ταυτόχρονα τον κοντινότερο στη Γη βραχώδη πλανήτη. This artist's impression shows the silhouette of a rocky planet, dubbed HD 219134b, as it passes in front of its star. At 21 light-years away, the planet is the closest outside of our solar system that crosses, or transits, its star = a bonus for astronomers because transiting planets are easier to study. Credit: NASA/JPL/ Caltech

Οι άλλοι δύο βραχώδεις εξωπλανήτες έχουν μάζες 2,7 και 8,7 φορές μεγαλύτερες από της Γης, ενώ ο αέριος γίγαντας έχει 62 φορές μεγαλύτερη μάζα και χρειάζεται 1.190 γήινες μέρες για μια πλήρη περιφορά γύρω από το άστρο του.

Το σύστημα είναι τόσο κοντά στη Γη, που το μητρικό άστρο είναι ορατό με γυμνά μάτια, όταν ο ουρανός στη Γη είναι σκοτεινός. Οι αστρονόμοι ονειρεύονται ότι κάποια στιγμή θα καταφέρουν να φωτογραφίσουν τους εξωπλανήτες του, όταν θα έχουν πλέον κατασκευασθεί τα νέα πολύ μεγάλα επίγεια και διαστημικά τηλεσκόπια μέσα την επόμενη δεκαετία, όπως το «James Webb» της NASA.

Το νέο σύστημα μοιάζει επίσης με το ηλιακό μας σύστημα, επειδή οι τρεις μικροί βραχώδεις εξωπλανήτες του είναι εσωτερικοί (κοντύτερα στο άστρο τους), όπως ο Ερμής, η Αφροδίτη, η Γη και ο Άρης, ενώ ο μεγάλος αέριος εξωπλανήτης του είναι εξωτερικός, ακολουθώντας πιο μακρινή τροχιά, όπως συμβαίνει με τον Δία και τον Κρόνο.

Το δέρμα των αστροναυτών... λεπταίνει. Space travel thins your skin

Η αστροναύτισσα Σαμάνθα Κριστοφορέτι της ESA μελετήθηκε από τους γερμανούς ερευνητές πριν και μετά το ταξίδι της στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό προκειμένου να δοθεί μια απάντηση σχετικά με τα προβλήματα που εμφανίζει το δέρμα των αστροναυτών στο Διάστημα. European Space Agency (ESA) astronaut Samantha Cristoforetti in the cupola of the International Space Station. Credit: NASA

Μια πολυαναμενόμενη... ανθρώπινη αποστολή στον Κόκκινο Πλανήτη βρίσκεται ακόμη μακριά, καθώς η NASA σχεδιάζει το πρώτο επανδρωμένο ταξίδι στον Άρη τη δεκαετία του 2030. Σε κάθε περίπτωση, όταν φθάσει εκείνη η ώρα, και μόνο η απόσταση των περισσότερων από 55 εκατομμυρίων χιλιομέτρων που θα έχουν να διανύσουν οι αστροναύτες επί τουλάχιστον μισό χρόνο προκειμένου να φθάσουν στον Άρη (χωρίς να αναφερθούμε και στο ταξίδι του γυρισμού) δημιουργεί τεράστιες προκλήσεις. Μεταξύ του πλήθους των εμποδίων που πρέπει να ξεπεραστούν για ένα τέτοιο μακρινό ταξίδι, η υγεία των αστροναυτών κατά τη διάρκεια μιας τόσο μακράς περιόδου στο Διάστημα κρίνεται υψίστης σημασίας.

Το περίεργο φαινόμενο

Επιστήμονες στη Γερμανία χρησιμοποιούν προηγμένες απεικονιστικές τεχνικές προσπαθώντας να κατανοήσουν το εξής περίεργο φαινόμενο: για ποιον λόγο το δέρμα των αστροναυτών γίνεται πιο λεπτό όσο βρίσκονται στο Διάστημα. Οι ερευνητές με επικεφαλής τον καθηγητή Κάρστεν Κένιγκ από το Τμήμα Βιοφωτονικής και Τεχνολογίας Λέιζερ στο Πανεπιστήμιο Σάαρλαντ χρησιμοποιούν τομογραφίες του δέρματος υψηλής ανάλυσης προκειμένου να διερευνήσουν σε βάθος τα δερματικά κύτταρα αστροναυτών πριν και μετά το ταξίδι τους στο Διάστημα.

Οι ειδικοί που ανέπτυξαν την προηγμένη τεχνολογία λέιζερ αναφέρουν ότι η χωρική ανάλυσή της (η ικανότητα εστίασης) είναι χίλιες φορές μεγαλύτερη σε σύγκριση με εκείνη των συσκευών υπερήχων. Αυτή η τεχνολογία έχει μάλιστα την ικανότητα, σύμφωνα με τον καθηγητή Κένιγκ, να φέρει επανάσταση και στη διάγνωση εντός των νοσοκομείων.

Το προηγμένο σκανάρισμα

Researchers analyzed the skin of astronauts Samantha Cristoforetti, Alexander Gerst and Luca Parmitano, both before and after their missions on the global Space Station (ISS) (not pictured here) (Photo: NASA Goddard Space Flight Center).

«Χρησιμοποιούμε παλμούς λέιζερ femtosecond. Σκανάρουμε το δέρμα και λαμβάνουμε σήματα από αυτό, ιδίως φθορίζοντα, καθώς και ένα άλλο σήμα που ονομάζεται δεύτερη αρμονική συχνότητα. Έτσι με αυτά τα δύο σήματα μπορούμε να "χτίσουμε" εικόνες και να δούμε το δέρμα σε υψηλή ανάλυση. Η ανάλυση αυτή είναι χίλιες φορές καλύτερη από εκείνη των υπερήχων. Έτσι μπορούμε πλέον να λαμβάνουμε τις πληροφορίες που χρειαζόμαστε χωρίς τη διενέργεια βιοψίας, μέσα σε δευτερόλεπτα και με φανταστική ανάλυση» τόνισε ο Κένιγκ προσθέτοντας ότι οι εφαρμογές της μεθόδου περιλαμβάνουν από την ιστολογική ανάλυση για την πρώιμη διάγνωση του καρκίνου ως τον προσδιορισμό των επιδράσεων της γήρανσης του δέρματος.

Τον δρα Κένιγκ, ο οποίος είναι επίσης διευθυντής της γερμανικής εταιρείας JenLab, προσέγγισε ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (European Space Agency, ESA) προκειμένου να χρησιμοποιήσει την τεχνολογία femtosecond λέιζερ για το πρόγραμμα «Skin B», το οποίο στοχεύει στην κατανόηση «μηχανισμών γήρανσης του δέρματος που είναι πολύ αργοί στη Γη (με αποτέλεσμα να είναι σχεδόν αδύνατη η αποτελεσματική μελέτη τους) αλλά επιταχύνονται σημαντικά σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας».

Όπως λέει ο καθηγητής, «τόσο η ESA όσο και η NASA ήρθαν και μας ζήτησαν, αν είναι δυνατόν, να μελετήσουμε το δέρμα των αστροναυτών. Και αυτό διότι ήθελαν να γνωρίζουν αν λαμβάνει χώρα κάποια ταχεία διαδικασία γήρανσης του δέρματος στο Διάστημα και ποιες ακριβώς αλλαγές παρατηρούνται στους αστροναύτες, καθώς εργάζονται επί έξι μήνες μακριά από τη Γη. Και αυτό διότι πολλοί αστροναύτες παραπονιούνται για δερματικά προβλήματα».

Μελέτη «πριν και μετά»

Ο Ιταλός αστροναύτης Λούκα Παρμιτάνο (αριστερά) είναι επίσης ένα από τα... πειραματόζωα των επιστημόνων που μελετούν την επίδραση των διαστημικών συνθηκών στο δέρμα. O Γερμανός Αλεξάντερ Γκερστ συμμετείχε επίσης στο πείραμα του... δέρματος.

Μέχρι στιγμής η ερευνητική ομάδα έχει «σαρώσει» το δέρμα τριών αστροναυτών πριν και μετά το ταξίδι τους στο Διάστημα: πρόκειται για τους Ιταλούς Λούκα Παρμιτάνο και Σαμάνθα Κριστοφορέτι καθώς και τον Γερμανό Αλεξάντερ Γκερστ.

Η Κριστοφορέτι της ESA εξετάστηκε πριν από το ταξίδι της στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS) τον Νοέμβριο του 2014. Όταν επέστρεψε στη Γη ύστερα από 199 ημέρες, στις 11 Ιουνίου του 2015, έγινε κάτοχος ενός νέου ρεκόρ παραμονής μιας μόνο γυναίκας στο Διάστημα (το προηγούμενο ρεκόρ κατείχε η Σουνίτα Γουίλιαμς της NASA με 195 ημέρες παραμονής στο Διάστημα το 2006-2007). Τα δερματικά κύτταρα της Κριστοφορέτι εξετάστηκαν από τον δρα Κένιγκ με χρήση του πανίσχυρου λέιζερ μετά την επιστροφή της, οδηγώντας σε αναπάντεχα αποτελέσματα.

Συρρίκνωση της επιδερμίδας

Astronaut Paolo Nespoli sleeps during a 2007 mission on board the ISS. Credit: NASA

«Έχουμε ήδη ενδιαφέροντα αποτελέσματα από τους τρεις αστροναύτες που έχουμε μελετήσει ως τώρα. Φαίνεται ότι στο Διάστημα λαμβάνει χώρα μεγάλη παραγωγή κολλαγόνου. Ξαφνικά οι αστροναύτες έχουν περισσότερο κολλαγόνο. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει κάποιου είδους αντιγηραντική επίδραση, τουλάχιστον στο κατώτερο τμήμα του δέρματος, τη δερμίδα. Συγχρόνως ανακαλύψαμε ότι η επιδερμίδα, κυρίως το τμήμα των ζώντων κυττάρων, συρρικνώνεται, οπότε το δέρμα γίνεται πιο λεπτό» εξήγησε ο καθηγητής Κένιγκ.

Συμπλήρωσε ότι δεν υπάρχει ακόμη εξήγηση για το φαινόμενο. Η ερευνητική ομάδα αναμένει να εξετάσει και άλλους αστροναύτες ώστε να καταλάβει τι συμβαίνει και έτσι να προστατεύσει τους ταξιδιώτες του Διαστήματος από τη... συρρίκνωση της επιδερμίδας τους. «Είδαμε ότι η επιδερμίδα λεπταίνει κατά σχεδόν 20% και μέχρι στιγμής δεν έχουμε εξήγηση για αυτό. Ωστόσο αυτό συνέβη μέσα σε έξι μήνες. Το ερώτημα είναι αν κάποιος πάει στον Άρη - το ταξίδι αυτό απαιτεί ένα-δύο χρόνια ή και παραπάνω - τι θα γίνει με την επιδερμίδα του. Διότι δεν είναι προφανώς καλό να λεπταίνει συνεχώς».

Πέμπτη, 30 Ιουλίου 2015

Καλλιόπη Εξάρχου, Φιλοξενία του θέρους...

Léon De Smet, Louise, 1916.

Η καλή μέρα
από το πρωί φαίνεται”
- σκέφτηκε-
και βάλθηκε
να περιποιηθεί το αιδοίο της
Πρώτα
άνοιξε την είσοδο
μην την πουν κι αφιλόξενη
μετά υποδέχθηκε
τους καλεσμένους της
και στο τέλος
πήρε θέση
απέναντι
στον «καυλομάχο ήλιο»*

Έτσι κάνει
πάντα
η γη
πριν τη σπορά

Vincent Van Gogh, Le Semeur, 1888.  

Καλλιόπη Εξάρχου, θέρος 2015

* Έκφραση του Δημήτρη Δημητριάδη από τον "Ευαγγελισμό της Κασσάνδρας", Σαιξπηρικόν 2012.

Το πρώτο τεχνητό ριβόσωμα κυττάρου. Researchers design first artificial ribosome

Λειτουργεί σχεδόν όπως το πραγματικό παράγοντας πρωτεΐνες και ένζυμα. Researchers at the University of Illinois at Chicago and Northwestern University have engineered a tethered ribosome that works nearly as well as the authentic cellular component, or organelle, that produces all the proteins and enzymes within the cell. The engineered ribosome may enable the production of new drugs and next-generation biomaterials and lead to a better understanding of how ribosomes function.

Επιστήμονες στις ΗΠΑ δημιούργησαν το πρώτο τεχνητό ριβόσωμα κυττάρου, το οποίο «δουλεύει» σχεδόν όπως το πραγματικό κυτταρικό οργανίδιο, παράγοντας πρωτεΐνες και ένζυμα.

Νέοι δρόμοι

Η δημιουργία τεχνητών ριβοσωμάτων μπορεί να φέρει επανάσταση στην ιατρική. Credit: Flickr/eLife - the journal, CC BY 2.0

Το σημαντικό αυτό επίτευγμα -που αναμένεται να τελειοποιηθεί στο μέλλον- ανοίγει νέους δρόμους στα πεδία της συνθετικής βιολογίας και της βιομοριακής μηχανικής. Μεταξύ άλλων, αναμένεται να επιτρέψει την παραγωγή νέων φαρμάκων και βιο-υλικών, ενώ θα βοηθήσει τους βιολόγους να κατανοήσουν καλύτερα πώς λειτουργούν αυτά τα ζωτικά συστατικά του κυττάρου.

Οι ερευνητές των πανεπιστημίων Ιλινόις και Northwestern στο Σικάγο, με επικεφαλής τον διευθυντή του Κέντρου Βιομοριακών Επιστημών του Κολλεγίου Φαρμακευτικής βιοχημικό Αλεξάντερ Μάνκιν και τον επίκουρο καθηγητή χημικής και βιολογικής μηχανικής Μάικλ Τζούιτ ονόμασαν το πρώτο τεχνητό ριβόσωμα ‘Ribo-T'.

Το τεχνητό ριβόσωμα, όπως έδειξαν τα πειράματα, κατάφερε να παράγει αρκετές πρωτεϊνες σε ένα δοκιμαστικό σωλήνα. Επιπλέον, όπως είπαν οι αμερικανοί επιστήμονες, το Ribo-T θα μπορούσε να «χειραγωγηθεί» κατάλληλα, ώστε να κάνει πράγματα που ένα φυσικό ριβόσωμα δεν μπορεί. Για παράδειγμα, το Ribo-T θα ήταν δυνατό να μετατρέψει ένα κύτταρο σε «εργοστάσιο» κατά παραγγελία χημικών και βιολογικών υλικών, παράγοντας π.χ. μοναδικά πολυμερή, βιολογικά και μη.

Κάθε έμβιος οργανισμός οφείλει την ύπαρξή του στα ριβοσώματα, αυτές τις σκληρά εργαζόμενες μοριακές «μηχανές», που συνεχώς «διαβάζουν» τις εντολές του DNA και του RNA, δημιουργώντας πρωτεΐνες από αμινοξέα. Με τη βοήθεια του τεχνητού ριβοσώματος, θα ήταν δυνατό να ενσωματωθούν "αφύσικα" αμινοξέα στις πρωτεΐνες και έτσι, μεταξύ άλλων, να παραχθούν φάρμακα (π.χ. αντιβιοτικά) με ασυνήθιστες θεραπευτικές ιδιότητες. Η ανακάλυψη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature».

Πηγή: Cédric Orelle, Erik D. Carlson, Teresa Szal, Tanja Florin, Michael C. Jewett, Alexander S. Mankin. Protein synthesis by ribosomes with tethered subunitsNature, 2015; DOI: 10.1038/nature14862

Αρειανά «κεχριμπάρια» ζωής μελετά η NASA. The mystery of the 'Moose' and 'Elk' on Mars

Το Curiosity εντόπισε πετρώματα που μπορεί να κρύβουν ίχνη αρχαίας ζωής στον Άρη. Curiosity has been working on Mars since early August 2012. The main mission objective now is to examine successively higher layers of Mount Sharp.

Το ρομπότ Curiosity της NASA που εξερευνά τον Άρη από το 2012 εντόπισε δύο πολύ διαφορετικά σε εμφάνιση και σύσταση πετρώματα από εκείνα που υπάρχουν στον Άρη. 

Το ένα εκ των δύο πετρωμάτων μέσα στα οποία μπορεί να κρύβονται ίχνη αρχαίας ζωής στον Άρη. Nasa's Curiosity rover has back tracked on itself to study an unusual group of rocks unlike anything seen on Mars. The rocks - dubbed 'Elk' and 'Lamoose' (pictured) - contain high levels of silica and hydrogen. These could act like the Martian version of amber, preserving evidence of ancient life. Image released July 23, 2015 Credit: Image credit: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Τα δύο πετρώματα επειδή θυμίζουν κέρατα ελαφιού έλαβαν τις ονομασίες «Elk» και «Moose» που είναι ονομασίες κάποιων ειδών ελαφιών. Όπως δείχνουν οι πρώτες αναλύσεις τα πετρώματα αυτά περιέχουν υψηλά επίπεδα διοξειδίου πυριτίου.

Το δεύτερο μυστηριώδες πέτρωμα που εντόπισε το Curiosity. NASA's Curiosity rover saw this rock outcrop dubbed "Missoula," near Marias Pass on Mars. Image released July 23, 2015. Credit: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Το διοξείδιο του πυριτίου είναι ένωση του πυριτίου οξυγόνο πολύ διαδεδομένη στη φύση σε κρυσταλλική ή άμορφη κατάσταση. Η κοινή θαλάσσια άμμος αποτελείται κυρίως από διοξείδιο του πυριτίου. Η κρυσταλλική μορφή ονομάζεται «χαλαζίας» ενώ η άμορφη «άμμος». Η ανακάλυψη είναι ιδιαίτερα σημαντική επειδή το διοξείδιο του πυριτίου θεωρείται ιδανικό για τη διατήρηση των ιχνών οργανικής ύλης τα οποία με τη σειρά τους αποτελούν ενδείξεις της παρουσίας κάποιων αρχαίων μορφών ζωής. Σύμφωνα με ειδικούς της NASA αυτά τα πετρώματα μπορεί να λειτουργούν ως οι αρειανές εκδοχές των κεχριμπαριών της Γης μέσα στα οποία διατηρούνται οργανικές ύλες που παραπέμπουν σε μορφές ζωής αλλά πολλές φορές βρίσκονται μέσα σε αυτά και διάφοροι αρχαίοι οργανισμοί.

Εκπληκτικό εξωηλιακό σέλας! First Alien Auroras Found, Are 1 Million Times Brighter Than Any On Earth

Καλλιτεχνική απεικόνιση του καφέ νάνου στον οποίο εντοπίστηκε το εκπληκτικό σέλας. An artist's concept of brilliant auroras on the brown dwarf LSR J1835+3259, a misfit failed star about 18.5 light-years from Earth. The auroras are the first ever detected beyond our own solar system. Credit: Chuck Carter and Gregg Hallinan/Caltech

Οι αστρονόμοι παρατήρησαν για πρώτη φορά ένα σέλας εκτός του ηλιακού μας συστήματος και μάλιστα το φαινόμενο είναι πολύ πιο εντυπωσιακό, καθώς εκτιμάται ότι είναι δεκάδες χιλιάδες, ίσως κι ένα εκατομμύριο φορές πιο λαμπερό από ό,τι στη Γη. Το θεαματικό σέλας, που είναι περισσότερο κόκκινο παρά πράσινο-μπλε όπως στον πλανήτη μας, εντοπίσθηκε όχι πάνω από έναν εξωπλανήτη, αλλά γύρω από ένα καφέ νάνο μεγάλο όσο ο Δίας, σε απόσταση 18 ετών φωτός, στον αστερισμό της Λύρας.

Αποτυχημένα

This image shows the brown dwarf ISO-Oph 102, or Rho-Oph 102, in the Rho Ophiuchi star-forming region. Its position is marked by the crosshairs. This visible-light view was created from images forming part of the Digitized Sky Survey 2. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

Οι καφέ νάνοι είναι σώματα που θεωρούνται άστρα, καθώς σχηματίζονται στο κέντρο πλανητικών συστημάτων από τη συμπύκνωση γιγάντιων σύννεφων υδρογόνου. Τα περισσότερα άστρα έχουν τόσο μεγάλη μάζα ώστε η πίεση στο εσωτερικό τους είναι αρκετή για να πυροδοτήσει αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης. Οι καφέ νάνοι, αντίθετα, δεν έχουν αρκετή μάζα για να λάμπουν και εκπέμπουν μόνο ένα αμυδρό κοκκινωπό φως ή υπέρυθρη ακτινοβολία για αυτό και αποκαλούνται συχνά «αποτυχημένα άστρα».

Η ανακάλυψη

Το φαινόμενο εντοπίστηκε σε καφέ νάνο 18 έτη φωτός μακριά από τη Γη. Auroras detected on the brown dwarf LSR J1835+3259 are much brighter than auroras on Earth, possibly 1 million times brighter than the best northern lights we can see, scientists say. Credit: Chuck Carter and Gregg Hallinan/Caltech

Επιστήμονες από διάφορες χώρες, με επικεφαλής τον καθηγητή αστρονομίας Γκρεγκ Χάλιναν του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνια (Caltech), που έκαναν την ανακάλυψη με επίγεια οπτικά τηλεσκόπια και ραδιοτηλέσκόπια δήλωσαν ότι αποτελεί αίνιγμα με ποιο τρόπο παράγεται σέλας στον καφέ νάνο που έλαβε την κωδική ονομασία LSR J1835.

Το φαινόμενο του σέλαος στη Γη -και σε άλλους πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος- δημιουργείται, όταν φορτισμένα σωματίδια από τον Ήλιο αλληλεπιδρούν ορμητικά με την πλανητική  μαγνητόσφαιρα και ατμόσφαιρα. Το γήινο μαγνητικό πεδίο παγιδεύει τα σωματίδια του Ήλιου και τα επιταχύνει, υποχρεώνοντας τα ηλεκτρόνιά τους να πέσουν σαν «βροχή» στην ατμόσφαιρα, με συνέπεια να συγκρούονται με τα μόρια των χημικών στοιχείων και να τα υποχρεώνουν να εκπέμψουν φωτεινή ακτινοβολία.

Astrophotographer Bob Simmerman sent in a photo of an auroral display over Good Harbor Bay, Leelanau County, Michigan, taken on the evening of June 22-23, 2015. Credit: Bob Simmerman

Στη Γη το σέλας είναι κυρίως πρασινωπό, επειδή τα ηλιακά ηλεκτρόνια συγκρούονται με τα άφθονα άτομα οξυγόνου της γήινης ατμόσφαιρας, ενώ στην περίπτωση του καφέ νάνου LSR J1835 είναι ερυθρωπό, επειδή η ατμόσφαιρά του περιέχει κυρίως υδρογόνο. Επειδή όμως το LSR J1835 δεν έχει άλλα άστρα κοντά του για να το «βομβαρδίζουν» με ακτινοβολία, παραμένει ερωτηματικό μέσω ποιου μηχανισμού παράγεται το σέλας του.

Απάντηση στο ερώτημα

Our cosmic backyard as seen from 30 light-years away. Red circles indicate the discoveries of brown dwarfs by NASA's WISE space telescope. Credit: NASA/JPL-Caltech

Από την άλλη, επειδή συνεχίζεται η διαμάχη κατά πόσο οι καφέ νάνοι είναι παρ' ολίγον κανονικά άστρα ή παρ' ολίγον μεγάλοι πλανήτες, η νέα ανακάλυψη φαίνεται να ενισχύει τη δεύτερη εκδοχή. Εφόσον έχουν ήδη εντοπισθεί νέφη στην ατμόσφαιρα τέτοιων ουρανίων σωμάτων και τώρα παρατηρείται και σέλας, η «ζυγαριά», όσον αφορά τη φύση τους, γέρνει μάλλον προς την πλευρά των πλανητών.

Οι αστρονόμοι αισιοδοξούν ότι σύντομα θα είναι σε θέση να παρατηρήσουν το φαινόμενο του σέλαος και σε κανονικούς εξωπλανήτες. Μέχρι σήμερα το πιο λαμπρό σέλας έχει εντοπισθεί στον Δία, ο οποίος διαθέτει το πιο ισχυρό μαγνητικό πεδίο στο ηλιακό μας σύστημα. Το σέλας του LSR J1835 είναι τουλάχιστον 200 φορές πιο φωτεινό από εκείνο του Δία. Η ανακάλυψη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature».

Ένα ακόμη «πλήγμα» για την υπερσυμμετρία. LHC Keeps Bruising 'Difficult to Kill' Supersymmetry

Οι μετρήσεις προήλθαν από τον Μεγάλο επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN και είναι εντελώς συμβατές με το Καθιερωμένο Πρότυπο, με συνέπεια να μην χρειάζονται κάποια εναλλακτική φυσική θεωρία για να ερμηνευθούν. Computer visualization of proton collisions inside the LHC's CMS detector. Credit: CMS/LHC/CERN

Αν και τα προηγούμενα χρόνια είχαν εκφρασθεί ελπίδες πως ένα σπάνιο υποατομικό φαινόμενο θα μπορούσε να εξηγηθεί από τη θεωρία της υπερσυμμετρίας, αποτελώντας έτσι μια βάσιμη ένδειξη για την ισχύ του συγκεκριμένου φυσικού μοντέλου, νέες μετρήσεις έρχονται να διαψεύσουν αυτές τις προσδοκίες. Οι μετρήσεις προήλθαν από τον Μεγάλο επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN και είναι εντελώς συμβατές με το Καθιερωμένο Πρότυπο, με συνέπεια να μην χρειάζονται κάποια εναλλακτική φυσική θεωρία για να ερμηνευθούν.

Το φαινόμενο αφορά τα κουάρκ, δηλαδή τους βασικούς τύπους των στοιχειωδών σωματιδίων της ύλης, και πιο συγκεκριμένα τη σπάνια διάσπαση του χαμηλού (bottom) κουάρκ σε άνω (up) κουάρκ. Καθώς τα έως τώρα δεδομένα ήταν αντικρουόμενα, ορισμένοι επιστήμονες είχαν προτείνει μία εξήγηση πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο – στα πλαίσια της υπερσυμμετρίας.

Ωστόσο, οι τελευταίες παρατηρήσεις «είναι απολύτως συνεπείς με το Καθιερωμένο Πρότυπο και καθιστούν άχρηστη την ανάγκη μίας τέτοιας υπόθεσης», αναφέρει στο Γαλλικό Πρακτορείο ο Γκάι Γουίλκινσον, καθηγητής φυσικής στο πανεπιστήμιο της Οξφόρδης και επικεφαλής της ομάδας πίσω από το πείραμα στον LHC. «Βέβαια, δεν μπορώ να αρνηθώ πως θα ήταν συναρπαστικό αν δείχναμε πως κάτι δεν πάει καλά με το Καθιερωμένο Πρότυπο», πρόσθεσε.

Το Καθιερωμένο Πρότυπο περιγράφει όλα τα στοιχειώδη σωμάτια που συγκροτούν την ύλη, όπως και τις δυνάμεις, πλην της βαρύτητας, με τις οποίες αυτά αλληλεπιδρούν. Ωστόσο, πέρα από το ότι δεν περιγράφει τη βαρύτητα, έχει αρκετές ακόμη αδυναμίες – με κυριότερη πως δεν εξηγεί τη φύση της σκοτεινής ενέργειας και της σκοτεινής ύλης, που αποτελούν το 95% του σύμπαντος.

Η υπερσυμμετρία βασίζεται στην ένωση σε μια οικογένεια των δυο μεγάλων ομάδων σωματιδίων που το καθιερωμένο πρότυπο θεωρεί πολύ διαφορετικές μεταξύ τους: των μποζονίων (φορείς αλληλεπιδράσεων) και των φερμιονίων (ύλη). Σύμφωνα με τις θεωρίες αυτού του είδους τα μεν μετατρέπονται στα δε αλλάζοντας ρόλους. Κάθε γνωστό σωματίδιο έχει έναν «υπερσυμμετρικό σύντροφο». Τα κουάρκ τα s-κουάρκ, το φωτόνιο το φωτίνο κ.ο.κ. Κάθε μποζόνιο διαθέτει το υπερσυμμετρικό του σωματίδιο, το οποίο είναι ένα φερμιόνιο και αντίστοιχα κάθε φερμιόνιο διαθέτει το υπερσυμμετρικό του σωματίδιο, το οποίο είναι ένα μποζόνιο. Όμως τα συνήθη μποζόνια δεν είναι τα υπερσυμμετρικά σωματίδια των συνήθων φερμιονίων και το αντίθετο.

Γνωστή και ως SUSY, η υπερσυμμετρία αποτελεί μία από τις θεωρίες που έχουν προταθεί και δίνουν «απάντηση» σε αυτές τις αδυναμίες. Γι’ αυτό τον σκοπό, υποθέτει πως για κάθε γνωστό σωματίδιο υπάρχει ένας υπερσυμμετρικός του «εταίρος». Ορισμένοι επιστήμονες αξιοποιούν τη θεωρία για την εξήγηση της σκοτεινής ύλης, υποθέτοντας πως αποτελείται από το ελαφρύτερο υπερσυμμετρικό σωματίδιο.

Από την άλλη πλευρά, όμως, μέχρι σήμερα δεν έχει προκύψει καμία πειραματική ένδειξη για την ύπαρξη κάποιου υπερσυμμετρικού σωματιδίου – και μάλιστα ούτε καν στην πρώτη φάση λειτουργίας του LHC, κάτι που αναμενόταν από πολλούς υπέρμαχους της θεωρίας. Παρ’ όλα αυτά, ο Γουίλκινσον λέει πως «είναι πολύ νωρίς» για να ξεγράψουμε την υπερσυμμετρία.

«Είναι δύσκολο να “πεθάνει” η υπερσυμμετρία: μοιάζει σαν τέρας με πολλά κεφάλια», ανέφερε. Το επιχείρημα που χρησιμοποιεί συμμερίζονται και οι περισσότεροι ειδικοί στη στοιχειώδη φυσική, υποστηρίζοντας πως η δεύτερη φάση λειτουργίας του LHC, που ξεκίνησε τον Απρίλιο, μπορεί κάλλιστα να κρύβει εκπλήξεις. Κι αυτό γιατί η μέγιστη ισχύς των συγκρούσεων στο εσωτερικό του θα αγγίξει τα 13 TeV. Μια απόδοση που όχι μόνο υπερβαίνει τα 8 TeV της πρώτης φάσης, αλλά και που για πρώτη φορά θα έχουν στη διάθεσή τους όσοι επιστήμονες μελετούν τα «μυστήρια» του υποατομικού κόσμου.

Εντούτοις, σύμφωνα με τον καθηγητή του πανεπιστήμιου της Οξφόρδης, τα αμέσως επόμενα χρόνια θα είναι κρίσιμα για την υπερσυμμετρία. «Αν δεν υπάρξει κάποια ανακάλυψη μέσα στην επόμενη διετία, τότε η θεωρία θα περιέλθει σε ακόμη δεινότερη θέση. Ο αριθμός των υποστηρικτών της είναι σίγουρο πως θα μειωθεί».