Fundamentos de la dinámica, formación y evolución de las galaxias.

Ignacio Ferreras. Fundamentals of Galaxy Dynamics, Formation and Evolution. UCL Press, 2019. ISBN: 9781911307617.

DESCARGAR LIBRO

Las galaxias, junto con sus halos de materia oscura subyacentes, constituyen los bloques de construcción de la estructura en el Universo. De todas las fuerzas fundamentales, la gravedad es la dominante que impulsa la evolución de las estructuras desde las pequeñas semillas de densidad de los primeros tiempos hasta las galaxias que vemos hoy. Las interacciones entre miríadas de estrellas, o partículas de materia oscura, en una estructura gravitatoria producen un sistema con connotaciones fascinantes para la termodinámica, con algunas analogías y algunas diferencias fundamentales.

Ignacio Ferreras presenta una introducción concisa a la astrofísica extragaláctica, con énfasis en la dinámica estelar, y el crecimiento de las fluctuaciones de densidad en un Universo en expansión. Otros capítulos están dedicados a sistemas más pequeños (cúmulos estelares) y más grandes (cúmulos de galaxias). Fundamentals of Galaxy Dynamics, Formation and Evolution está escrito para estudiantes avanzados de grado y para estudiantes principiantes de postgrado, proporcionando una herramienta útil para ponerse al día en una carrera de investigación que comienza. Algunas de las derivaciones de los resultados más importantes se presentan en detalle para que los estudiantes puedan apreciar la belleza de las matemáticas como herramienta para entender el funcionamiento de las galaxias. Cada capítulo incluye un conjunto de problemas para ayudar al estudiante a avanzar con el material.

100 retos y desafíos de física.

100 retos y desafíos de física. Ignacio Íñiguez-de-la-Torre, Luis López, Cristina Prieto, María Jesús Santos Sánchez. Ediciones Universidad de Salamanca, 2019. (Documentos didácticos ; 162).

ACCEDER AL LIBRO

¿Quieres saber el cómo y el porqué de todo aquello que observas en tu vida diaria? Estudiar Física es la respuesta. La Física te enseña a pensar, a entender por qué el cielo es azul y las puestas de sol rojizas, por qué la Tierra es redonda, cómo se genera la electricidad, cómo es posible que una bicicleta en movimiento sea estable, a entender el origen del calentamiento global… En esta publicación se recogen las propuestas que cada semana los autores han elaborado de cara a la preparación de la fase local de la olimpiada de Física: un Reto de Física o un Problema Desafío.

En los Retos se plantean cuestiones relacionadas con la vida cotidiana, con apariencia sencilla y que no requieren demasiado tiempo ni recursos para su solución. Para resolver los Desafíos, sin embargo, se requieren procedimientos más complejos, pero manteniendo siempre un nivel de dificultad asequible para el estudiante. Se plantean además experiencias que pueden realizar los estudiantes de forma autónoma. Este libro recolecta además algunos de los problemas de las fases locales planteados por profesores que formaron parte de las comisiones de las fases locales de la Olimpiada de Física de años anteriores a la de hoy día. Su uso también se dirige a los estudiantes de primeros cursos de Grados de Ciencias.

Manual de Criptografía.

Francisco José Plaza Martín. Manual de Criptografía : Fundamentos matemáticos de la criptografía para un estudiante de grado. Ediciones Universidad de Salamanca, 2021.

ACCEDER AL LIBRO

Detrás de la comunicación cifrada de WhatsApp, del DNI electrónico y de los protocolos de navegación seguros https:// encontramos la criptografía. Este libro, concebido como un manual, pretende ser una introducción a los fundamentos matemáticos sobre los que se apoya la criptografía moderna y está orientado a estudiantes universitarios tanto de matemáticas y física como de informática e ingeniería.

El texto presenta aspectos teóricos de forma accesible y los ilustra y complementa con ejercicios y algoritmos que pueden ser programados fácilmente. Entender la base matemática subyacente a la criptografía proporcionará al lector la capacidad de analizar las fortalezas y debilidades de un criptosistema, así como de comprender el diseño y los ataques de un protocolo criptográfico. Debido al carácter intrínsecamente interdisciplinar de esta materia y con vistas a una capacitación profesional plena, un ulterior estudio debería incorporar aspectos de probabilidad, de algoritmia, de diseño de hardware, etc.

Cómo estudiar el clima de la Tierra desde la Estación Espacial Internacional.

Todos hemos observado alguna vez el cielo con la curiosidad de querer saber qué hay en el resto del universo. A 250 millas sobre nuestro planeta, la Estación Espacial Internacional mira hacia el pasado.

En el exterior de varios de los módulos de la estación están varios instrumentos de observación de la Tierra, incluyendo una extremidad llena de cámaras, cajas y herramientas que cuelgan del borde del Módulo Experimental Japonés (JEM) de la estación. Los CubeSats de observación de la Tierra se despliegan regularmente desde la esclusa de aire de la estación y los astronautas hacen fotos del planeta desde las ventanas del laboratorio en órbita. La estación incluso realiza experimentos de ciencias de la Tierra. Todo este trabajo proporciona información sobre el clima y cómo prepararnos para los cambios venideros.

diagrama animado del modulo experimental

“Si no tiene una buena comprensión de cómo pueden cambiar las cosas, está en una posición muy pobre para poder manejarlo cuando lo hagan”, dice William Stefanov, gerente de la Oficina de Ciencias de la Exploración en el Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston. Las condiciones del tiempo reflejan las condiciones de la atmósfera durante un corto período de tiempo, y el clima es la forma en que la atmósfera se “comporta” durante décadas, cientos de años o incluso períodos de tiempo geológico, dice Stefanov.

Eso significa que los factores que influyen en nuestro clima deben ser rastreados durante largos períodos. Sus más de 20 años en órbita hacen de la estación espacial un lugar muy adecuado para recopilar estos datos a largo plazo. La información combinada crea un conjunto de datos único que nos ayuda a informar las decisiones climáticas y potencialmente desarrollar soluciones a los problemas ambientales.

Ojos en la tierra

La estación espacial ofrece una perspectiva planetaria única con una trayectoria orbital que pasa por más del 90 por ciento de la población de la Tierra. Sus aproximadamente 52 grados de inclinación orbital permiten que los astronautas y las cargas útiles de observación de la Tierra vean salir y ponerse el sol 16 veces al día en todo el mundo. “Esa órbita permite que la estación espacial pase sobre diferentes puntos de la Tierra en diferentes momentos del día o de la noche y recopile datos. Es un conjunto de datos fundamentalmente diferente al que la mayoría de los otros instrumentos de detección remota recopilan en satélites en vuelo libre,” dice Stefanov.

Montadas en el exterior del laboratorio en órbita, las cargas útiles internacionales como ECOSTRESS, GEDI, OCO-3, DESIS, TSIS (también conocido como TSIS-1) e HISUI recopilan individualmente datos relacionados con el clima. En combinación, proporcionan un conjunto único de medidas que podrían impulsar la vanguardia de la investigación ambiental. “El equipo de OCO-3 quiere comprender las plantas y su papel en el ciclo del carbono”, dice Annmarie Eldering, científica del proyecto OCO-3. “Resulta que nuestro vecino de la estación espacial, ECOSTRESS, está analizando cómo responden las plantas al estrés. Y luego está GEDI, que analiza la cantidad de material vegetal que hay en el suelo. Los científicos que están pensando en las plantas y su papel en el ciclo del carbono están muy emocionados. Hemos escuchado muchas discusiones sobre cómo podemos usar todos los datos juntos para comprender mejor las plantas “.

imagen animada del modelo atmosférico

OCO-2, predecesor de OCO-3, los datos integrados en un modelo atmosférico
muestran los niveles de dióxido de carbono atmosférico sobre la Tierra.
Crédito: NASA

El sensor OCO-3 utiliza reflejos de la luz solar a través de la atmósfera para medir variaciones en el dióxido de carbono atmosférico, observando cambios de menos de una parte por millón. “La mayoría de los gases como el ozono, el monóxido de carbono o el vapor de agua duplican o triplican su concentración atmosférica cuando están contaminados, por lo que es bastante fácil de detectar. Pero para el dióxido de carbono, es excepcionalmente difícil ver los cambios”, dice Eldering. Medir esos pequeños cambios podría ser clave para responder preguntas de muchos años sobre el dióxido de carbono atmosférico. “Afortunadamente para nosotros, las plantas y el océano absorben aproximadamente la mitad de las emisiones de dióxido de carbono generadas por el hombre cada año. Pero todavía existen misterios en torno a cómo lo hacen, por qué la cantidad es diferente cada año y cómo se producirá la absorción en el futuro”, puntualiza. “Nuestros datos están destinados a ayudar a responder ese tipo de preguntas”.

El almacenamiento y la eliminación de carbono también se ha investigado tanto dentro como fuera de la estación. El fotobiorreactor examinó si las microalgas podrían ayudar a cerrar el ciclo de carbono en los sistemas de soporte vital, y el Experimento de Kuwait: E. coli C5 estudió el efecto de la microgravedad en las bacterias E. coli que fueron modificadas para consumir dióxido de carbono como fuente de alimento. Las imágenes tomadas por la antigua carga útil HICO de la estación espacial incluso ayudaron a desarrollar un algoritmo para detectar floraciones de algas nocivas. Las algas juegan un papel importante en el ciclo global del carbono y las floraciones son responsables de gran parte de la absorción de carbono del océano.

CLARREO Pathfinder, cuyo lanzamiento está previsto para los próximos años, planea estudiar el clima de la Tierra tomando medidas de la luz solar reflejada por la Tierra y la Luna con una incertidumbre de cinco a diez veces menor que las medidas de los sensores existentes.

imagen de la Tierra tomada desde la estación espacial

El elemento humano

Pero, no se trata solo de sensores que monitorean nuestro planeta desde las alturas, la gente también lo hace. Las ventanas de la estación espacial brindan una oportunidad para la fotografía de astronautas y la recopilación manual de datos climáticos. Los astronautas han tomado más de 4 millones de imágenes de la Tierra desde el espacio (más de 3,5 millones desde la estación espacial), lo que contribuye a uno de los registros más antiguos de cómo ha cambiado la Tierra a lo largo del tiempo. Las Observaciones de la Tierra por la triplicación actualmente respalda una serie de estudios de iluminación nocturna urbana, monitoreo de glaciares y volcanes, y estudios de procesos atmosféricos afectados por poderosas erupciones volcánicas. Las imágenes también se utilizan en investigaciones ecológicas, incluyendo un proyecto colaborativo llamado AMASS, que rastreó las rutas de migración de las aves y los efectos de los cambios que ocurren a lo largo de esas rutas.

Estas imágenes también apoyan los esfuerzos de socorro en casos de desastre para eventos como huracanes e incendios forestales. Después de recibir la notificación de que ocurrió un desastre natural, los científicos en tierra determinan si la tripulación podrá ver esa área mientras orbita por encima. Si es así, la tripulación captura y envía imágenes a la Tierra. Luego, las imágenes se georreferencian para que las utilicen los equipos de peligro en el suelo. Las imágenes de astronautas han sido útiles para eventos de incendios forestales, por ejemplo, mostrando a los socorristas hacia dónde se dirige la columna de humo.

imagen del astronauta tomando fotos

Los miembros de la tripulación de la Expedición 60 se turnan para capturar imágenes desde la cúpula dentro de la Estación Espacial Internacional del huracán Dorian.
Crédito: NASA

Más allá de la estación

La Estación extiende su impacto en la ciencia climática al desplegar CubeSats en órbita terrestre baja. Estos dispositivos del tamaño de una caja de zapatos, que contienen demostraciones de tecnología o prueban nuevos tipos de ciencia climática, se lanzan a la estación junto con miles de libras de otras investigaciones de investigación y suministros de carga. Los astronautas los descargan y los preparan en la estación y luego los despliegan fuera de la esclusa de aire de la estación.

Se han lanzado más de 250 CubeSats desde la estación, incluyendo muchas cargas útiles centradas en el clima. Por ejemplo:

• El NanoRacks-MinXSS CubeSat diseñado por estudiantes tenía como objetivo una mejor comprensión de la energía de los rayos X solares y cómo afecta a las capas de la atmósfera superior de la Tierra.

• El satélite DIWATA-1 proporciona información de teledetección a Filipinas mediante la observación de desastres meteorológicos como tifones y lluvias intensas localizadas.

• El HARP CubeSat nos ayuda a comprender mejor cómo las nubes y los aerosoles impactan el tiempo, el clima y la calidad del aire.

A medida que cambia el clima de la Tierra, la Estación Espacial Internacional estará observando desde las alturas, lo que ayudará a proporcionar información única necesaria para mantener nuestro planeta seguro.


Fuente: NASA

Fundamentos físicos de la informática.

Raúl Rengel Estévez. Fundamentos físicos de la informática. Salamanca: Ediciones Universidad de Salamanca, 2020. (Documentos didácticos, 167). ISBN: 978-84-1311-386-9

TEXTO COMPLETO

En este libro se abordan los fundamentos que permiten comprender la física subyacente a la operación de los circuitos digitales que constituyen la base de los aparatos electrónicos que utilizamos a diario.

Ordenadores personales, teléfonos inteligentes, cámaras digitales, videoconsolas… La nuestra es una sociedad de la información, en la que cada día empleamos multitud de dispositivos. Todo ello ha sido posible gracias a la increíble evolución de la electrónica, y en particular, a los circuitos electrónicos de estado sólido. La informática tal y como la conocemos hoy en día es posible gracias a la física de semiconductores, a los transistores de silicio y a los microchips, temas que aquí se tratan, junto con un repaso a los fundamentos de la teoría de circuitos y las bases del electromagnetismo.

Aunque el libro está orientado a estudiantes de primer curso de grados universitarios en informática, se ha intentado que los conceptos explicados puedan ser comprendidos, sin excesiva dificultad, por cualquier persona interesada con formación a nivel de secundaria en física y matemáticas.