«Καθαρή» ενέργεια μέσω πυρηνικής σύντηξης. Fusion energy: NIF experiments show initial gain in fusion fuel

Στο τελευταίο πείραμα οι ερευνητές κατάφεραν να παραγάγουν περισσότερη ενέργεια από εκείνη που χρησιμοποίησαν. A metallic case called a hohlraum holds the fuel capsule for NIF experiments. Target handling systems precisely position the target and freeze it to cryogenic temperatures (18 kelvins, or -427 degrees Fahrenheit) so that a fusion reaction is more easily achieved. Credit: Eduard Dewald/LLNL

Αποτελεί διαχρονικό όνειρο της επιστήμης, και όχι μόνο… Η παραγωγή απεριόριστης καθαρής ενέργειας θα φέρει επανάσταση στον ανθρώπινο πολιτισμό και πολλοί επιστήμονες έχουν αφιερώσει τη ζωή τους σε αυτή την προσπάθεια. Επίκεντρο της έρευνας σε αυτόν τον τομέα είναι η εγκατάσταση NIF στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore στις ΗΠΑ. Εκεί πραγματοποιούνται σχετικά πειράματα με τη χρήση πανίσχυρων λέιζερ. Στο τελευταίο πείραμα για πρώτη φορά οι ερευνητές κατάφεραν να περάσουν το λεγόμενο «κρίσιμο ορόσημο», δηλαδή να παραγάγουν περισσότερη ενέργεια από όση χρησιμοποίησαν για να πυροδοτήσουν την πυρηνική αντίδραση.

Η σύντηξη

This artist's rendering shows a NIF target pellet (the white ball) inside a hohlraum capsule with laser beams entering through openings on either end. The beams compress and heat the target to the necessary conditions for nuclear fusion to occur.

Η σύντηξη είναι η μέθοδος με την οποία ο Ήλιος παράγει την ενέργειά του και η επίτευξή της με τεχνικά μέσα αποτελεί το όνειρο των επιστημόνων εδώ και δεκαετίες αφού θα επιτρέψει την παραγωγή απεριόριστης και «καθαρής» ενέργειας. Έτσι η ανθρωπότητα θα μπορεί (θεωρητικά) να υπερκαλύπτει τις ολοένα αυξανόμενες ενεργειακές της ανάγκες με εξαιρετικά χαμηλό κόστος και χωρίς να επιβαρύνεται το περιβάλλον.

Η εγκατάσταση

A NIF technician checks the target positioner, which precisely centers the target inside the target chamber before each experiment, and serves as a reference to align the laser beams.

Το NIF (National Ignition Facility) έχει μέγεθος ενός γηπέδου ποδοσφαίρου και αποτελείται από 192 ξεχωριστές ακτίνες λέιζερ, η κάθε μια από τις οποίες ταξιδεύει με ταχύτητα περίπου 300 μέτρων σε ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου, για να συγκλίνουν όλες ταυτόχρονα στον στόχο, δημιουργώντας θερμοκρασίες και πιέσεις που μόνο στους πυρήνες των άστρων υπάρχουν.

Τα πειράματα

Cryogenic target positioner with target. Credit: Dr. Eddie Dewald (LLNL and member of high-foot team)

Οι ερευνητές στο NIF πραγματοποιούν πειράματα στα οποία κάθε φορά στοχεύουν μικροσκοπικές κάψουλες που συνήθως περιέχουν υδρογόνο με τις 192 δέσμες λέιζερ. Η ιδέα πίσω από αυτά τα πειράματα είναι ότι η ακαριαία θέρμανση και συμπίεση του «στόχου» θα υποχρεώσει τα άτομα υδρογόνου να ενωθούν και να σχηματίσουν άτομα ηλίου, απελευθερώνοντας ταυτόχρονα μεγάλες ποσότητες ενέργειας. Με απλά λόγια προσπαθούν να πραγματοποιήσουν με τεχνικά μέσα πυρηνική σύντηξη. Μέχρι σήμερα οι ερευνητές του NIF δεν είχαν καταφέρει να απελευθερώσουν σε κάποιο πείραμα περισσότερη ενέργεια από εκείνη που είχαν χρησιμοποιήσει.

Η πρώτη επιτυχία

Οι επιτελείς του NIF ανακοίνωσαν ότι πραγματοποίησαν ένα νέο πείραμα στο οποίο τα λέιζερ στόχευσαν μια κάψουλα που περιείχε δύο ισότοπα υδρογόνου (δευτέριο και τρίτιο) που είχαν εξαχθεί από νερό. Τα ισότοπα για χρονικό διάστημα μικρότερο του ενός δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου πιέστηκαν… αφόρητα ενώ ταυτόχρονα η θερμοκρασία που βίωσαν ήταν τρομερή. Σύμφωνα με τους ερευνητές οι συνθήκες αυτές είχαν ως αποτέλεσμα να παραχθεί περισσότερη ενέργεια από εκείνη που είχε χρησιμοποιηθεί.

«Είναι ένα σημαντικό βήμα στην έρευνα της σύντηξης. Είναι όμως ακόμη πολύ μακρύς ο δρόμος για την επίτευξη του τελικού στόχου» δήλωσε ο Ομάρ Χαρικέιν στέλεχος του Lawrence Livermore. Τελικός στόχος είναι η δυνατότητα «αυτοσυντήρησης» της σύντηξης που θα επιτρέψει την βιομηχανική της εκμετάλλευση για παραγωγή ανεξάντλητης καθαρής ενέργειας. Τα αποτελέσματα του πειράματος δημοσιεύονται στην επιθεώρηση «Nature».

Η δεύτερη ελπίδα

Μια ακόμη σημαντική προσπάθεια για την επίτευξη πυρηνικής σύντηξης και την παραγωγή ανεξάντλητης, καθαρής ενέργειας είναι αυτή που υλοποιείται στον Διεθνή Πειραματικό Θερμοπυρηνικό Αντιδραστήρα (ITER), ο οποίος κατασκευάζεται στο Κανταράς της Γαλλίας. Στον κεντρικό αντιδραστήρα του ITER, μαγνητικά πεδία θα συγκρατούν μετέωρη και παγιδευμένη μια ποσότητα υδρογόνου σε ακραίες καταστάσεις θερμοκρασίας και πίεσης, αρκετής για να διατηρήσει τις αντιδράσεις σύντηξης. Τα μαγνητικά πεδία είναι σήμερα η μόνη τεχνολογία που μπορεί να κρατήσει το υπέρθερμο αέριο μακριά από τα τοιχώματα του αντιδραστήρα.

Ερμηνεία στην οφθαλμαπάτη του Γαλιλαίου. Galileo's Optical Illusion Explained by Neuroscience

Μια οφθαλμαπάτη κάνει την Αφροδίτη (κάτω) να φαίνεται μεγαλύτερη από τον πλανήτη Δία (πάνω) στον νυχτερινό ουρανό. An optical illusion makes Venus (lower dot) appear larger than Jupiter (upper dot) against the night sky. Credit: Cory Poole

Πριν από περίπου τέσσερις αιώνες, ο μεγάλος αστρονόμος Γαλιλαίος παρατήρησε κάτι περίεργο: με γυμνό μάτι, η Αφροδίτη φαίνεται μεγαλύτερη από τον Δία, ενώ το τηλεσκόπιο δείχνει το ακριβώς αντίστροφο.

Η αστρονομική οφθαλμαπάτη δείχνει επιτέλους να εξηγείται: η ανθρώπινη όραση αντιλαμβάνεται ως μεγαλύτερα τα λαμπρά αντικείμενα που βλέπουμε σε σκούρο φόντο, παρά τα σκοτεινά αντικείμενα σε σκούρο φόντο.

Η Αφροδίτη είναι λαμπρότερη από τον Δία στον νυχτερινό ουρανό, οπότε φαίνεται δυσανάλογα μεγάλη, παρόλο που το φαινόμενο μέγεθος του Δία είναι στην πραγματικότητα μεγαλύτερο.

Σύμφωνα μάλιστα με τους ερευνητές της τελευταίας μελέτης, αυτή η ιδιοτροπία της ανθρώπινης όρασης δεν είναι τυχαία, αλλά εξελίχθηκε για να διευκολύνει την επιβίωσή μας σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού. Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται στην αμερικανική επιθεώρηση PNAS.

Γρίφος τεσσάρων αιώνων

Neuroscientists have offered an explanation for an optical illusion that stumped Galileo Galilei, shown in this photograph of a painting attributed to Filippo di Nicola Furini. ("The Illustrated Longitude" by Dava Sobel and William J.H. Andrewes)

Ο ίδιος ο Γαλιλαίος είχε αντιληφθεί ότι το δυσανάλογα μεγάλο μέγεθος της Αφροδίτης είναι μια ψευδαίσθηση, την οποία απέδιδε σε ατέλειες του οφθαλμού, όπως τη «διάθλαση του φωτός στην υγρασία που καλύπτει την κόρη».

Μια πιο ορθή απάντηση δόθηκε τον 19ο αιώνα από τον γερμανό φυσικό Χέρμαν φον Χέλμχολτζ, ο οποίος κατάλαβε ότι η ψευδαίσθηση δεν οφείλεται στο οπτικό σύστημα του ματιού αλλά στην αντίληψη της όρασης.

Η νέα μελέτη εν πολλοίς δικαιώνει τον Φον Χέλμχολτζ. Οι ερευνητές του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης διαπιστώνουν ότι το οπτικό σύστημα του εγκεφάλου (και πιθανώς και τα ίδια τα μάτια) αντιδρά πιο έντονα στα λαμπερά αντικείμενα με σκούρο φόντο και τα αντιλαμβάνεται ως μεγαλύτερα.

Οι νευρώνες On-Off

To άσπρο τετράγωνο σε μαύρο φόντο φαίνεται μεγαλύτερο από το ισομεγέθες μαύρο τετράγωνο. Το ίδιο συμβαίνει με την Αφροδίτη σε σχέση με τον Δια στον νυχτερινό ουρανό. In this illusion, the white square on a black background appears larger than the same-size black square on a white background.

Ο δρ Χοσέ-Μανουέλ Αλόνσο και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν ηλεκτρόδια για να καταγράψουν τη δραστηριότητα νευρώνων του οπτικού φλοιού σε γάτες, πιθήκους και ανθρώπους. Εξέτασαν συγκεκριμένα τη δραστηριότητα δύο διαφορετικών ομάδων νευρώνων: τους νευρώνες ON που ειδικεύονται στην αντίληψη των φωτεινών αντικειμένων, και τους νευρώνες OFF που ειδικεύονται στα σκούρα αντικείμενα.

Η ανάλυση έδειξε ότι οι νευρώνες OFF των σκοτεινών αντικειμένων αντιδρούν με γραμμικό τρόπο: όσο μεγαλύτερο το κοντράστ της εικόνας, τόσο μεγαλύτερη η αντίδρασή τους. Αντίθετα, οι νευρώνες ON αντιδρούν δυσανάλογα στα φωτεινά σχήματα σε σκούρο φόντο, έτσι ώστε η αντίδρασή τους να είναι εντονότερη από ό, τι των νευρώνων OFF όταν το κοντράστ μένει σταθερό.

Και η δυσανάλογη αντίδραση του καναλιού ON αυξάνει το φαινόμενο μέγεθος της λαμπερής Αφροδίτης σε σχέση με τον πιο σκοτεινό Δία.

Χρήσιμη οπτική απόκριση στην επιβίωση

Venus (left) and Jupiter (right) seen above a crescent Moon. A visual illusion that makes Venus look bigger than Jupiter has finally been explained.

Σύμφωνα μάλιστα με τον δρα Αλόνσο, η δυσανάλογη αυτή απόκριση του οπτικού συστήματος είναι χρήσιμη για την επιβίωση, αφού «μας επιτρέπει να βλέπουμε πολύ αμυδρές πηγές φωτός όταν βρισκόμαστε σε σκοτεινές περιοχές».

Παραμένει ωστόσο ασαφές αν αυτή η ιδιοτροπία της όρασης οφείλεται στον εγκέφαλο, ή αν πηγάζει από ιδιοτροπίες στις επιμέρους ομάδες κυττάρων του αμφιβληστροειδούς.

Σε κάθε περίπτωση, η νευροεπιστήμη είναι η μόνη που μπορεί να δώσει απαντήσεις για τις πολυάριθμες οφθαλμαπάτες που έχουν ανακαλυφθεί ως σήμερα.

Η πειραματική προσέγγιση της τελευταίας μελέτης ίσως θα μπορούσε να δώσει απάντηση και σε μια άλλη αστρονομική οφθαλμαπάτη που μένει ανεξήγητη: γιατί η Σελήνη φαίνεται μεγαλύτερη όταν βρίσκεται κοντά στον ορίζοντα από ό, τι φαίνεται όταν βρίσκεται ψηλά στον ουρανό.

Το Βόρειο Σέλας του Κρόνου... χορεύει. Saturn's Aurora Dancing

Ultraviolet and infrared images from NASA's Cassini spacecraft and Hubble Space Telescope show active and quiet auroras at Saturn's north and south poles. Image credit: NASA/JPL-Caltech/University of Colorado/Central Arizona College and NASA/ESA/University of Leicester and NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Lancaster University

Ένα ακόμη εντυπωσιακό βίντεο έδωσε στη δημοσιότητα η NASA. Το βίντεο τιτλοφορείται «Ο Χορός του Σέλαος του Κρόνου» και παρουσιάζει το σέλας στον βόρειο πόλο του πλανήτη.

While the curtain-like auroras we see at Earth are green at the bottom and red at the top, NASA's Cassini spacecraft has shown us similar curtain-like auroras at Saturn that are red at the bottom and purple at the top. Image credit: NASA/JPL-Caltech/SSI

Ultraviolet and infrared images from NASA's Cassini spacecraft and Hubble Space Telescope show active and quiet auroras at Saturn's north and south poles. Saturn's auroras glow when energetic electrons dive into the planet's atmosphere and collide with hydrogen molecules. Sometimes a blast of fast solar wind, composed of mostly electrons and protons, creates an active aurora at Saturn, as occurred on April 5 and May 20, 2013. The first set of images, as seen in the ultraviolet part of the spectrum by Hubble, shows an active aurora dancing around Saturn's north pole on April 5. The movie then shows a relatively quiet time between April 19 to 22 and between May 18 and 19. The aurora flares up again in Hubble images from May 20. This version, shown in false-color, has been processed to show the auroras more clearly. A second set of ultraviolet images shows a closer view of an active north polar aurora in white. This set comes from Cassini ultraviolet imaging spectrograph observations on May 20 and 21. The last set of images, in the infrared, shows a quiet southern aurora (in green) in observations from Cassini's visual and infrared mapping spectrometer on May 17. Saturn's inner heat glows in red, with dark areas showing where high clouds block the heat. Image credit: NASA/JPL-Caltech/University of Colorado/Central Arizona College and NASA/ESA/University of Leicester and NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Lancaster University

Το βίντεο έχει δημιουργηθεί από εικόνες του φαινομένου που έχουν καταγράψει το Cassini (το σκάφος που εξερευνά το σύστημα του Κρόνου την τελευταία δεκαετία) και το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble.

The dark region seen on the face of the sun at the end of March 2013 is a coronal hole (just above and to the right of the middle of the picture), which is a source of fast solar wind leaving the sun, and caused the aurora on Saturn. Image credit: NASA/SDO/AIA

Σύμφωνα με τα στελέχη της NASA το βίντεο αυτό θα βοηθήσει τους ειδικούς να μελετήσουν καλύτερα το φαινόμενο στον Κρόνο αλλά και να κατανοήσουν καλύτερα την εξέλιξη των μετεωρολογικών φαινομένων σε γίγαντες αερίων.

Έχει ο Άρης νερό σε υγρή μορφή; Flowing water on Mars appears likely but hard to prove

Στην εικόνα που έδωσε στη δημοσιότητα η NASA με τα βέλη σημειώνονται οι σχηματισμοί που πιθανώς να δημιουργήθηκαν από νερό που συνεχίζει να ρέει στην επιφάνεια του Άρη. Dark flow-like features called Recurring Slope Lineae emanating from bedrock exposures at Palikir crater on Mars during southern summer. These flows are observed to form and grow during warm seasons when surface temperature is hot enough for salty ice to melt, and fade or completely disappear in cold season. Arrows point to bright, smooth fans left behind by flows. Credit: NASA/JPL

Σύμφωνα με παρατηρήσεις ενός δορυφόρου της NASA στον Άρη, ίσως στο γειτονικό μας πλανήτη να υπάρχει περιοδικά νερό σε υγρή μορφή. H έρευνα για ένα τέτοιο ενδεχόμενο έχει ξεκινήσει ήδη από το 2011, όταν στην επιφάνεια του Άρη εντοπίστηκαν ορισμένες τοποθεσίες στις οποίες το έδαφος κυματίζει, παρουσιάζοντας επαναλαμβανόμενα κλιμακωτά μοτίβα (Recurring Slope Linae – RSL).

Αν και η ύπαρξη ροής νερού θα εξηγούσε τη δημιουργία αυτού του φαινομένου, στο φάσμα από την ακτινοβολία των περιοχών αυτών δε φαίνονται ίχνη νερού, κάτι που σημαίνει πως εάν υπήρχε νερό έστω και στο πρόσφατο παρελθόν, έχει πλέον απορροφηθεί.

Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Image credit: NASA/JPL-Caltech

Μία ομάδα από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Τζόρτζια στις ΗΠΑ ωστόσο, μελέτησε προσεκτικά 13 περιοχές RSL, τις οποίες είχε σαρώσει ο φασματογράφους του Mars Reconnaissance Orbiter το οποίο βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τον Άρη. Οι ερευνητές παρατήρησαν ίχνη σιδηρούχων ορυκτών σε μεγαλύτερες περιεκτικότητες σε σχέση με γειτονικές περιοχές που δεν παρουσιάζουν τη χαρακτηριστική κλιμακωτή δομή. Το μέγεθος των κόκκων των υλικών αυτών επίσης υποδεικνύει την αλληλεπίδρασή τους με το νερό, με τους επιστήμονες να αναφέρουν πως δε μπορούν να εξηγήσουν τις παρατηρήσεις τους με άλλο τρόπο.

Ένα ακόμη στοιχείο που ευνοεί την υπόθεση πως οι περιοχές αυτές δημιουργήθηκαν από ροή νερού, είναι πως τα χαρακτηριστικά τους γίνονται πιο έντονα τη ζεστή περίοδο, και ειδικότερα σε τμήματα του πλανήτη που βλέπει ο Ήλιος, ενώ ξεθωριάζουν κατά τη διάρκεια του χειμώνα.

Dark elongated streaks called Recurring Slope Lineae observed in HiRISE images of Mars. The RSL form on sun facing slopes during warm season and fade during cold season. Credit: NASA/JPL

Έτσι ο «κύκλος του νερού» στον Άρη, εάν υπάρχει, είναι ένα περίπλοκο φαινόμενο, με τους ερευνητές να θέλουν να προβλέψουν που μπορεί να εκδηλωθεί στο προσεχές μέλλον, καθώς θα είχε μεγάλο ενδιαφέρον για μία μελλοντική αποστολή. Τα όργανα πάντως του MRO ίσως δεν έχουν τη δυνατότητα να εντοπίσουν απευθείας το νερό, ή ίσως να μην έχουν εστιάσει την κατάλληλη στιγμή.

Η NASA πάντως εξέδωσε ανακοίνωση πάνω στο θέμα, αναφέροντας πως οι παρατηρήσεις αυτές έγιναν κατά τη διάρκεια του αρειανού απογεύματος, και ίσως εκεί να οφείλεται πως δεν κατάφεραν να αποδώσουν την «πρωινή υγρασία».

Ταυτόχρονα με τη συζήτηση που έχει ξεκινήσει για της παρατηρήσεις από το MRO, και η Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος (ESA) έδωσε στη δημοσιότητα παλαιότερες φωτογραφίες από τον ευρωπαϊκό δορυφόρο Mars Express, στις οποίες απεικονίζεται μία ροή ρευστών δίπλα σε μεγάλους κρατήρες, που κατά πάσα πιθανότητα προέκυψαν από το λιώσιμο των υλικών του εδάφους από τη θερμότητα της πρόσκρουσης κάποιου κομήτη, αλλά και από την ανάμειξη των υλικών αυτών με τα υπόγεια κοιτάσματα νερού του Άρη.

Νανοκινητήρες μέσα σε ζωντανά κύτταρα. Nanomotors are controlled, for the first time, inside living cells

Επιστήμονες στης ΗΠΑ κατάφεραν να εισάγουν για πρώτη φορά μικροσκοπικούς συνθετικούς νανοκινητήρες μέσα σε ζωντανά ανθρώπινα κύτταρα, τους οποίους μάλιστα κατάφεραν να τηλεκατευθύνουν μέσω υπερηχητικών κυμάτων και μαγνητικών δυνάμεων. Optical microscope image of a HeLa cell containing several gold-ruthenium nanomotors. Arrows indicate the trajectories of the nanomotors, and the solid white line shows propulsion. Near the center of the image, a spindle of several nanomotors is spinning. Inset: Electron micrograph of a gold-ruthenium nanomotor. The scattering of sound waves from the two ends results in propulsion. Image: Mallouk Lab/ Penn State

Οι νανοκινητήρες, έχουν σχήμα πυραύλου και στην ουσία είναι μεταλλικά σωματίδια, που μπορούν να κινούνται μέσα στα κύτταρα και να «προσκρούουν» εκ των έσω πάνω στην κυτταρική μεμβράνη. Η δυνατότητα αυτή μπορεί να ανοίξει νέους δρόμους στην ιατρική στο μέλλον, βοηθώντας στη θεραπεία διαφόρων νόσων, όπως ο καρκίνος, μέσω επιλεκτικής καταστροφής των καρκινικών κυττάρων.

A demonstration of very active gold nanorods internalized inside HeLa cells in an acoustic field. This video was taken under 1000X magnification in the bright field, with most of the incoming light blocked at the aperture.

Οι ερευνητές, χημικοί και μηχανικοί, με επικεφαλής τον Τομ Μαλούκ, καθηγητή Χημείας των Υλικών του πανεπιστημίου της Πενσιλβάνια, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο διεθνούς κύρους περιοδικό χημείας «Angewandte Chemie International», ανέφεραν ότι «καθώς οι νανοκινητήρες κινούνται ολόγυρα και πέφτουν πάνω στις διάφορες δομές του κυττάρου, τα ζωντανά κύτταρα εμφανίζουν εσωτερικές μηχανικές αντιδράσεις που κανείς ποτέ δεν έχει δει στο παρελθόν».

Dark particles in a HeLa cell interact with spinning gold nanorods. This video was taken under 1000X magnification in bright field, with most of the incoming light blocked at the aperture.

Σύμφωνα με το Μαλούκ, «η νέα έρευνα δείχνει ότι είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν νανοκινητήρες για να μελετηθεί η βιολογία του κυττάρου με νέους τρόπους. Πιθανώς θα μπορούσαμε στο μέλλον να χρησιμοποιήσουμε τέτοιους νανοκινητήρες για να θεραπεύσουμε τον καρκίνο και άλλες ασθένειες, ‘χειραγωγώντας’ μηχανικά τα κύτταρα εκ των έσω. Ακόμα, οι νανοκινητήρες θα μπορούσαν να πραγματοποιούν ενδοκυτταρική χειρουργική και να μεταφέρουν φάρμακα στους ζωντανούς ιστούς με μη επεμβατικό τρόπο».

Τέτοιες νανομηχανές αναπτύχθηκαν πριν από περίπου δέκα χρόνια. Μέχρι σήμερα οι νανοκινητήρες είχαν χρησιμοποιηθεί μόνο σε εργαστηριακές συνθήκες (in vitro) και όχι σε ζωντανά κύτταρα. Για τα νέα πειράματά τους, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ανθρώπινα καρκινικά κύτταρα, τα οποία «κατάπιαν» τους νανοκινητήρες και οι τελευταίοι, στη συνέχεια, άρχισαν να κινούνται πέρα-δώθε και να κάνουν άνω-κάτω το κύτταρο.

Η πρώτη γενιά νανοκινητήρων χρειαζόταν τοξικά χημικά καύσιμα για την κίνησή τους, πράγμα που καθιστούσε απαγορευτική την εισαγωγή και κίνησή τους μέσα σε βιολογικό υλικό, όπως τα κύτταρα. Το πρόβλημα αυτό ξεπεράστηκε πρόσφατα με την χρησιμοποίηση υπερηχητικών κυμάτων ως μέσου προώθησης των νανοκινητήρων, πράγμα που άνοιξε το δρόμο για την αξιοποίησή τους στο εσωτερικό των ζωντανών συστημάτων.

Πέρα από την χρήση υπερηχητικών κυμάτων, με τα οποία οι επιστήμονες μπορούν να ωθήσουν τον νανοκινητήρα να επιταχύνει ή να στρίψει, η τηλεκατεύθυνση γίνεται ακόμα πιο αποτελεσματικά με την πρόσθετη αξιοποίηση μαγνητικών δυνάμεων.

Ακόμη, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι οι νανοκινητήρες είναι σε θέση να κινούνται αυτόνομα, δηλαδή ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο μέσα στο κύτταρο. Αυτή η δυνατότητα μπορεί να βοηθήσει σε μελλοντικές πρακτικές εφαρμογές, όπως στην επιλεκτική καταστροφή συγκεκριμένων κυττάρων.

«Αν θέλουμε αυτοί οι κινητήρες να καταστρέφουν καρκινικά κύτταρα, είναι καλύτερα να μπορούν να κινούνται ανεξάρτητα. Δεν θα θέλαμε μια ολόκληρη μάζα από αυτές τις νανομηχανές να πηγαίνουν προς μια μόνο κατεύθυνση», δήλωσε ο Μαλούκ.

Βίντεο: τα νανο-σωματίδια από χρυσό στο εσωτερικό κυττάρων HeLa υπό την επίδραση ακουστικών κυμάτων. A demonstration of very active gold nanorods internalized inside HeLa cells in an acoustic field. This video was taken under 1000X magnification in the bright field, with most of the incoming light blocked at the aperture. Mallouk Lab, Penn State

Οι ερευνητές ήδη ονειρεύονται ολόκληρα «ταξίδια», όπου στρατιές νανομηχανών θα τριγυρνάνε μέσα στο ανθρώπινο σώμα, επικοινωνώντας μεταξύ τους για να συντονίζουν τη δράση τους, εκτελώντας διάφορες εργασίες διάγνωσης και θεραπείας.

Δόντια «μαχαίρια» είχε ο Διμετρόδοντας. 'Steak-knife' teeth reveal ecology of oldest land predators

Ο Διμετρόδοντας είχε πολύ κοφτερά δόντια τοποθετώντας τον στην κορυφή της διατροφικής αλυσίδας στην εποχή του. This is an artist impression of a Dimetrodon. Credit: Danielle Dufault

Ο Διμετρόδοντας είναι ένα σαρκοφάγο ερπετό που έζησε την Πέρμια περίοδο πριν από περίπου 300 εκ. έτη και θεωρείται προπομπός των θηλαστικών ζώων. Νέα ευρήματα δείχνουν ότι ο Διμετρόδοντας είχε αναπτύξει οδοντοστοιχία με μεγάλα κοφτερά δόντια που του επέτρεπαν να όχι απλά να εξοντώνει αλλά κυριολεκτικά να διαμελίζει τα θηράματά του ακόμη και μεγάλου μεγέθους. Η ανακάλυψη είναι πολύ σημαντική αφού οι ειδικοί πιστεύουν ότι πρόκειται για το πρώτο σπονδυλωτό ζώο της στεριάς που ανέπτυξε κοφτερά δόντια.

Πανάρχαιος κυνηγός

Τα δόντια του Διμετρόδοντα έμοιαζαν με αυτά των κροδοδείλων υποστηρίζει η νέα μελέτη. This is a Dimetrodon skull with histological thin section tooth detail by Danielle Dufault. Credit: Danielle Dufault

Ο Διμετρόδοντας συγγενεύει περισσότερο με τα θηλαστικά παρά με τις σαύρες. Η εμφάνισή του στη Γη εντοπίζεται πριν από 300 εκ. έτη και η εξαφάνισή του πριν από 270 εκ. έτη. Έζησε δηλαδή τουλάχιστον 50 εκατομμύρια έτη πριν από την εμφάνιση των πρώτων δεινοσαύρων. Απολιθώματά του έχουν εντοπισθεί στην Αμερική και την Ευρώπη. Έφτανε σε μήκος τα 4 μέτρα και θεωρείται ότι ήταν στην εποχή του το κορυφαίο αρπακτικό. Το όνομά του προέρχεται από τα δύο διαφορετικών ειδών δόντια του, κάτι που συμβαίνει στα θηλαστικά και όχι στις σαύρες.

Kirstin Brink and Robert Reisz are shown with a Dimetrodon skull. Credit: University of Toronto Mississauga

Είχε τέσσερα πόδια, τα οποία εξείχαν στο πλάι του σώματος, μεγάλη ουρά και οι παλαιοντολόγοι εικάζουν ότι κινούνταν όπως οι σαύρες. Το πιο διακριτικό χαρακτηριστικό του Διμετρόδοντα ήταν το εντυπωσιακό πτερύγιο στην πλάτη. Το πτερύγιο ήταν πλούσιο σε αιμοφόρα αγγεία και πιθανώς χρησίμευε για την ταχύτερη ρύθμιση της θερμοκρασίας του σώματός του. Επικεφαλής της νέας μελέτης είναι επιστήμονες του Πανεπιστημίου Mississauga στο Τορόντο του Καναδά και τα ευρήματα δημοσιεύονται στην επιθεώρηση «Nature Communications».

Αρχέγονο «σπίτι» άστρων. Farthest Galaxy Spotted Tells Tails Of Universe's Childhood

This image shows the galaxy Abell2744 Y1, one of the most distant galaxy candidates known. Image credit: NASA / ESA / STScI / IAC.

Λίγα 24ωρα μετά την ανακάλυψη του αρχαιότερου άστρου στο Σύμπαν, ερευνητές του Ινστιτούτου Αστροφυσικής των Καναρίων Νήσων ανακοίνωσαν ότι εντόπισαν έναν πανάρχαιο γαλαξία. Σύμφωνα με τους ερευνητές ο γαλαξίας αυτός δημιουργήθηκε περίπου 650 εκ. έτη μετά τη γέννηση του Σύμπαντος και είναι ένας από τους πρώτους που εμφανίστηκαν σε αυτό. Η ανακάλυψη προσφέρει νέα δεδομένα για την εξέλιξη του Σύμπαντος.

Ο φακός

Μια νέα εικόνα του γαλαξιακού σμήνους Abell 2744 το οποίο χρησιμοποίησαν οι ερευνητές για να ανακαλύψουν τον πανάρχαιο γαλαξία. Full view of the galaxy cluster Abell 2744. Image credit: NASA / ESA / STScI.

Οι ερευνητές εντόπισαν τον γαλαξία χρησιμοποιώντας τη μέθοδο του βαρυτικού φακού (ή μικροφακού) που αναπτύχθηκε πρόσφατα και έχει συμβάλει πολύ στην διαστημική εξερεύνηση τα τελευταία χρόνια. Η τεχνική βασίζεται σε ένα φαινόμενο που προβλέπεται από τη Γενική θεωρία της Σχετικότητας, και βρίσκει εφαρμογή όταν ένα άστρο περνάει μπροστά από ένα άλλο, πιο μακρινό άστρο. Κατά το πέρασμα αυτό το βαρυτικό πεδίο του πιο κοντινού άστρου – το οποίο σύμφωνα με τη Γενική Σχετικότητα κάμπτει τον περιβάλλοντα χωροχρόνο – διαθλά το φως του πιο μακρινού άστρου λειτουργώντας σαν μεγεθυντικός φακός μέσα από τον οποίο το άστρο και οι πλανήτες που κινούνται γύρω από αυτό γίνονται ορατά από τη Γη. Το αποτέλεσμα είναι να αυξάνει το μέγεθος και η φωτεινότητα ενός κοσμικού σώματος ως και 20 φορές.

Η τεχνική του βαρυτικού φακού διαφέρει σημαντικά από τις δυο κύριες μεθόδους που χρησιμοποιούν οι επιστήμονες για την αναζήτηση εξωπλανητών – τη μέθοδο της διάβασης, η οποία βασίζεται στη σκίαση ενός άστρου καθώς ένας πλανήτης διαβαίνει από μπροστά του, και τη μέθοδο της ακτινικής ταχύτητας, η οποία βασίζεται στην αλλαγή της ακτινικής ταχύτητας ενός άστρου (της κίνησής του δηλαδή σε σχέση με τον Ήλιο) εξ αιτίας της βαρυτικής επιρροής που προκαλεί σε αυτό ένας πλανήτης που περιφέρεται γύρω του.

Πρώτης γενιάς

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ως… μεγεθυντικό φακό ένα μακρινό γαλαξιακό σμήνος, το Abell 2744. Το σμήνος αυτό βρίσκεται σε απόσταση περίπου 3,5 δισ. έτη φωτός από εμάς και είναι ευρύτερα γνωστό  ως «Σμήνος της Πανδώρας». Πρόκειται στην πραγματικότητα για τέσσερα γειτονικά σμήνη γαλαξιών με συνολική έκταση άνω των δύο εκατομμυρίων ετών φωτός. Πρόσφατα το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble παρατήρησε και έκανε σημαντικές ανακαλύψεις στο Abell 2744. Η μελέτη των δεδομένων του Hubble οδήγησε στην ανακάλυψη χιλιάδων άγνωστων μέχρι σήμερα απομακρυσμένων και πανάρχαιων γαλαξιών.

Η νέα έρευνα των ερευνητών στα Κανάρια Νησιά οδήγησε στον εντοπισμό ενός ακόμη άγνωστου μέχρι σήμερα αρχαίου γαλαξία. Ο γαλαξίας έλαβε την ονομασία Abell 2744_Y και όπως εκτιμούν οι ερευνητές σχηματίστηκε 650 εκ. έτη μετά τη γέννηση του Σύμπαντος που η κρατούσα θεωρία αναφέρει ότι συνέβη πριν από περίπου 13.7-13.8 δισ. έτη. Προηγούμενες παρατηρήσεις στο σμήνος Abell 2744 έχουν υποδείξει την ύπαρξη γαλαξιών ακόμη νεότερων από τον Abell 2744_Y, γαλαξιών που σχηματίστηκαν περίπου 500 εκ. έτη μετά τη γέννηση του Σύμπαντος. Όμως δεν έχει ακόμη επιβεβαιωθεί η ύπαρξη αυτών των γαλαξιών.

Ο γαλαξίας

"This image of the galaxy cluster Abell 2744 was obtained with NASA's Hubble Space Telescope. The zoomed image shows the region around the galaxy Abell2744_Y1, one of the most distant galaxy candidates known, harkening back to a time when the universe was 650 million years old. NASA's Spitzer Space Telescope helped to narrow in on the galaxy's great distance." (Photo : JPL/Azooptics )

Ο Abell 2744_Y είναι περίπου 30 φορές μικρότερος από τον δικό μας γαλαξία αλλά σύμφωνα με τους ερευνητές παράγει άστρα με πολύ μεγαλύτερο ρυθμό από τον Μίλκι Ουέι. Η ανακάλυψη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Astronomy and Astrophysics Letters». Τόσο η συγκεκριμένη ερευνητική ομάδα αλλά και άλλες συνεχίζουν τις παρατηρήσεις στα βάθη του Σύμπαντος με στόχο να ανακαλύψουν ακόμη νεότερους γαλαξίες φωτίζοντας το κοσμικό περιβάλλον που υπήρχε στις απαρχές του Κόσμου.