Ένα (πολύ) απλό μοντέλο για το κλίμα της Γης

H κατασκευή ενός μοντέλου που προβλέπει την εξέλιξη του κλίματος της Γης ανήκει στην κατηγορία των πιο δύσκολων επιστημονικών προβλημάτων. Όσο δύσκολη είναι κατασκευή ενός μοντέλου που προβλέπει την εξέλιξη του σύμπαντος από την Μεγάλη Έκρηξη μέχρι σήμερα, εξίσου δύσκολη, ίσως και παραπάνω, είναι η δημιουργία ενός μοντέλου που προβλέπει την εξέλιξη του γήινου κλίματος από την δημιουργία της Γης μέχρι σήμερα.

Το κλίμα της Γης έχει τεράστια σημασία αφού επηρεάζει σημαντικά τον άνθρωπο και κάθε ζωντανό οργανισμό στον πλανήτη μας. Στις μέρες μας, η εξέλιξη του γήινου κλίματος απασχολεί όλο και περισσότερους ανθρώπους και κυρίως μαθητές και φοιτητές.

Εφόσον λοιπόν αγωνιούμε για το μέλλον του πλανήτη μας, καλό θα ήταν ταυτόχρονα να κατανοούμε και τους λόγους που προκαλούν αυτή την αγωνία μας. Όμως, ξεχνάμε πως η κατανόηση αυτή περιέχει τεράστιες δόσεις φυσικής και μαθηματικών.
Συνεπώς, μια υγιής ευαισθητοποίηση των νέων ως προς την ανθρωπογενή κλιματική αλλαγή αναγκαστικά θα εμπεριέχει μαθηματικά και φυσική.

Προς την κατεύθυνση αυτή, κυρίως για εκπαιδευτικούς σκοπούς, κινείται μια πρόσφατη δημοσίευση με τίτλο «A Simple Model for Climate Bifurcation». Εκεί παρουσιάζεται ένα απλό μοντέλο για την μέση θερμοκρασία της Γης και την διερεύνηση των πιθανών εξελίξεων στο κλίμα της Γης που μπορεί να οφείλονται εν μέρει σε ανθρωπογενείς παράγοντες, αλλά και σε αναπότρεπτες φυσικές διαδικασίες. Το μοντέλο βασίζεται εν μέρει στην προσέγγιση που παρουσιάζεται στις πρώτες εργασίες του Αμερικανού Μετεωρολόγου William D. Sellers (ήταν ένας από τους πρώτους επιστήμονες που αναγνώρισαν τις πιθανές επιπτώσεις του CO₂ στο κλίμα της Γης).

Πολλά γράφτηκαν και γράφονται για την βαθμιαία αλλαγή της μέσης θερμοκρασίας της Γης εξαιτίας ανθρωπογενών παραγόντων, η οποία αναμένεται να μεταβληθεί κατά 1-2 βαθμούς Κελσίου μέχρι το τέλος αυτού αιώνα. Ωστόσο, ο πραγματικός κίνδυνος αυτών των μεταβολών είναι ότι μπορεί να οδηγήσουν σε μια απότομη και έντονη αλλαγή στο κλίμα της Γης (δηλαδή κλιματική διακλάδωση) με τον ίδιο τρόπο που ένας ελαστικός ιμάντας σπάει ξαφνικά καθώς τεντώνεται ή μια χιονοστιβάδα δημιουργείται στην πλαγιά ενός χιονισμένου βουνού.

Στο κλιματικό σύστημα της Γης διακρίνονται οι εξής συνιστώσες: γη (ξηρά), βιόσφαιρα, ατμόσφαιρα, ωκεανοί και κρυόσφαιρα (νερό σε στερεά μορφή). Αυτά τα στοιχεία εμφανίζουν ένα ευρύ φάσμα μεταβλητότητας σε χρονικές και χωρικές κλίμακες όπως οι κύκλοι Dansgaard-Oeschger που εμφανίζονται ψευδο-περιοδικά σε χρονική κλίμακα χιλιετίας ή το El Niño–Southern Oscillation στον Ειρηνικό ωκεανό. Έτσι, το λεπτομερές μοντέλο ενός τέτοιου συστήματος απαιτεί τεράστιες ποσότητες δεδομένων και αβάσταχτη πολυπλοκότητα..

1. Μερικά βασικά

Στη συνέχεια θα περιγράψουμε κάποιες βασικές έννοιες και δεδομένα που χρειάζονται στην μοντελοποίηση του γήινου κλίματος.

1.1 Λευκαύγεια

Η λευκαύγεια (albedo) είναι το μέτρο της ανακλαστικότητας μιας επιφάνειας. Όταν ανακλάται όλη η ακτινοβολία που προσπίπτει στην επιφάνεια, τότε μιλάμε για έναν τέλειο καθρέπτη (ή λευκό σώμα). Αντίθετα, όταν όλη η ακτινοβολία απορροφάται τότε η επιφάνεια ανήκει σε ένα μέλαν σώμα. Όμως αυτό που συμβαίνει στις περισσότερες περιπτώσεις είναι ένα μέρος της ακτινοβολίας να ανακλάται και το υπόλοιπο να απορροφάται («γκρι» σώμα). Η λευκαύγεια ενός σώματος είναι το % ποσοστό της ακτινοβολίας που ανακλάται από την επιφάνεια του. Επομένως, για έναν τέλειο καθρέπτη η λευκαύγεια ισούται με 1 και για ένα μέλαν σώμα ίση με 0. Για ένα γκρι σώμα παίρνει τιμές μεταξύ 0 και 1.

Η Γη είναι γκρι σώμα. Ωστόσο, η λευκαύγειά της μεταβάλλεται με τον χρόνο  εξαιτίας της κάλυψης από χιόνι και πάγο, την βλάστηση και τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Η λευκαύγεια της Γης εξαρτάται από τη γεωγραφική θέση, τις ιδιότητες της επιφάνειας και τον καιρό. Κατά μέσο όρο, η λευκαύγεια της Γης είναι περίπου 0,3. Αυτό είναι το κλάσμα της προσπίπουσας ηλιακής ακτινοβολίας που αντανακλάται πίσω στο διάστημα. Το υπόλοιπο 0,7 απορροφάται από τον πλανήτη μας.

1.2 Νέφη και αέρια θερμοκηπίου

Η ακτινοβολία από τον Ήλιο φτάνει στη Γη (κυρίως) στο ορατό τμήμα του φάσματος (σε μήκη κύματος 380·10^-9 – 750·10^-9 μέτρα). Η ακτινοβολία με μικρότερα μήκη κύματος απορροφάται (κυρίως) από τις ζώνες Van Allen (συνίστανται από φορτισμένα σωματίδια παγιδευμένα εξαιτίας του μαγνητικού πεδίου της Γης).

Η Γη απορροφά μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας και την επαν-εκπέμπει στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος (7,5·10^-7 – 1·10^-4 μέτρα). Αν η Γη δεν είχε ατμόσφαιρα αυτή η ακτινοβολία θα επέστρεφε στο διάστημα. Ωστόσο στην ατμόσφαιρα της Γης κάποια ίχνη αερίων όπως το διοξείδιο του άνθρακα (CO₂),  μεθάνιο (CH₄) και οι υδρατμοί μπορούν να απορροφήσουν αυτή την ακτινοβολία και να την ανακλάσουν πίσω στη Γη. Αυτό οδηγεί στην θέρμανση της επιφάνειας της Γης.

Το φάσμα απορρόφησης των διαφόρων αερίων

H συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα

Η συγκέντρωση του μεθανίου

Tα παραπάνω σχήματα δείχνουν σχεδόν μια γραμμική αύξηση των συγκεντρώσεων CO₂ και CH₄ συναρτήσει του χρόνου που θα μπορούσε να αποδοθεί στις ανθρώπινες δραστηριότητες. Η επίδραση των νεφών στο σενάριο αυτό είναι διπλή. Πρώτα μπλοκάρουν την ηλιακή ακτινοβολία αντανακλώντας την στο διάστημα. Ταυτόχρονα ανακλούν επίσης την γήινη υπέρυθρη ακτινοβολία πίσω στη Γη. Είναι ζητούμενο από την επιστημονική κοινότητα για το ποια από τις δυο αυτές διαδικασίες κυριαρχούν στο θερμικό ενεργειακό ισοζύγιο της Γης.

2. Ένα μοντέλο για την μέση θερμοκρασία της Γης

Θα απαριθμήσουμε τα δεδομένα που χρειάζονται για να δημιουργήσουμε ένα μοντέλο για την μέση θερμοκρασία της Γη και στη συνέχεια θα τα συμπεριλάβουμε στις εξισώσεις του μοντέλου.

1) Η επίδραση του Ήλιου

Ο ρυθμός με τον οποίο η ενέργεια από τον Ήλιο φτάνει στα ανώτερα στρώματα της γήινης ατμόσφαιρας ονομάζεται ολική ένταση ηλιακής ακτινοβολίας [total solar irradiance = TSI]. Η TSI αποκλίνει λίγο από μέρα σε μέρα και από εβδομάδα σε εβδομάδα. Επιπλέον εκτός από αυτές τις σύντομες αποκλίσεις υπάρχει ένας  κύκλος 11 ετών στις μετρήσεις ολικής ηλιακής ακτινοβολίας  που σχετίζονται με τις ηλιακές κηλίδες (περιοχές στην επιφάνεια του Ήλιου οι οποίες προσωρινά είναι ψυχρότερες και σκοτεινότερες από τις γειτονικές της περιοχές).

Τα στοιχεία δείχνουν ότι μολονότι οι διακυμάνσεις στην ροή της ηλιακής ενέργειας που φτάνει στην ατμόσφαιρά μας επηρεάζει το κλίμα μας, η τάση θέρμανσης της Γης τις τελευταίες 6 δεκαετίες δεν μπορούν να αποδοθούν στις αλλαγές της ροής της ηλιακής ενέργειας.

H ολική ένταση ηλιακής ακτινοβολίας [total solar irradiance = TSI] συναρτήσει του χρόνου

To παραπάνω διάγραμμα παριστάνει την TSI συναρτήσει του χρόνου για τα τελευταία 400 χρόνια. Υπενθυμίζεται ότι από το 1300 μέχρι το 1850 μ.Χ. υπήρξε μια «μικρή εποχή παγετώνων». Η μέση TSI αναφέρεται και ως «ηλιακή σταθερά» και μετρείται σε Watt/ m²(ισχύς ανά τετραγωνικό μέτρο).

Πρακτικά μπορούμε να θεωρήσουμε ότι οι ακτίνες του Ήλιου φθάνουν παράλληλες στην Γη. Η ροή της ηλιακής ενέργειας μετρήθηκε F_S≈1362 W/m². Ωστόσο, το εμβαδόν διατομής της Γης σ’ αυτή τη ροή είναι πR², ενώ το εμβαδόν επιφάνειας της Γης είναι 4πR². Έτσι, διαιρούμε αυτή τη ροή δια του 4 όταν υπολογίζουμε την μέση θερμοκρασία της Γης.

2) Μια προσέγγιση για την λευκαύγεια (albedo)

Η λευκαύγεια της Γης είναι συνεχώς μεταβαλλόμενη. Θεωρούμε ένα μοντέλο με δυο τιμές λευκαύγειας: α_Μ=0,85, όταν η Γη καλύπτεται από χιόνι, πάγο (παγωμένη Γη) και α_m=0,25 όταν δεν καλύπτεται από χιόνι, πάγο (δεν είναι παγωμένη). Η Γη θεωρείται παγωμένη όταν η μέση θερμοκρασία της είναι Τ₁=240 Κ(-33^o C) και μη-παγωμένη όταν η μέση θερμοκρασία της είναι Τ₂=275Κ (+2 ^oC). Υπολογίζουμε την λευκαύγεια μεταξύ αυτών των θερμοκρασιών αυτών χρησιμοποιώντας γραμμική παρεμβολή:

   (1)

Στην υπόθεση αυτή το φαινόμενο μεταβολών της βλάστησης στη Γη δεν λαμβάνεται (απευθείας) υπόψιν. Υπάρχουν λεπτομερέστερα μοντέλα για την λευκαύγεια της Γης, καθώς επίσης και δορυφόροι που παρέχουν ακριβή δεδομένα για την λευκαύγεια. σε πραγματικό χρόνο. Εκτιμάται ότι η μέση λευκαύγεια της Γης στα υψηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας, η πλανητική λευκαύγεια, είναι 30-35% εξαιτίας της κάλυψης των νεφών, αλλά μεταβάλλεται τοπικά κατά μήκος της επιφάνειας εξαιτίας διαφορετικών γεωλογικών και περιβαλλοντικών χαρακτηριστικών. Συνήθως, κατά μέσο όρο, η λευκαύγεια της Γης θεωρείται περίπου 0,3.

3) Ο νόμος των Stefan-Boltzmann

Μια μαθηματική διατύπωση του νόμου είναι P = σ A Τ⁴, όπου P η ισχύς που ακτινοβολεί ένα μέλαν σώμα, Α το εμβαδόν επιφάνειας του σώματος και σ=5,67·10^-8 Watts/(m²K⁴) η σταθερά Stefan-Boltzmann που είναι ανεξάρτητη από το υλικό και το σχήμα του σώματος. Επειδή η παραπάνω εξίσωση ισχύει για ένα μέλαν σώμα, στην περίπτωση ενός «γκρίζου» σώματος όπως η Γη, το P πολλαπλασιάζεται επί έναν συντελεστή g≤1.

4) Νέφη και φαινόμενο θερμοκηπίου

Έστω Τ₀ η θερμοκρασία περιβάλλοντος για το φαινόμενο του θερμοκηπίου (xωρίς το φαινόμενο του θερμοκηπίου η μέση θερμοκρασία της Γης θα ήταν ≈240Κ ή -33^οC και στην ουσία δεν θα καλύπτονταν από νέφη). Αν F_S η προσπίπτουσα ακτινοβολία από τον Ήλιο (η ολική ένταση ηλιακής ακτινοβολίας TSI=F_S≈1362 W/m²) τότε ο ρυθμός της απορροφώμενης από την Γη ακτινοβολίας θα είναι:

R_in=F_SA[1-α(T)]/4          (2)

όπου Α είναι το εμβαδόν επιφάνειας της Γης α(Τ) η πλανητική λευκαύγεια.

Ο ρυθμός της εξερχόμενης ακτινοβολίας από τη Γη είναι (ο νόμος Stefan-Boltzmann επί τον παράγοντα g):

R_out=σ Α g(T) T⁴         (3)

όπου g(T) είναι μια παράμετρος που παριστάνει την συμβολή των αερίων θερμοκηπίου και των νεφών. Αυτή η συνάρτηση παραμετροποιήθηκε (εμπειρικά) ως: g(T)=1-κ tanh[(T/T₀)⁶], όπου ο κ=0,5 (συντελεστής ατμοσφαιρικής εξασθένησης) και Τ₀≈275Κ. Αυτή η έκφραση μας λέει ότι καθώς η θερμοκρασία Τ αυξάνεται η g(T) αυξάνεται επίσης και το φαινόμενο του θερμοκηπίου γίνεται ισχυρότερο (το R_out μειώνεται).

3. Το μοντέλο

Αν συμβολίσουμε με C τη θερμοχωρητικότητα της Γης τότε από την αρχή διατήρησης της ενέργειας έχουμε για το ισοζύγιο της θερμικής ενέργειας της Γης: dQ=dQ_in–dQ_out => dQ/dt=dQ_in/dt–dQ_out/dt ή

C dT/dt=R_in–R_out           (4)

Αυτή είναι η βασική εξίσωση του μοντέλου.

Στην περίπτωση ισορροπίας θα ισχύει 0=R_in–R_out. Αν η ατμόσφαιρα της Γης ήταν εντελώς διαφανής χωρίς αέρια θερμοκηπίου (ή αν η Γη δεν είχε ατμόσφαιρα) τότε g(T)=1 (αφού τότε κ=0). Το % ποσοστό της ηλιακής ενέργειας που ανακλάται από την Γη στο διάστημα (λευκαύγεια) τίθεται ίσο με α(Τ_Ε)=0,3. Τότε η μέση θερμοκρασία της Γης Τ_Ε στην περίπτωση της ισορροπίας θα πρέπει να ικανοποιεί την εξίσωση: F_SA[1-α(T_Ε)]/4–σ Α g(T_Ε) T_Ε⁴=0. Η λύση της εξίσωσης δίνει Τ_Ε=255Κ (ή –18^οC), η οποία είναι πολύ κάτω από το σημείο πήξης του νερού, δηλαδή η Γη στην περίπτωση αυτή θα είναι καλυμμένη με χιόνι και πάγο. Αυτό είναι το πρώτο και αναμενόμενο συμπέρασμα του μοντέλου.

Η διαφορά μεταξύ αυτής της τιμής Τ_Ε=255Κ και της (εκτιμώμενης) τωρινής μέσης θερμοκρασίας Τ₀=284,9Κ ή (+11,9 ^οC) οφείλεται στο φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Ο συγγραφέας της εργασίας «A Simple Model for Climate Bifurcation» εφάρμοσε το παραπάνω μοντέλο χρησιμοποιώντας ένα πρόγραμμα Matlab. Θέτοντας μια αρχική (μέση) θερμοκρασία 285 Κ για προσομοίωση 20 ετών έλαβε το παρακάτω σχήμα:
Παρατηρούμε μια σταθερή αύξηση στη μέση θερμοκρασία της Γης για τα πρώτα χρόνια, που στη συνέχεια σταθεροποιείται περίπου στην θερμοκρασία 305 K. Παίζοντας κανείς με ένα τέτοιο πρόγραμμα μπορεί να ελέγξει την εξάρτηση (ή ευαισθησία) των αποτελεσμάτων σε σχέση με τις τιμές των διαφόρων παραμέτρων του μοντέλου. Μια τέτοια παράμετρος είναι η θερμοκρασία Τ₂ στην εξίσωση (1) για την λευκαύγεια.
Μεταβάλλοντας την τιμής του Τ₂ από 275Κ (αρχική τιμή) σε 296.11Κ, δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές μεταβολές στα αποτελέσματα. Ωστόσο, αυξάνοντας το Τ₂ πάνω από 296,12Κ , η μέση θερμοκρασία της Γης πέφτει σε θερμοκρασία εποχής παγετώνων. Συνεπώς στο απλό αυτό μοντέλο εμφανίζεται μια κλιματική διακλάδωση όταν η παράμετρος Τ₂ βρίσκεται μεταξύ [296,11, 296,12].Προφανώς όλα τα παραπάνω δεν είναι «επίσημες» προβλέψεις για την εξέλιξη του κλίματος της Γης.  Αποτελούν μια ευκαιρία για να εξοικειωθεί κανείς με τις έννοιες και την πολυπλοκότητα που σχετίζονται με την γήινη κλιματική εξέλιξη. Είναι επίσης και μια εξάσκηση στον εντοπισμό λαθών στις διάφορες υποθέσεις και προσεγγίσεις που αντιφάσκουν μεταξύ τους (και το παραπάνω μοντέλο περιέχει τέτοιες αστοχίες…).

πηγές:
1. «Simple Model for Climate Bifurcation», Mayer Humi 
2. «A climate model based on the Energy balance of the Earth-Atmosphere system», Sellers W.D 

Aναζητώντας την σκόνη σβησμένων άστρων στο χιόνι

Το ισότοπο του σιδήρου ⁶⁰Fe που βρέθηκε στο χιόνι της Ανταρκτικής δημιουργήθηκε από τις εκρήξεις κοντινών υπερκαινοφανών αστέρων (σουπερνόβα) κατά το παρελθόν. Το εύρημα αυτό μπορεί να βοηθήσει την σχετική έρευνα για την προέλευση και τη δομή των διαστρικών νεφών.

Οι κινήσεις του ηλιακού μας συστήματος και του Τοπικού Διαστρικού Νέφους

Κάποιες φορές τα τελευταία 20 εκατομμύρια χρόνια, ένα ή περισσότερα άστρα στην γειτονιά του ηλιακού μας συστήματος κατέληξαν σε σουπερνόβα δημιουργώντας νέφη αερίων και σκόνης εμπλουτισμένα με ραδιοϊσότοπα. Καθώς το ηλιακό σύστημα διέρχεται μέσα από ένα τέτοιο νέφος, η σκόνη του πέφτει στην επιφάνεια της Γης και κάτω από ορισμένες συνθήκες είναι δυνατόν να συσσωρευτεί σε τέτοια ποσότητα ώστε να είναι ανιχνεύσιμα τα διάφορα ισότοπα που περιέχονται σ’ αυτή.

Ο Dominik Koll και οι συνεργάτες του από το Πανεπιστήμιο του Μονάχου, ανακάλυψαν στην Ανταρκτική την ύπαρξη τέτοιας μεσοαστρικής σκόνης διαμέσου του σπάνιου ισοτόπου ⁶⁰Fe (με χρόνο ημιζωής 2.6 Myr). Το γεγονός αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει στον ακριβέστερο εντοπισμό της πηγής της σκόνης και να μας αποκαλύψει την ιστορία των αλληλεπιδράσεων του ηλιακού συστήματος με το διαστρικό περιβάλλον του. Ο Koll και οι συνεργάτες του συνέλεξαν 500 κιλά χιονιού, το έλιωσαν και απομόνωσαν τις στερεές ουσίες – ελάχιστες ποσότητες μετάλλων όπως ο σίδηρος – που περιέχονταν σ’ αυτό. Στη συνέχεια χρησιμοποιώντας έναν φασματογράφο μάζας μέτρησαν την παρουσία του ⁶⁰Fe και του ισοτόπου του μαγγανίου ⁵³Mn.

S. Kipfstuhl/Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research

Το ισότοπο του μαγγανίου παράγεται μαζί με το ισότοπο ⁶⁰Fe όταν οι κοσμικές ακτίνες βομβαρδίζουν τη διαπλανητική σκόνη. Αλλά οι ερευνητές βρήκαν πέραν του αναμενομένου, πολύ περισσότερη ποσότητα ⁶⁰Fe σε σύγκριση με το ⁵³Mn από αυτή την «τοπική» πηγή. Η ομάδα υπολόγισε επίσης το ενδεχόμενο το χιόνι να είχε μολυνθεί από ⁶⁰Fe ανθρωπογενούς προέλευσης – πυρηνικά όπλα, πυρηνικούς αντιδραστήρες και επιταχυντές. Διαπίστωσαν ότι η παρουσία τεχνητά παραγόμενων ισοτόπων είναι αμελητέα. Η πιο πιθανή πηγή ⁶⁰Fe είναι η διαστρική σκόνη, η οποία εμπλουτίζεται με το συγκεκριμένο ισότοπο από τα σουπερνόβα.

Η υπολογιζόμενη εισροή ⁶⁰Fe αντιστοιχεί σε εκείνη που συνάγεται για άλλες αποθέσεις διαστημικής σκόνης που βρίσκονται σε ιζήματα ωκεανού και στην επιφάνεια της Σελήνης. Ψάχνοντας και για άλλα ραδιοϊσότοπα σε παλαιότερους πυρήνες πάγου οι ερευνητές θα μπορούσαν να βρουν πότε και πού συνέβησαν οι εκρήξεις σουπερνόβα και πότε το ηλιακό σύστημα εισήλθε στο τοπικό διαστρικό νέφος.

πηγή: https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.123.072701 – https://www.gams.ph.tum.de/fileadmin/w00bjs/www/Master_Thesis_Dominik_Koll.pdf

Ο κομήτης (βίντεο)

Καλλιτεχνική άποψη του διαστημικού σκάφους Rosetta να πλησιάζει τον κομήτη 67P/Churyumov-Gerasimenko

Το 2016 ολοκληρώθηκε μια συναρπαστική αποστολή. Το διαστημικό σκάφος Rosetta έκανε τον τελευταίο ελιγμό του. Έπεσε στην επιφάνεια του κομήτη Churyumov-Gerasimenko (67p), που ακολουθούσε εξερευνώντας τον επί δυο χρόνια.

Το 2017 η ΕSA έδωσε στη δημοσιότητα πάνω από 400.000 φωτογραφίες που την αποστολή της Rosetta. Με βάση όλο αυτό το φωτογραφικό υλικό οι Christian Stangl και ο Wolfgang Stangl δημιούργησαν ένα εντυπωσιακό βίντεο διάρκειας περίπου 3 λεπτών. Δείτε το:

Στην καρδιά του Καρκίνου

Νεφέλωμα Καρκίνος

ΔΙΟΝΥΣΗΣ Π. ΣΙΜΟΠΟΥΛΟΣ*

Πριν από περίπου 950 χρόνια, στις 4 Ιουλίου του 1054 μ.Χ. ο Γιανγκ Γουέι-Τε, ο αστρονόμος του Κινέζου αυτοκράτορα, παρατήρησε ένα νέο λαμπερό σημάδι στον ουρανό. Η λαμπρότητά του ήταν τόσο μεγάλη, ώστε το άστρο αυτό φαινόταν στον ουρανό ακόμη και την ημέρα για τρεις ολόκληρες εβδομάδες. Σιγά-σιγά, όμως, άρχισε να ξεθωριάζει μέχρις ότου, 21 μήνες μετά την εμφάνισή του, ο λαμπρός αυτός «επισκέπτης» είχε πια χαθεί από τον ουρανό. Ο «επισκέπτης» αστέρας του 1054 μ.Χ. ήταν η επιθανάτια έκρηξη ενός τεράστιου γέρικου άστρου το οποίο στα τελευταία στάδια της ζωής του μετατράπηκε σε σουπερνόβα. Το άστρο αυτό βρισκόταν σε απόσταση 6.300 ετών φωτός και στη μεγαλύτερή του ένταση έλαμπε με την ισχύ 500 εκατομμυρίων ήλιων. Από τη Γη ο Κινέζος αστρονόμος παρακολούθησε ένα γεγονός που είχε συμβεί 6.300 χρόνια νωρίτερα, γύρω στο έτος 5.200 π.Χ., όταν οι Σουμέριοι εγκαταστάθηκαν για πρώτη φορά στη Μεσοποταμία.

Στο σημείο εκείνης της έκρηξης τα σύγχρονα τηλεσκόπια μας έχουν αποκαλύψει ένα φωτεινό νεφέλωμα που στα μικρά τηλεσκόπια του παρελθόντος έμοιαζε με κάβουρα και γι’ αυτό ονομάστηκε Νεφέλωμα Καρκίνος. Από τη μια άκρη στην άλλη το Νεφέλωμα Καρκίνος έχει διάμετρο 11 ετών φωτός ή 105 τρισεκατομμυρίων χιλιομέτρων, που σημαίνει ότι το μέγεθός του είναι 273 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερο από την απόσταση Γης-Σελήνης. Το νεφέλωμα αυτό συνεχώς διαστέλλεται όλο και πιο πολύ με μια ταχύτητα που φτάνει τα 5,5 εκατομμύρια χιλιόμετρα την ώρα. Αν η διαστολή αυτή συνεχιστεί με τον ίδιο ρυθμό, τα υπολείμματα του κατεστραμμένου αυτού άστρου θα φτάσουν στη Γη σε 1,26 περίπου εκατομμύρια χρόνια.

Στο νεφέλωμα αυτό Κινέζοι και Ιάπωνες αστροφυσικοί ανακοίνωσαν τον περασμένο μήνα ότι εντόπισαν πάνω από το Θιβέτ την υψηλότερης ενέργειας ακτινοβολία γ που έχει παρατηρηθεί μέχρι τώρα. Ενέργειες δηλαδή που φτάνουν να είναι 450 τρισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερες από το ορατό φως (450 τρισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ, TeV), όταν το προηγούμενο ρεκόρ δεν υπερέβαινε τα 75 TeV, ενώ συγκριτικά η ακτινοβολία που έρχεται από τον Ήλιο έχει ενέργεια μερικών μόνο ηλεκτρονιοβόλτ. Στο ίδιο αυτό νεφέλωμα 51 χρόνια νωρίτερα (τον Οκτώβριο του 1968), Αμερικανοί ραδιοαστρονόμοι ανακάλυψαν έναν από τους πρώτους πάλσαρ (ένα άστρο νετρονίων δηλαδή) που είχε τη μικρότερη μέχρι τότε παλμική περίοδο. Ήταν ένα μικροσκοπικό άστρο 30 χιλιομέτρων στο κέντρο σχεδόν του νεφελώματος με την καταπληκτική ιδιότητα να αναβοσβήνει 30 φορές κάθε δευτερόλεπτο.

Η ύπαρξη των παράξενων αυτών άστρων είχε προβλεφθεί από τη δεκαετία ακόμη του 1930. Σύμφωνα, μάλιστα, με τις τότε εκτιμήσεις η απότομη και υπερβολικά γρήγορη βαρυτική κατάρρευση των υλικών της καρδιάς ενός γιγάντιου άστρου θα είχε ως αποτέλεσμα την τρομακτική συμπίεση του αστρικού κέντρου. Συγχρόνως, η έκρηξη και η αποβολή των εξωτερικών στρωμάτων του άστρου πρέπει να θεωρείται ένα παράλληλο και αναπόφευκτο φαινόμενο της όλης διαδικασίας της κατάρρευσης του αστρικού πυρήνα. Μια τέτοια έκρηξη συμπιέζει τον πυρήνα του άστρου σε τέτοιο βαθμό ώστε η ύλη από την οποία αποτελείται συμπιέζεται σε αφάνταστο βαθμό.

Κάτω από την τεράστια αυτή συμπίεση τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια των χημικών στοιχείων του άστρου συγχωνεύονται με τα θετικά φορτισμένα πρωτόνια του πυρήνα, με αποτέλεσμα τη δημιουργία νετρονίων και νετρίνων. Και ενώ τα νετρίνα δραπετεύουν από το άστρο, μεταφέροντας μάλιστα και αρκετή από την ενέργειά του, τα νεοσχηματισμένα νετρόνια παραμένουν εκεί και ενώνονται με τα ήδη υπάρχοντα νετρόνια των ατομικών πυρήνων. Όλα αυτά τα νετρόνια όμως είναι τόσο σφιχτά συμπιεσμένα, ώστε να ακουμπάνε σχεδόν το ένα με το άλλο. Αποτέλεσμα αυτής της συμπίεσης είναι η δημιουργία μιας σφαίρας μερικών χιλιομέτρων με την πιο λεία, «στερεή» επιφάνεια που έχει γνωρίσει ποτέ το σύμπαν. Βρισκόμαστε δηλαδή αντιμέτωποι με ένα άστρο νετρονίων. Αν μπορούσαμε να εισχωρήσουμε βαθιά στο κέντρο των φωτεινών αερίων που αποτελούν το Νεφέλωμα Καρκίνος, θα βρισκόμασταν αντιμέτωποι με ένα άστρο που είναι πραγματικά κάτι το αδιανόητο. Τα υλικά από ένα άστρο νετρονίων, με μέγεθος όσο είναι το κεφάλι μιας καρφίτσας, θα «ζύγιζαν» ένα εκατομμύριο τόνους, δέκα δηλαδή φορές περισσότερο από ένα αεροπλανοφόρο. Για να μπορέσουμε μάλιστα να πούμε ότι πλησιάσαμε κάπως τη φανταστική πυκνότητα ενός τέτοιου άστρου, τότε ολόκληρος ο σημερινός πληθυσμός του πλανήτη μας, 7,5 δηλαδή δισεκατομμύρια άνθρωποι, θα έπρεπε να συμπιέζονταν στο μέγεθος μιας σταγόνας νερού, ενώ ένα μωρό 5 κιλών στην επιφάνεια ενός άστρου νετρονίων θα «ζύγιζε» 50 δισεκατομμύρια κιλά!

πηγή: https://www.kathimerini.gr/1037707/article/epikairothta/episthmh/sthn-kardia-toy-karkinoy

* Ο κ. Διονύσης Π. Σιμόπουλος είναι επίτιμος διευθυντής του Ευγενιδείου Πλανηταρίου.

Οι βασικοί νόμοι της ανθρώπινης ηλιθιότητας

Ο πρώτος βασικός νόμος: Πάντα και νομοτελειακά όλοι υποτιμούν τον αριθμό των ηλίθιων ατόμων που κυκλοφορούν στην κοινωνία.

Ο δεύτερος βασικός νόμος: Η πιθανότητα να είναι ηλίθιο ένα συγκεκριμένο άτομο είναι ανεξάρτητη από οποιοδήποτε άλλο χαρακτηριστικό αυτού του ατόμου.

Ο τρίτος (και χρυσός) βασικός νόμος: Ηλίθιος ονομάζεται το άτομο που οι πράξεις του προκαλούν ζημιές σε ένα άλλο άτομο ή σε μια ομάδα ατόμων, χωρίς το ίδιο να αποκομίζει κέρδη, ενώ πιθανά να υφίσταται ακόμη και ζημίες.

Ο τέταρτος βασικός νόμος: Οι μη ηλίθιοι άνθρωποι πάντα υποτιμούν την καταστροφική ισχύ των ηλίθιων ατόμων. Συγκεκριμένα, οι μη ηλίθιοι άνθρωποι συνέχεια παραβλέπουν πως η συναναστροφή και/ή ο συγχρωτισμός με ηλίθια άτομα απαρέγκλιτα αποδεικνύεται μοιραίο λάθος, ανεξάρτητα από τη χρονική στιγμή, την τοποθεσία και τις συνθήκες.

Ο πέμπτος βασικός νόμος: Ο ηλίθιος είναι το πιο επικίνδυνο είδος ανθρώπου.

πηγή: ΟΙ ΒΑΣΙΚΟΙ ΝΟΜΟΙ ΤΗΣ ΑΝΘΡΩΠΙΝΗΣ ΗΛΙΘΙΟΤΗΤΑΣ, ΤΣΙΠΟΛΑ, ΚΑΡΛΟ Μ.Έτος έκδοσης: 2012, Μετάφραση: Πολυκανδριώτης, Γιάννος

Μεταλλική μάζα κάτω από τον μεγαλύτερο κρατήρα της Σελήνης

Ανιχνεύθηκε τεράστια μεταλλική μάζα κάτω από τον μεγαλύτερο κρατήρα της Σελήνης

                                                                 Τοπογραφικός χάρτης της Σελήνης

Κάτι πολύ παράξενο και πολύ πυκνό κρύβεται στα έγκατα της Σελήνης. Μια μυστηριώδης -πιθανότατα μεταλλική- ανώμαλη μάζα τεραστίων διαστάσεων εντοπίσθηκε κάτω από την επιφάνεια της «σκοτεινής» (μόνιμα αόρατης από τη Γη) πλευράς του φεγγαριού.

Βρίσκεται κάτω από τον μεγαλύτερο κρατήρα πρόσκρουσης του ηλιακού μας συστήματος, τη σεληνιακή λεκάνη Νοτίου Πόλου-Άιτκεν, διαμέτρου περίπου 2.000 χιλιομέτρων.

Τοπογραφία της αθέατης πλευράς της Σελήνης. Ο διακεκομμένος κύκλος δείχνει τη θέση της ανωμαλίας μάζας.

Πιθανώς η ανεξήγητη μάζα αποτελεί απομεινάρι από ουράνιο σώμα, ίσως κάποιον μεγάλο μεταλλικό αστεροειδή, που κάποτε συγκρούστηκε κατακλυσμικά με τη Σελήνη και δημιούργησε τον κρατήρα Άιτκεν πριν περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια. Ένα μέρος του αστεροειδούς πιθανώς βρίσκεται ενσωματωμένο ακόμη στον μανδύα του φεγγαριού (το ενδιάμεσο στρώμα μεταξύ φλοιού και πυρήνα).

Μπορεί όμως να πρόκειται και για κάτι άλλο, σύμφωνα με τους επιστήμονες που έκαναν την ανακάλυψη και δεν ξέρουν ακόμη ούτε για τι υλικό ακριβώς πρόκειται, ούτε από πού προέρχεται. Μια εναλλακτική εξήγηση είναι ότι η μάζα δημιουργήθηκε μέσα στην ίδια τη Σελήνη, από τη συσσώρευση και συμπύκνωση πυκνών αερίων.

«Φανταστείτε ένα όγκο μετάλλου πέντε φορές μεγαλύτερο από το μεγάλο νησί της Χαβάης και θαμμένο κάτω από το έδαφος. Αυτή χονδρικά είναι η τελείως απρόσμενη μάζα που ανιχνεύσαμε», δήλωσε ο επικεφαλής ερευνητής Πίτερ Τζέιμς, επίκουρος καθηγητής πλανητικής γεωφυσικής του Κολλεγίου Μπέιλορ του Τέξας, που έκανε τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό γεωφυσικής «Geophysical Research Letters».

Η υπόγεια μάζα, που φθάνει σε βάθος 300 χιλιομέτρων, έγινε αντιληπτή από την ανάλυση των στοιχείων της αποστολής GRAIL και του σεληνιακού δορυφόρου LRO της NASA.

^{Πηγή: ΑΠΕ-ΜΠΕ – https://www.baylor.edu/mediacommunications/news.php?action=story&story=210457}