Un equipo de físicos teóricos de la universidad suiza de Basilea ha conseguido, por primera vez, calcular las caracteríasticas que debe tener la señal que delate a las ondas gravitacionales primigenias, las emitidas apenas una fracción de segundo después del Big Bang. La fuente de esa señal sería un fenómeno cosmológico perdido en la noche de los tiempos, el "oscilón". El trabajo se acaba de publicar en Physical Review Letters. Gracias a este estudio, los cientííficos que manejan los detectores de ondas gravitacionales sabrán, por fin, cómo es exactamente la señal que deberán buscar para localizar estas antiquísimas ondas, y podrán así extraer de ellas información directa del instante en que se originó el Universo.
A pesar de que Albert Einstein predijo las ondas gravitacionales hace ya un siglo, su existencia no pudo probarse experimentalmente hasta finales de 2015, cuando los detectores LIGO, en Estados Unidos, lograron captar las ondas producidas durante la fusión de dos lejanos agujeros negros.
Las ondas gravitacionales son completamente diferentes de cualquier otra clase de onda. De hecho, a medida que viajan por el Universo, tienen el efecto de encoger y estirar el mismísimo espacio-tiempo. En otras palabras, distorsionan a su paso la geometría del espacio mismo, de una forma similar a la que lo hace una onda en el agua. A pesar de que cualquier masa acelerada está emitiendo ondas gravitacionales, sólo somos capaces de medir aquellas que proceden de masas extremadamente grandes, como es el caso de los agujeros negros o las supernovas.
Sin embargo, las ondas gravitacionales no solo proporcionan información sobre los eventos más violentos, sino que pueden ofrecernos valiosísimas pistas sobre cómo se formó el Universo mismo. Precisamente para eso, para lograr aprender más sobre las primerísimas etapas de existencia del Universo, el profesor Stefan Antusch y su equipo del Departamento de Física de la Universidad de Basilea han llevado a cabo una exhaustiva investigación sobre lo que se conoce como el "fondo estocástico" de las ondas gravitacionales.
Dicho fondo consiste en una suerte de mezcla de ondas gravitacionales procedentes de un gran número de fuentes distintas. Esas ondas se superponen unas a otras, produciendo un amplio espectro de frecuencias. Lo que hicieron los investigadores fue calcular los rangos de frecuencia y las intensidades de esas ondas, de modo que puedan ser corroboradas por futuros experimentos con detectores.
Poco después del Big Bang, el Universo entero era aún muy pequeño, muy denso y muy caliente. "Imagine algo del tamaño de un balón de fútbol", explica Antusch. Todo el Universo estaba comprimido en ese espacio tan pequeño, y su interior era extremadamente turbulento. Los cosmólogos creen que, en esa fase tan temprana, todo el Universo estaba dominado por un único tipo de partícula llamada "inflatón", y su campo asociado. El inflatón (cuya existencia aún no ha sido demostrada experimentalmente) habría sido responsable del periodo de inflación sufrido por el Universo naciente, unos pocos instantes durante los cuales multiplicó su tamaño de forma explosiva, pasando del balón de fútbol a ser apenas mil veces más pequeño que el actual.
Los inflatones, según la teoría, sufrieron intensas fluctuaciones con unas características muy especiales. Y formaron grumos o burbujas que oscilaban en regiones muy localizadas del espacio. Dichas regiones se denominan "oscilones", y pueden imaginarse como ondas estacionarias. "Aunque los oscilones ya han dejado de existir -afirma Antusch- las ondas gravitacionales que emitieron son omnipresentes, y podemos usarlas para mirar más hacia el pasado que nunca". En efecto, cualquier estudio cosmológico actual se basa en datos extraídos de radiaciones electromagnéticas, y por eso solo es posible llegar hasta unos 300.000 años después del Big Bang, cuando el Universo se hizo transparente a la radiación. Pero gracias a las ondas gravitacionales del Big Bang tendremos, por primera vez, una forma directa de observar lo que pasó casi en el momento mismo de la creación.
Utilizando simulaciones numéricas, los físicos de Basilea fueron capaces de calcular la forma que debería tener la señal de los oscilones, emitida apenas unas fracciones de segundo después del Big Bang. Sobre los gráficos (en la imagen), la señal aparece como un pronunciado pico surgiendo del amplio espectro de las varias ondas gravitacionales. "Antes de nuestros cálculos -explica Antusch- no habíamos pensado que los oscilones pudieran producir una señal tan fuerte en una frecuencia específica. Ahora, el paso siguiente es que los físicos experimentales demuestren la existencia de esa señal usando sus detectores".
«Ahora, me he convertido en la muerte, destructora de mundos». Las palabras del texto sagrado hindú Bhagavad Gita adquirieron un nuevo significado después de ser pronunciadas por el físico estadounidense Robert Oppenheimer. Las acababa de recordar el director científico del Proyecto Manhattan y uno de los responsables de la primera explosión de una bomba atómica: la prueba Trinity. Aquella detonación, de 20 kilotones, sacudió el desierto de Nuevo México el 16 de julio de 1945 y certificó que la bomba atómica de plutonio funcionaba. Apenas dos meses después, el 9 de agosto, una bomba similar pulverizó la ciudad de Nagasaki y la vida de decenas de miles de japoneses.
La explosión iluminó las montañas durante unos dos segundos con colores morados, verdes y blancos. La nube en forma de hongo alcanzó los 12 kilómetros de altura y la onda de choque pudo sentirse a 160 kilómetros de distancia. En la zona de la explosión se formó un cráter de 3 metros de profundidad y 330 de ancho. Allí, la arena del desierto quedó derretida y se convirtió en un vidrio de color verde claro, al que luego se conoció como trinita.
El cráter fue rellenado, y hoy en día allí solo queda radiación residual y un humilde monolito que recuerda que la zona fue declarada como Monumento Histórico Nacional en 1975. Aún así, científicos del Institución de Oceanografía de la Universidad de California San Diego (Estados Unidos) creen haber encontrado en los minerales de trinita que se encontraron allí, pruebas que explican cómo se formó la Luna, hace 4.500 millones de años. Sus conclusiones fueron publicadas este miércoles en la revista «Science Advances».
El equipo de James Day, el primer autor del estudio, analizó la composición de la trinita detectada en varios sitios próximos a la explosión, en un área comprendida entre los 30 y a 250 metros de distancia al epicentro. Con ellos, trataron de reconstruir la formación de materiales radiactivos en el momento de la detonación, y para ello midieron la presencia de ciertos elementos en los cristales.
Gracias a esto, concluyeron que los cristales más próximos al epicentro estaban empobrecidos en elementos volátiles como el zinc, un elemento que se vaporiza a altas temperaturas. Además, entre aquellos átomos de zinc que sí estaban presentes, resultó que los más cercanos al epicentro estaban enriquecidos en isótopos de zinc más pesados (los isótopos son átomos con las mismas propiedades pero distinto número de neutrones).
«Los resultados muestran que la evaporación a altas temperaturas, similar a la que ocurre durante las primeras etapas de la formación de planetas, lleva a la pérdida de elementos volátiles», ha explicado en un comunicado James Day, el primer autor del estudio. «Esto ya era algo que se sospechaba, pero no teníamos pruebas experimentales que lo confirmaran».
Gracias al ensayo nuclear Trinity, los científicos han logrado convertir una mera hipótesis en algo más firme. Durante mucho tiempo se ha sugerido que reacciones de este tipo ocurrieron durante la formación de la Luna, a causa de un gran impacto. Se cree que un planeta de tamaño similar a Marte, y al que se conoce como Theia, se estrelló contra la Tierra, hace unos 4.500 millones de años.
Aquel colosal impacto produjo una destrucción inimaginable, pero también subió la temperatura de las rocas hasta unos niveles por lo menos similares a los provocados por Trinity. Por eso, el equipo de Day ha encontrado similitudes entre la trinita y las rocas lunares: ambas son escasas en elementos volátiles y contienen poca agua. Esta similitud apoya la «teoría del gran impacto» sobre la formación de la Luna.
«Hemos aprovechado un evento que cambió la historia en beneficio de la ciencia, para obtener importantes datos científicos», ha dicho James Day. Gracias a la fina capa de minerales de trinita que creó la explosión, los investigadores creen haber encontrado la prueba de que, efectivamente, si las temperaturas son lo suficientemente altas, elementos como el zinc acaban vaporizados. Esto apoya las hipótesis que explican cómo son las reacciones químicas que hacen que los elementos volátiles se esfumen, bajo presiones y temperaturas extremas, como las que ocurren en la Tierra y en el espacio.
Hace más de 2.000 años, mucho antes de la llegada de los europeos, los indígenas que vivían en el Amazonas construyeron cientos de misteriosas estructuras sobre el terreno. Ocultas durante siglos por los árboles, ha sido una causa trágica, la deforestación, la que ha permitido a los investigadores descubrir 450 de estos grandes geoglifos geométricos en el estado de Acre, en el oeste de la Amazonía brasileña.
La función de estos sitios misteriosos es todavía un enigma. Es poco probable que fueran aldeas, ya que los arqueólogos recuperaron muy pocos artefactos durante la excavación. La disposición tampoco sugiere que fueran construidos por razones defensivas. Los investigadores creen que, posiblemente, se emplearon de manera esporádica, tal vez como lugares de reunión para realizar rituales.
Las estructuras son recintos abandonados que ocupan aproximadamente 13.000 km2. Su descubrimiento contradice las hipótesis de que el ecosistema de la selva nunca fue tocado por el hombre, según los autores del estudio publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
«El hecho de que estos sitios estuvieran escondidos durante siglos bajo la selva tropical realmente desafía la idea de que los bosques amazónicos sean ecosistemas prístinos», subraya Jennifer Watling, investigadora en el Museo de Arqueología y Etnografía de la Universidad de Sao Paulo en Brasil y autora principal del estudio.
«Queríamos saber si la región ya estaba cubierta de bosques cuando se construyeron los geoglifos, y en qué medida las personas modificaron el paisaje para construir estos movimientos de tierra», explica Watling.
Para realizar el estudio, el equipo extrajo muestras de suelo de una serie de pozos excavados dentro y fuera de los geoglifos. A partir de estos suelos, se analizaron los fitolitos, un tipo de planta fósil microscópica hecha de sílice, para reconstruir la vegetación antigua; las cantidades de carbón, para evaluar la antigua quema de bosques; y los isótopos estables de carbono, para indicar cómo era la vegetación en el pasado. De esta forma, los investigadores fueron capaces de reconstruir 6.000 años de historia de la vegetación y el fuego en torno a dos sitios de geoglifos.
Lo que descubrieron es que los humanos han alterado en gran medida los bosques de bambú desde hace milenios y que pequeños claros temporales se hicieron para construir los geoglifos.
En lugar de quemar grandes extensiones de bosque -ya sea para la construcción del geoglifo o las prácticas agrícolas- los indígenas transformaban su entorno, concentrándose en las especies de árboles con valor económico, como palmeras, creando una especie de «supermercado prehistórico» de los productos forestales útiles. Incluso la biodiversidad de algunos de los bosques restantes de Acre podría tener un fuerte legado de estas antiguas prácticas agroforestales.
«A pesar de la enorme cantidad y densidad de sitios de geoglifos en la región, podemos estar seguros de que los bosques del Acre no se despejaron de forma más amplia como ha ocurrido en los últimos años», dice Watling.
Que los bosques amazónicos fueran gestionados por los indígenas mucho antes del contacto europeo «no debe ser la justificación para el uso insostenible y destructivo de la tierra que se practica hoy en día», apunta la investigadora. Al contrario, «pone de relieve el ingenio de los regímenes de subsistencia del pasado que no conducían a la degradación de los bosques, y la importancia de los conocimientos indígenas para la búsqueda de alternativas del uso del suelo más sostenibles».
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El monje-robot fue construido en Toledo, hacia el año 1560, y aún se mueve si le das cuerda. Sus alpargatas ocultan unas ruedas que le permiten desplazarse y girar, mientras levanta el rosario y el crucifijo, o se da golpes en el pecho como acto de contrición. Mueve también la boca, como si quisiera hablar, accionando al mismo tiempo las manos.
El autómata de apenas 30 centímetros está considerado como el más remoto precursor del robot del siglo XX. Su autor fue Gianello Torriano, conocido también como Juanelo Turriano, un audaz inventor, ingeniero y relojero real. Recibió directamente el encargo de Felipe II, que quería agasajar a su hijo Carlos de Austria por su recuperación "milagrosa" con el pequeño y piadoso humúnculo, directamente inspirado en el fraile franciscano Diego de Alcalá.
Mucho ha llovido desde entonces, y aquí tenemos otra aportación autóctona: el humanoide REEM, un robot de servicios "made in Spain" (fabricado por PAL Robotics), recién adquirido por el Museo de la Ciencia de Londres. REEM saldrá ocasionalmente estos días de las vitrinas para ejercer de guía, recepcionista y maestro de ceremonias de la exposición "Robots": un singular viaje de casi 500 años a la obsesión del hombre por crear una máquina a su imagen y semejanza.
"Estamos ante la mayor colección de humanoides jamás desplegada bajo un mismo techo", proclama el director del Museo de la Ciencia, Ian Blatchford. "Nuestra intención ha sido indagar sobre todo en el "por qué", más que adentrarnos en "cómo" se construye un robot. Estas increíbles creaciones mecánicas revelan mucho sobre las esperanzas y los miedos, los sueños y los delirios de la especie humana".
La expresión más escalofriante de ese sueño es sin duda Kodomoroid, el androide más realista del mundo, en su primera aparición fuera de Japón. Kodmoroid parece casi una "geisha" angelical vestida de blanco, mirando fijo a la cámara y parpadeando como el común de los mortales, mientras recita las últimas noticias relacionadas con su "especie": "Científicos británicos están colaborando con la NASA para lograr que su robot espacial, Valkyrie, resulte más humanos"...
Algún día, no muy lejano, los androides de comunicación como Kodomoroid nos darán las noticias en el telediario (tal vez redactadas por el Wordsmith, el Quill, el Quakebot o cualquier otro precursor del "roboperiodismo"). De la Universidad de Osaka nos llega también otro inquietante androide: Telenoid, un "avatar" de comunicaciones capaz de capturar y reproducir la voz y los movimientos del interlocutor al otro lado del teléfono, para lograr el efecto de una comunicación "física".
Uno cierra de pronto los ojos y se imagina lo que podría ser pasar una noche en el Museo y en compañía de estos 100 robots, activados al mismo tiempo, tal vez obedeciendo las órdenes de ROSA, el robot "popular" construido en "open source" que lo vigila todo con un solo ojo y presume de una "estructura" irrenunciablemente humana.
El capítulo de robots inquietantes lo encabeza posiblemente el iCub, diseñado por el Instituto Italiano de Tecnología, algo así como un robot-niño que aprende por sí mismo observando, tocando e interactuando con los humanos. Kaspar, Nao y Zeno R25 son otros dos robots-niños, especialmente "expresivos", que pueden ayudar a los pequeños con dificultades de aprendizaje. Pepper es quizás el más popular y simpático de los robots de compañía que responden a las emociones humanas ("¿me das un abrazo?").
RoboThespian, el robot-actor por excelencia, llega hasta aquí tras haber oficiado impecablemente una boda en China. Lucy e Inkha (con sus ojos saltones y sus labios insinuantes) rompen moldes en el capítulo de robots-recepcionistas. Y Nexi es un robot diseñado precisamente para analizar la conducta humana y explorar qué nos hace sentirnos cómodos o incómodos en compañía de la máquinas.
Con María, el legendario humanoide de "Metrópolis" de Fritz Lang, viajamos al futurismo de celuloide del siglo XX, hasta llegar al original T-800 de Terminator. Como sacados de "El Mago de Hoz", vemos los primeros robots "lata", con mención especial a Eric, el primer humanoide británico, que fue recibido a balazos cuando fue exhibido en Nueva York en el 1929.
De color metálico, pero mucho menos amenazante a los ojos de los humanos, tenemos finalmente el Robot-Cisne de Plata John-Joseph Merlin. El inventor belga que en 1773 concibió este prodigio de la mecánica, capaz de deslizarse por el agua imaginaria y capturar peces de plata. Tiempo después deslumbró a propios y extraños en la Gran Exhibición de París, y al cabo de más de tres siglos aún provoca el asombro colectivo de humanos y humanoides en el Museo de la Ciencia.
The complex nature of customary land administration, coupled with slow, expensive and highly centralised national land registration systems, means the registration of customary land rights is oft neglected. Estimates suggest a mere 0.5% of Ghanaian customary land holdings are registered, making land grabbing in peri-urban areas easier and land management activities, such as land consolidation, highly impeded. Read on for an article showing the results of an experiment in which a smartphone app was used to enable a participatory, faster, cheaper and a more fit-for-purpose approach to rural customary land administration.
(By Kwabena Asiama, Rohan Bennett and Jaap Zevenbergen, University of Twente, ITC)
Ghana’s customary lands account for 80% of the country’s land parcels. They are usually managed by what are known as ‘Traditional Authorities’ (TAs). The majority of these TAs have successfully set up Customary Land Secretariats (CLSs) to manage land on their behalf. However, the rural CLSs have limited capacity to map land parcels. The costs of land surveys are high (not less than EUR500 per parcel for the complete process) and the surveyors themselves prefer to focus on more lucrative urban land mapping. The prevailing situation has resulted in CLSs seeking alternative ways to build up an appropriate land administration system (LAS).
As in other countries such as Kenya and Ethiopia, the use of orthophotos has been shown to be successful in mapping the urban areas of Ghana; visible boundary markers and fence walls mean the mapping process does not necessarily require excessive numbers of highly trained surveyors. In rural areas, however, general boundaries and temporary boundary markers are difficult to discern so there is a need for alternative ground survey methods – ones that are not as costly as conventional surveys based on total stations, chains/theodolites or high-precision GNSS. Promisingly, the registration laws of Ghana do provide for the use of general boundaries for first registration. Fixed boundaries are only necessary for subsequent registration and transactions, which opens up an opportunity for CLSs.
Fit-for-purpose land administration is about building sustainable systems – within appropriate time frames, at minimal cost and at the required accuracy – that record a diversity of land rights. Smartphone usage is widespread in Africa, with a used Samsung Galaxy S2 (3G-enabled device) costing EUR25 in Ghana). As shown in articles in previous editions of GIM International (see ‘Further reading’), this provides an opportunity for land administration: fusing the phone’s GNSS functionality with a mapping app – and available imagery – creates a low-cost surveyor’s toolkit. Esri’s Collector for ArcGIS is freely downloadable (albeit with a subscription), providing a friendly environment for the geotech savvy. In addition, freely available satellite imagery from Esri can be loaded in advance. The app allows for the recording of the land rights information in tandem with the collection of the spatial information, allowing for ease of information management.
In the Northern Region of Ghana, in a place called Nanton, there is a real need to record information about land holdings. The need is driven by ideas to consolidate smaller land holdings into larger ones, and subsequently to improve agricultural output. With this in mind, in collaboration with the local TA, a test of a fit-for-purpose mapping approach using smartphones was set up by researchers from the University of Twente, ITC in a responsible ‘living lab’-style arrangement in July 2016. For the TA, the aim was to obtain information about land holdings, whilst the research team sought to help the process, as well as to replicate and test the claims already made by Dyli, et al. (2016) in Ethiopia and Molendijk et al. (2015) in Columbia. Community involvement was paramount; the TA in the area was informed prior to the exercise and assisted in the site selection. Also with the help of the TA, two trusted intermediaries – staff of the CLS – were selected and trained in the use of the app.
A Worldview-1 satellite image of the area from February 2016 was also acquired from DigitalGlobe Foundation and was printed out to be used for visual support for, and validation of, the data collected using the ground methods. The stream feature of the Collector app was used to enable the data to be collected automatically as the trusted intermediaries walked the perimeter with the farmers. This was done for each parcel within the area of interest. At the end of the ten-day experiment, 200 farm parcel boundaries had been mapped and verified by the team.
The involvement of the community is paramount to the adoption of new technology, to allow for its use without the involvement of the researcher – or a fully licensed surveyor. The approach used in this experiment was a hands-off one; the farmers and the trusted intermediaries undertook the mapping on their own. The CLS staff and the farmers found the app to be very user friendly and the TA showed interest in adopting it to supplement its land administration system (which currently comprises land-rights information but no spatial information).
Given the slow and expensive conventional land survey methods, the TA regards this process as offering an alternative way for its CLS to secure the land rights. This approach is comparatively faster at an estimated EUR9 per parcel and is flexible enough to incorporate the different levels of customary land rights. On the part of the farmers, it also serves as a check of the size of their farms to determine the quality of inputs ideally needed. The information is stored in the cloud and updates can be effected by the farmers themselves, with the approval of the CLS.
Concluding Remarks
This app shows much promise as it will serve as an initial step towards a faster, cheaper and trustworthy approach to registration of the rural customary lands. The use of smartphones, which are widely available in Africa, provides a unique opportunity as a fit-for-purpose process is possible without the need for a CLS to acquire extra equipment. Furthermore, while the approach used by conventional surveyors only registers the coordinates of the corners of land boundaries, this approach is suitable for mapping irregularly shaped farmlands.
Further Reading
Dyli, J., Bennett, R. M., & Martinez, J. A. (2016, August). Apps for Land Administration: Exploring the Needs, Options and Future Developments. GIM International, 33–35. Retrieved from https://www.gim-international.com/magazine/august-2016
Lemmen, C., Bennett, R., McLaren, R., & Enemark, S. (2015, January). A New Era in Land Administration Emerges. GIM International. Retrieved from https://www.gim-international.com/content/article/a-new-era-in-land-administration-emerges
Molendijk, M., Morales, J., & Lemmen, C. (2015). Light Mobile Collection Tools for Land Administration. GIM International. Retrieved from http://www.gim-international.com/content/article/light-mobile-collection-tools-for-land-administration
Acknowledgement
The authors wish to thank DigitalGlobe Foundation for their support.
Biographical Data
Kwabena Asiama is a PhD candidate at the University of Twente, Faculty of Geo-Information Science and Earth Observation (ITC) in Enschede, The Netherlands.
Rohan Bennett is an associate professor at the University of Twente, Faculty of Geo-Information Science and Earth Observation (ITC) in Enschede, The Netherlands.
Jaap Zevenbergen is a professor of land administration and management at the University of Twente, Faculty of Geo-Information Science and Earth Observation (ITC) in Enschede, The Netherlands.
Figure Captions
Figure 1, The mapping process and the costs incurred.
Figure 2, Farmers and a trusted intermediary (holding the smartphone) are happy with the results.
Figure 3, The mobile app interface.
Figure 4, Identification of the farmlands on the satellite image.