Por qué necesitamos telescopios espaciales que vean en el ultravioleta para buscar vida en otros planetas

Por Daniel Marín, el 12 enero, 2018. Categoría(s): Astronomía • Exoplanetas ✎ 51

El año que viene se lanzará el telescopio espacial James Webb (JWST) de después de años y miles de millones de dólares de retraso. El JWST revolucionará la astrofísica moderna, pero no es el sustituto del telescopio espacial Hubble (HST), más que nada porque observará en el infrarrojo, mientras que el Hubble ve el cielo principalmente en el visible, aunque también en el infrarrojo cercano y en el ultravioleta. Esta última parte del espectro electromagnético resulta clave para entender muchos fenómenos astronómicos y es inaccesible para los telescopios terrestres.

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Concepto de telescopio espacial LUVOIR (NASA).

Para la próxima década la NASA planea lanzar el telescopio espacial WFIRST, pero se dedicará principalmente al estudio de la materia y la energía oscuras. Una vez que el Hubble deje de funcionar la humanidad ya no tendrá ningún observatorio espacial ultravioleta de alta resolución. Este es el motivo de que gran parte de la comunidad científica esté presionando para que se lance un verdadero sucesor del Hubble como es el LUVOIR. ¿Y por qué es necesario tener grandes telescopios espaciales capaces de observar en el ultravioleta? Pues, entre otras muchas cosas, para averiguar si hay vida en otros planetas.

La clave es el oxígeno. Esta sustancia es el principal biomarcador que podemos encontrar en la atmósfera de un exoplaneta. Existen mecanismos no relacionados con la vida que pueden explicar la presencia de oxígeno en una atmósfera alienígena, aunque está claro que si encontramos la huella espectral de esta molécula en otro planeta sería un bombazo. Pero para detectar el oxígeno en la atmósfera de un planeta extrasolar necesitamos que esté presente en grandes cantidades. Y aquí surge el problema. Porque durante la mayor parte de la historia de nuestro planeta la concentración de oxígeno ha sido mucho más baja que en la actualidad. De hecho, es posible que la concentración de oxígeno en la atmósfera de la Tierra haya sido inferior al 1% del valor actual durante el 90% de la historia de nuestro planeta. Eso significa, por simple cuestión de probabilidades, que la mayoría de planetas habitados similares a la Tierra que existan en estos momentos deben tener concentraciones de oxígeno muy bajas.

Dependencia entre la concentración de ozono y oxígeno ().
Dependencia entre la concentración de ozono y oxígeno (Schwieterman et al.).

Y este es el quid de la cuestión, porque el oxígeno es muy difícil de detectar en el infrarrojo en bajas concentraciones. Por suerte, tenemos el ozono. Esta molécula de tres átomos de oxígeno se forma en la estratosfera por la interacción de la radiación ultravioleta con las moléculas de oxígeno normal. Cuanto mayor cantidad de oxígeno haya en la atmósfera, más ozono tendremos. Y las buenas noticias son que el ozono es más fácilmente detectable en el ultravioleta que en el infrarrojo. Observando en el ultravioleta hubiéramos sido capaces de detectar la presencia de oxígeno durante la mitad de la historia del planeta, mientras que en el infrarrojo solo lo habríamos podido hacer en el último 10% de su historia. Por otro lado, la detección de ozono por si solo no implica la presencia de vida, pero es mucho más sencillo filtrar los ‘falsos positivos’ con observaciones en el ultravioleta. Por contra, los falsos positivos derivados de la detección de oxígeno en el infrarrojo no se pueden descartar sin observaciones en el ultravioleta.

Facilidad de detección del oxígeno y el ozono en distintas épocas de la Tierra y en el ultravioleta, visible e infrarrojo (Schwieterman et al.).
Facilidad de detección del oxígeno y el ozono en distintas épocas de la Tierra y en el ultravioleta, visible e infrarrojo (Schwieterman et al.).
El gráfico anterior más detallado (Schwieterman et al.).
El gráfico anterior más detallado (Schwieterman et al.).

En el fondo resulta paradójico que necesitemos telescopios espaciales para detectar ozono en otros planetas precisamente porque nuestro propio ozono nos impide hacerlo desde la superficie. En cualquier caso, mucho me temo que pasarán varias décadas antes de que seamos capaces de obtener el espectro ultravioleta de la atmósfera de una exotierra.

Referencias:



51 Comentarios

  1. Yo estoy convencido que la humanidad descubrirá vida extraterrestre algún momento durante la primera mitad del siglo
    XXI otro cosa es qué los políticos yankis inorantes y tacaños aprueben un proyecto a tan largo plazo como esté

    1. Por lo menos los politicos de EEUU gastan plata para la exploracion,en vez de quejarte de un pais ajeno pedile a tu gobierno que invierta algo.

    2. Los que usted llama “yankis iGnorantes” lideran de lejos la exploración espacial y la observación del universo y sonlos que mas invierten en eso, si ellos son “tacaño”, entonces ¿el resto del mundo que son?

    3. Y el resto de politicis, que seran ignorantes o no, pero son tacañis maximos ¿a esos no les reprocha nada?. «ironia» O solo a los yankis porque son malomalisimos, a los ruskis no, a los amarillos tampoco, a los calificativo-denigrante-europeos tampoco «/ironia». Antes de criticar a otros en esos terminos, es mejor mirarse al espejo y que le aseguren que puede tirar las piedras.

      1. Perdonen pero en los tiempos que corren No creo qué ni los demócratas tacaños ni los republicanos influenciados por el Tea Party vallan a gastar decenas de miles de millones de dólares en proyectos que son a muy largos plazo

        1. Lo que tú creas es un poco irrelevante.

          La realidad es la que es y en es realidad dice que EEUU es quien más invierte ne el espacio y en «ciencia espacial» con muchísima diferencia.

      2. Este telescopio tampoco detectaria vida en cybertrone, ya que los transformers no respiran. Pero si muchos otros tipos de vida que sabemos 100% seguro que existen, la vida de Carbono/Oxígeno. Nos podemos gastar millones en construir un telescopio de rayos Lopez y terminar como el proyecto SETI. Que no encuentra nada y no se sabe si es porque no hay nadie, los aliens no usan radio o los instrumentos estan mal calibrados. Basicamente disparar a ciegas.

  2. Ola, es que proyectos como estos deberían ser un empeño de la comunidad internacional. Todo avanzaría más rápido y los descubrimientos serían patrimonio de la Humanidad, no de tal o cual potencia. En vez de esto, seguimos comportándonos como una comunidad de vecinos mal avenida en la que cada uno mira por los que cree sus intereses. Con esta fórmula todo irá más lento. Todo menos los gastos militares, la guerra y el mal rollo.

    1. Disiento … la colaboracion internacional lo unico que logra es enlentecer y encarecer los proyectos. Salvo que un pais lidere y mande y los demas acompañen, lo demas es un estorbo.

      1. Totalmente en desacuerdo.
        Los caudillismos y los «los países líderes» han sido fuente de problemas, algunos muy gordos. ..

        Me parece mejor fórmula la colaboración internacional que la confrontación absurda entre seres de la misma especie que comparten un hogar común.

    2. Los mayores avances en la historia de la astronáutica (y de hecho la astronáutica misma) son fruto de la confrontación entre países no de cooperación pacífica entre ellos.
      Los programas multinacionales suelen ser los de menores resultados y más lento avance a diferencia de aquellos emprendidos en solitario por una sola potencia.

      1. Los mayores avances se darían en un clima de colaboración inteligente en vez del derroche que supone el esfuerzo militar que supone un ejercicio inútil, estéril y autodestructivo.

        1. Aunque la Tecnología ha experimentado su máximo avance precisamente gracias y durante los mayores conflictos (y muchos de los derechos sociales, cabe añadir), estoy completamente de acuerdo contigo en que, si nos centrásemos, COMO ESPECIE, en la investigación productiva, avanzaríamos todavía más rápido.

          La competencia es buena a veces… pero la colaboración INTELIGENTE (como tú bien apuntas) es la única buena continuación de ese impulso inicial.

  3. Yo que me había hecho a la idea de que con el infrarrojo iba a ser suficiente… ^_^

    Me parece una idea excelente reaprovechar la tecnología desarrollada en el JWST para montar un telescopio de UV, franja del espectro que suele estar bastante olvidada. Espero, sin embargo, que sean prudentes y que construyan algo «moderado», no vaya a convertirse en un agujero negro presupuestario como el JWST.

  4. «La clave es el oxígeno. Esta sustancia es el principal biomarcador que podemos encontrar en la atmósfera de un exoplaneta.»

    Toma geocentrismo…

    Y fanerozoiquismo…

    1. Si y no; es verdad que antes de la fauna de Ediacara o de la explosión Cámbrica fueron los primeros organismos microscópicos y que respiraban CO2; algas, bacterias, etc.. los mismos que incrementaron masivamente el oxígeno a la atmosfera, y eso cavó su tumba al transformar la atmosfera en una que no podían ‘respirar’. Pero por otro lado, es mejor ir a buscar lo que ya se conoce, es más fácil y más barato buscar vida basada en el oxígeno que buscar vida exótica, sin saber qué buscar realmente. 😉

      1. Ya, pero no encontré un nombre mejor 😛

        Con respecto a lo último. ¿Cómo va a ser más fácil y más barato si tienes que usar instrumentos que aún no existen y ni siquiera están aprobados?

        Poniéndose las orejeras mentales del oxígeno lo único que se consigue reducir el campo de búsqueda innecesariamente y reducir así grandemente la posibilidad de encontrar algo. Como decía Holmes:

        Es un error capital el teorizar antes de poseer datos. Insensiblemente, uno comienza a deformar los hechos para hacerlos encajar en las teorías en lugar de encajar las teorías en los hechos.

        Con respecto a qué buscar: cualquier indicio de que hay algo que no encaja; en particular, cualquier señal de desequilibrio químico.

        1. Preguntarse si pueden existir otras formas formas de vida es razonable, pero ‘buscar’ no se sabe qué me parece una pérdida de tiempo y dinero absurda. Con todo, los astrobiólogos no se cierran a nada y ya exploran todas las posibilidades que ofrece el conocimiento científico actual (que no es ‘geocéntrico’ sino ‘humano’). Pero por algún indicio hay que empezar… La presencia de oxígeno libre en la atmósfera de un planeta rocoso indicaría un desequilibrio químico que merece ser investigado. Lo mismo que con el metano o el hidrógeno, por ejemplo, que también son muy reactivos y su presencia delataría la existencia de un mecanismo -geológico o biológico- de reposición.

          1. Antonio: hice un comentario al hilo del tuyo. Nada más. Ningún interés en tergiversar nada.

          2. La paja en el ojo ajeno, no el tronco en el propio. Fascinante.

            Todavía no entendemos al dedillo cómo funcionan los laboratorios químicos alienígenas más cercanos, Marte y Venus. De los exoplanetas ya nada, todo son hipótesis razonables.

            Así las cosas, buscar «algo que no encaja»… ¿que no encaja con respecto a qué? «Cualquier señal de desequilibrio químico»… ¿en comparación a cuál equilibrio?

            ¿En comparación a la biosfera de la Tierra, el único modelo de referencia bien conocido? Geocentrismo. Orejeras mentales.

            ¿En comparación a lo demás, que viene siendo «no se sabe qué»? Pues ya lo decía Holmes, es un error capital el teorizar antes de poseer datos…

            Entonces, ¿quién está tergiversando qué aquí?

        2. La gente normal, tú igual vas aparte, no puede buscar lo que no conoce. Se diseña un aparato para buscar algo concreto.

          La gente que dice cosas como tú no se ha parado a pensar ni un segundo en lo que dice…

          1. Pelau, justamente te respondes a tí mismo. Si no conoces como funcionan al dedillo otros planetas, lo suyo es empezar por algo que sí tienes más información, como el nuestro. De ahí que tendrás que buscar similitudes.

            Si vas a buscar trabajo, lo primero es hacerlo en algo que más o menos domines. Y si no tienes suerte, pues vas buscando otras cosas.

          2. JF, al parecer no captaste el tonillo irónico de mi comentario. ¿Leíste todo el hilo previo? Mis preguntas eran retóricas, una invitación a reflexionar acerca de qué es buscar… y encontrar.

            Es la clásica aguja en un pajar. Pero esta aguja en particular, la vida, es condenadamente sutil. Podría manifestarse de muchísimas formas, de las cuales sólo conocemos UNA que no es hipotética. En este sentido mis 2 comentarios anteriores son solidarios con el de Gabriel.

            En principio concuerdo con Antonio en que es posible encontrar una aguja en un pajar sin saber cómo es la aguja, basta con saber que la aguja es diferente a la paja.

            PERO para reconocer dicha diferencia hay que saber muy bien cómo es la paja. A cambio de no saber cómo es la aguja, es necesario saber cómo son los entornos alienígenas que podrían estar escondiendo una. Y todavía no lo sabemos, he ahí el dilema.

            Aunque nuestra potencia instrumental de repente fuera incrementada de manera ilimitada, ahora mismo carecemos de experiencia para separar la señal del ruido. Sabemos qué es señal y qué es ruido en un solo caso: la vida similar a la terrícola, e incluso en este caso puede haber multitud de falsos positivos.

            No me refiero a búsquedas estilo SETI, claro está, sino a búsquedas de evidencia química en consonancia con la presente entrada.

            Percatarse de que «algo no encaja» implica tener un mínimo de contexto previo, requiere de al menos otro «algo» ya conocido que oficie como referencia. Sólo así, comparando, es posible reconocer tanto las similitudes como las señales de alerta, esto es, las discrepancias.

            Obviamente, si nos dedicamos a rascarnos el ombligo geocentrista corremos el riesgo de no percibir las señales de alerta, especialmente las que no esperamos encontrar. Descubrimientos fortuitos como el de la penicilina caerían en saco roto, jamás llegarían a ser descubrimientos.

            Ahora bien, buscar indicios no del tipo de vida conocido sino de cualquier posible tipo de vida, mediante métodos indirectos, a distancias de años luz, en exoplanetas de los que ni un pixel de imagen tenemos… eso equivale a buscar «unicornios» sólo por su nombre, sin saber en qué se diferencian de «lo no unicornio», como el círculo vicioso de la Caballina que enlacé arriba.

            La ciencia transcurre por el camino de en medio. Además de buscar donde ya sospechamos que podemos encontrar algo, también estamos (dentro de lo factible) a la expectativa de lo «nuevo y diferente».

            Los mencionados descubrimientos fortuitos SON descubrimientos justamente debido a la confluencia de los dos factores: estábamos alerta, y teníamos el suficiente contexto previo para reconocer que «algo no encajaba».

            Saludos.

    2. Y que buscar sino?. Porque recuerdo solo una investigacion que usaba silicio en ligar de carbono como ladrillo bade para la vida. Se necesita un ocidante y que yo sepa es el unico que se conoce que sirve para la vida.

    3. Sí que se nota un cierto sesgo a nuestro favor… pero también hay que recordar una cosa:

      Los elementos SON LOS MISMOS EN TODO EL UNIVERSO. La Tabla Periódica demuestra que no hay alternativas a los elementos, ni huecos. Lo que sí que habrá serán minerales de toda índole, desconocidos aquí y con propiedades fascinantes. Igual que en otros mundos podrían pensar lo mismo de los minerales terrestres.

      Bajo esa premisa, y puesto que la Naturaleza (sin personificarla, pero el lenguaje tiene sus limitaciones) no derrocha recursos inútilmente (léase energía), lo más probable es que la Vida se base en el carbono en la inmensa mayoría del Universo. Ciertamente habrán vidas exóticas y lugares asombrosos.

      Pero mira, en nuestro propio planeta, la proporción de Silicio es varios órdenes de magnitud superior a la de Carbono. De hecho, prácticamente todo el planeta está compuesto por silicatos… Se han encontrado cientos de especies (generalmente microscópicas) de extremófilos habitando en lugares en los que la Vida era considerada imposible. Seres anaerobios, hirvientes, irradiados, metabolizadores de sulfuro, petróleo, metales… Pero NI UNO DE ELLOS, NI UNO SÓLO EN TODO EL PLANETA, EN TODO EL REGISTRO FÓSIL está basado en silicio, el ÚNICO otro elemento capaz de crear largas cadenas de compuestos. NI UNO SÓLO, ni de forma testimonial, teórica o probable… en un planeta CASI COMPLETAMENTE FORMADO POR SILICIO.

      En cambio, la Naturaleza echó mano del carbono (que tampoco escasea, ciertamente), y TODA la biosfera de este planeta, que ha sido un brutal laboratorio de experimentación biológica durante unos 4Gyr, está basada en ese único elemento. Y eso obliga a una química relacionada con él y con los elementos que más afines son a esa química: Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno (el cuarteto CHON).

      En base a eso y a la racionalización energética y de recursos inherente a la Evolución y la Naturaleza (básicamente, por las propias Leyes Físicas), lo más lógico y esperable es que la Vida use en la inmensa mayoría del Universo lo más útil: la bioquímica del Carbono. Aunque las formas en sí puedan ser asombrosas y tener metabolismos increíbles e insospechados, lo más esperable es que en su práctica totalidad, toda la biología del Universo se base en el Carbono.

      Y, como las fuentes de energía más abundantes y aprovechables son el calor y la luz, lo más probable es que los seres usen eso como combustible de sus reacciones químicas. Por lo cual, y por simple química de reacciones, es extremamente probable que la división Vegetal/Animal de la Tierra se dé en todo el Universo… y por tanto, en una biosfera «normal» (por muy extraños e insospechados que puedan ser sus seres y especies), será esperable casi con total seguridad la presencia de oxígeno de la cubierta vegetal, y de productos de metabolismo animal de cualquier índole (como el metano).

      No es antropocentrismo, sino Química y aprovechamiento de recursos (en esto estoy centrándome en mundos iluminados… en mundos con base de calor (como Europa, Encélado o similares), los biomarcadores serían otros, pues supongo que tenderían a parecerse a las colonias abisales de la Tierra y allí hay poca presencia vegetal… pero seguirían usando Carbono para sus reacciones.

      1. «Bajo esa premisa, y puesto que la Naturaleza (sin personificarla, pero el lenguaje tiene sus limitaciones) no derrocha recursos inútilmente (léase energía), lo más probable es que la Vida se base en el carbono»

        Non sequitur de libro. No sabemos nada de las características del origen de la vida en general ni de los elementos más favorecidos, por no decir que ni de lejos el carbono es el elemento más abundante de la Tierra.

        Por no hablar de que la composición de los planetas varía bastante, así como su régimen de temperaturas, insolación, etc.

  5. Muchad gracias Daniel.

    ¿Podria este telescopio situarse en la ISS,?, por el hecho de salir mas barato y rapido de desplegar. Porque comovsea otro del tipo James Webb, creo que en los proximos 20 años no va a ser posible ni van a querer financiarlo.

    Al final el veterano Hubble tendra que ser reparado y continuar en uso … otra pieza para el futuro museo del espacio, una de las mas importantes.

  6. Nueve entradas en doce días!

    ¿Es una huelga «a la japonesa»? ¿Vas a producir más entradas de las que podemos procesar para chinchar a los jefazos mediante sobreproducción?

    Pues por mí vale!

    ¡Viva Japón!

  7. Bueenooo, a ver si me aclaro.
    (1) Los planetas no lucen luego no podemos detectar huella espectral de la luz emitida por un planeta.
    (2) Entiendo, por lo tanto, que si detectamos una huella espectral que viene de un exoplaneta es la del espéctro electromagnético reflejado o refractado.
    (2.1) En el caso del reflejado, puede reflejarse por chocar y rebotar con la atmósfera o con la superficie planetaria.
    (2.2) Si está refractado sólo tras pasar por parte de su atmósfera.
    (3) Ahora mismo no tengo las cifras de señal/ruido; pero para detectar luz que venga de un planeta y que ésta no sea «chafada» por la potentísima luz de su estrella: habrá que currárselo.
    (4) Falsos positivos, es decir que se detecten O2 y O3 pero no haya vida que conocemos relacionada con la fotosíntesis:
    (4.1) Caso de luz ultravioleta y reflejada: tal vez podamos detectar O2 y O3 en algunos planetas. ¿En qué porcentaje esta detección se debe necesariamente a la presencia de fotosíntesis?.
    (4.2) Caso de luz ultravioleta y refractada. ¿debido a fotosíntesis?
    (4.3) Caso de luz infrarroja y reflejada. ¿debido a fotosíntesis?
    (4.4) Caso de luz infrarroja y refractada. ¿debido a fotosíntesis?
    (5) Luego está todo eso de los falsos negativos:
    (5.1) Ejemplo, un planeta débilmente helado con vida compleja submarina desarrollada a partir de la energía de volcanes y fuentes hidrotermales; pero incapaz de emitir huella espectral de O3, ni O2.
    (6) Luego podría haber vida no basada en el carbono (sino por ejemplo en el silicio), o que no precise agua.
    Es demasiado especulativo hablar de todo esto. La estadística no sé si funcionará en muchos casos por los puntos (6), (5) y (4).

    1. Se esta empezando por algo del estilo de la terrestre antes de empezar con vida, pero no vida tal y como la conocemos. Que se nos escapen mundos del estilo Europa, Encelado, o Titan -vida basada en hidrocarburos liquidos- desde luego que es mas que posible ademas de otras bioquimicas mas exoticas.

      Imagino que no hay demasiados procesos fisicos no naturales que produzcan oxigeno, el cual debido a su reactividad no dura mucho tiempo libre, y que una vez encontrado habria mas pruebas para descartar falsos positivos.

      1. Yo no veo cómo construir una biblioteca con millones de espectros planetarios en decenas de distintas longitudes de ondas, puede permitirnos reconocer los mundos habitables de los que no lo son.
        Preguntaré a un experto y el fin de semana que viene te cuento.

      2. U-95, se ve que hay al menos 4 procesos físicos que podrían producir O2, (vapor de agua e incluso O3):
        (i) radiación potente de una estrella sobre planeta helado de agua, (pero este falso positivo se podría detectar por el mismo método espectroscópico).
        (ii) por electrólisis en planetas con polvo y tormetas electrostáticas que creen rayos que choquen en hielo de agua (pero han de ser muy continuadas).
        (iii) por volcanes que echen gases que atraviesen gargantas de hielo de agua (también, han de ser miles de millones de años activos).
        (iv) como en Encédalo, por fuerzas de marea cuyo vapor atraviesa cráteres de hielo de agua.
        Por otro lado las órbitas de habitabilidad son (como suele decirse en este blog) sólo de agua potencialmente en estado líquido en la superficie.
        De los casi 9000000000 planetas potenciales en nuestra galaxia, hemos catalogado sólo 3500. Varios de ellos son de masa y volumen similar al de la Tierra y unos 13 están en órbitas habitables.
        Estoy convencido que en veinte años sabremos cuantos de estos planetas (y otros muchos más) tienen atmósferas con vida potencial. Pero atentos a los falsos positivos: el decir que se ha detectado vida en un exoplaneta según datos espectroscópicos, puede ser el segundo timo más grande de la ciencia en el siglo XXI.

    2. Cualquier objeto que emita o refleje luz, es susceptible de analizarse espectroscópicamente. La atmósfera de un planeta iluminado por su estrella muestra la huella espectroscópica de los compuestos químicos presentes en ella (en la atmósfera del planeta). Por cierto, un planeta, además de la ‘luz visible’ reflejada de su estrella, emite sí ‘luz’ propia, la ‘luz’ infrarroja de su calor interno.

  8. Y se sabe algo del telescopio ruso-español WSO-UV? se canceló definitivamente? Me suena que se empezó a torcet la cosa con la crisis de Crimea. La página web del proyecto está desfasada, pero hay noticias actuales en las que parece que sigue adelante con 2023 como fecha de lanzamiento. Uno de sus objetivos era precisamente ese, analizar atmósferas de exoplanetas en busca de marcadores de vida orgánica.

  9. La expansión del universo explicada brevemente y de forma alternativa.
    a) La masa se mueve como un nudo corredizo en el éter global –red tridimensional de filamentos elásticos.
    b) La energía electromagnética es torsión en la red –onda trasversal.
    c) Cuando hay suficiente energía de torsión se crea masa dentro de una retícula, y el éter global se comprime. Las retículas evitan que los nudos se deshagan.
    d) Cuando las estrellas pierden masa, están expandiendo el éter global.
    e) La expansión no mueve mucho a las otras estrellas porque la interacción tiene la relación cuadrática v ^ 2 / c ^ 2 – similar a la energía cinética pero el efecto opuesto- por lo que parece que la expansión se genera en todas partes.
    f) La Física Global no fue diseñada para explicar la expansión del universo, pero lo hace y la materia oscura ya no es necesaria.
    Energía y materia oscura

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