Πώς οι πυρηνικές βόμβες θα σώσουν την Γη

Θάρθει μια μέρα που οι αστρονόμοι θα εντοπίσουν έναν αστεροειδή λίγους μήνες μακριά από το καταστροφικό ραντεβού του με την Γη. Η μόνη μας πιθανότητα επιβίωσης σε μια τέτοια περίπτωση θα είναι να χρησιμοποιήσουμε μια πυρηνική βόμβα για να αποφύγουμε την πρόσκρουση με τον αστεροειδή. Όμως μια τέτοια λύση θα λειτουργήσει;

Η προσομοίωση δείχνει τα αποτελέσματα μιας πυρηνικής έκρηξης ενός μεγατόνου ΤΝΤ σε έναν αστεροειδή με εύρος περίπου 100 μέτρων.

Σε αντίθεση με ορισμένες μελοδραματικές υπερπαραγωγές του Χόλιγουντ της δεκαετίας του 1990 (Αρμαγεδδών κλπ), στην πραγματικότητα οι επιστήμονες δεν ενδιαφέρονται για τεράστιους αστεροειδείς που θα κατέστρεφαν ολοκληρωτικά τον πλανήτη. Οι τροχιές σχεδόν όλων των αστεροειδών με εύρος πάνω από ένα χιλιόμετρο έχουν χαρτογραφηθεί με ακρίβεια και γνωρίζουμε ότι δεν πρόκειται να αποτελέσουν απειλή στο άμεσο μέλλον.

Το πρόβλημα εστιάζεται πλέον στους σχετικά μικρούς αστεροειδείς, αυτούς που έχουν το μέγεθος γηπέδου ποδοσφαίρου. Αυτοί είναι που προκαλούν ανησυχία, γιατί εκτός του ότι είναι αρκετοί, συνήθως παραμένουν αθέατοι.

Ένας τέτοιος μικρού μεγέθους αστεροειδής μπορεί να μην ακούγεται πολύ επικίνδυνος σε σύγκριση με τον κολοσσό των 10 χιλιομέτρων που χτύπησε τη Γη πριν από 66 εκατομμύρια χρόνια με κατακλυσμιαία αποτελέσματα. Όμως ο μετεωρίτης που εξερράγη πάνω από τη Σιβηρία το 1908 είχε πλάτος μόλις 60 μέτρα – και το ωστικό κύμα της πρόσκρουσης της έκρηξης ισοπέδωσε 1300 τετραγωνικά χιλιόμετρα δάσους.

Σύμφωνα με την εργασία ‘Late-time small body disruptions for planetary defense‘ που δημοσιεύθηκε πρόσφατα, οι προσομοιώσεις υψηλής πιστότητας που πραγματοποίησαν οι Patrick K.King et al, έδειξαν ότι ένας αστεροειδής με εύρος έως 100 μέτρα θα μπορούσε να εκμηδενιστεί από μια πυρηνική βόμβα ενός μεγατόνου, με το 99,9% της μάζας του να εκτοξεύεται μακριά από την τροχιά της Γης, εφόσον η έκρηξη πραγματοποιηθεί τουλάχιστον δύο μήνες πριν από την πρόσκρουση.

Στην ιδανική περίπτωση, οι αστεροειδείς που θα συγκρουστούν με τη Γη μπορούν να εντοπιστούν δεκαετίες πριν την πρόσκρουση. Σε μια τέτοια περίπτωση, ένα μη επανδρωμένο διαστημόπλοιο θα μπορούσε να τους χτυπήσει με την απαιτούμενη ορμή έτσι ώστε να τους ωθήσει μακριά από τη γη. Αυτή η στρατηγική, γνωστή ως εκτροπή, θα δοκιμαστεί το επόμενο έτος με την διαστημική αποστολή της NASA, Double Asteroid Redirection Test (DART).

Αλλά ένας αστεροειδής ακόμη και αρκετά χρόνια πριν την πρόσκρουσή του με την Γη μπορεί να μην είναι κατάλληλος για εκτροπή. Σε εκείνο το στάδιο, μπορεί να είναι πολύ αργά για να αλλάξει επαρκώς η τροχιά του με μια ώθηση. Κι αν ακόμα γίνει απόπειρα εκτροπής, ο αστεροειδής μπορεί να διασπαστεί σε μικρότερα αλλά ακόμα επικίνδυνα κομμάτια που θα μπορούσαν να χτυπήσουν τη Γη σε πολλά σημεία.

Η χρήση πυρηνικής έκρηξης θα είναι πάντα η τελευταία λύση. Αν όμως έχουμε λίγο χρόνο στην διάθεσή μας, μπορεί να είναι η μόνη μας ελπίδα. Οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι αν η πυρηνική έκρηξη γίνει τουλάχιστον δύο μήνες πριν από την προβλεπόμενη ημερομηνία πρόσκρουσης, θα διασφαλιζόταν πως τυχόν θραύσματα που θα έφταναν στη Γη θα ήταν αρκετά μικρά για να καούν στην ατμόσφαιρα.

Κανείς δεν θέλει να περιμένει μέχρι την τελευταία στιγμή για να δει αν μια πυρηνική έκρηξη θα σώσει τον κόσμο. Αλλά μια μέρα η ανθρωπότητα μπορεί να μην έχει άλλη επιλογή. Η NASA υπολογίζει ότι υπάρχουν 17.000 κοντά στη Γη αστεροειδείς με εύρος πάνω από 140 μέτρα που ακόμα δεν έχουν βρεθεί. Γι' αυτό ένα νέο διαστημικό τηλεσκόπιο της NASA, το Near-Earth Object Surveyor space telescope (NEO Surveyor), θα έχει ως στόχο τον εντοπισμό αυτών των ‘μικροσκοπικών’ απειλών.

πηγή: https://www.nytimes.com/2021/10/18/science/asteroid-nuclear-bomb.html?smid=tw-nytimesscience&smtyp=cur

Κοινοποιήστε:

 

Ανακαλύφθηκε ένα σπάνιο «εξωτικό» σωματίδιο με τέσσερα κουάρκ

Οι φυσικοί ανακάλυψαν, με τη βοήθεια του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Πυρηνικών Ερευνών (CERN), ακόμη ένα σπάνιο σωματίδιο που αποτελείται από τέσσερα κουάρκ. Πρόκειται για το 62ο σωματίδιο (αδρόνιο) που ανακαλύπτεται στον μεγάλο επιταχυντή.

Η ανακοίνωση έγινε προ ημερών από τον σωματιδιακό φυσικό Ιβάν Πολιάκοφ του Πανεπιστημίου Syracuse της Νέας Υόρκης στη διάρκεια διαδικτυακού συνεδρίου της Ευρωπαϊκής Φυσικής Εταιρείας, σύμφωνα με το «Nature». Η ανακάλυψη έγινε από τον ίδιο, σε συνεργασία με τον Βάνια Μπελιάγιεφ του Ινστιτούτου Θεωρητικής και Πειραματικής Φυσικής στη Μόσχα.

Ο μεγαλύτερος επιταχυντής του κόσμου έχει γίνει διάσημος για την ανακάλυψη του σωματιδίου (μποζονίου) του Χιγκς το 2012, όμως έχει βρει επίσης δεκάδες μη στοιχειώδη υποατομικά σωματίδια που λέγονται αδρόνια, τα οποία – όπως τα πρωτόνια και τα νετρόνια- αποτελούνται από κουάρκ.

Το Καθιερωμένο Πρότυπο (ή Μοντέλο) της σωματιδιακής Φυσικής, το οποίο περιγράφει τους θεμέλιους «λίθους» της ύλης και τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις που δρουν πάνω τους, περιλαμβάνει, μεταξύ άλλων, έξι «γεύσεις» κουάρκ, τα οποία σχηματίζουν σύνθετα σωματίδια (αδρόνια). Τα κουάρκ συγκρατούνται από την ισχυρή πυρηνική δύναμη, μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις. Τα δύο συχνότερα κουάρκ είναι το «άνω» και το «κάτω», οι συνδυασμοί των οποίων δημιουργούν τα νετρόνια (ένα «άνω» και δύο «κάτω» κουάρκ) και τα πρωτόνια (δύο «άνω» και ένα «κάτω» κουάρκ).

Τα πρωτόνια είναι τα μοναδικά αδρόνια που από μόνα τους παραμένουν σταθερά, ενώ τα νετρόνια είναι σταθερά μόνο όταν βρίσκονται μέσα σε ατομικούς πυρήνες. Όλα τα άλλα αδρόνια σχηματίζονται μόνο παροδικά, από τη σύγκρουση άλλων σωματιδίων, και διασπώνται σε κλάσματα του δευτερολέπτου. Ο επιταχυντής LHC δημιουργεί νέα είδη αδρονίων προκαλώντας συγκρούσεις υψηλής ενέργειας μεταξύ πρωτονίων.

Τα περισσότερα νέα αδρόνια – όπως και το νέο που βρέθηκε- έχουν ανακαλυφθεί από τον LHCb, έναν από τους τέσσερις γιγάντιους ανιχνευτές που βρίσκονται στο κυκλικό τούνελ μήκους 27 χιλιομέτρων του μεγάλου επιταχυντή. Το νέο σωματίδιο -ένα αδρόνιο με τέσσερα κουάρκ- ονομάστηκε T_cc⁺. Έχει μάζα περίπου τετραπλάσια από ένα πρωτόνιο.

Τα σωματίδια με τέσσερα κουάρκ είναι πολύ ασυνήθιστα, καθώς τα περισσότερα γνωστά αδρόνια διαθέτουν δύο ή τρία κουάρκ. Το πρώτο σωματίδιο τεσσάρων κουάρκ είχε ανακαλυφθεί στην Ιαπωνία το 2003, ενώ στη συνέχεια βρέθηκαν περισσότερα στο CERN.

Το νέο σωματίδιο φαίνεται να είναι ακόμη πιο ξεχωριστό: Ενώ τα προηγούμενα αδρόνια με τέσσερα κουάρκ ήταν πιθανότατα δύο ζεύγη διπλών κουάρκ προσκολλημένα μεταξύ τους, το νέο αδρόνιο φαίνεται να αποτελείται από τέσσερα ξεχωριστά κουάρκ, κάτι που -εφόσον όντως ισχύει- θα είναι μία πρωτιά για τους επιστήμονες. Τέτοια αυθεντικά «τετρακουάρκ», σύμφωνα με τον Μπελιάγιεφ, πιθανώς υπήρχαν μόνο στη διάρκεια των πρώτων στιγμών του σύμπαντος, όταν όλη η ύλη ήταν συμπιεσμένη σε έναν υπερβολικά μικρό χώρο.

Η αναζήτηση νέων αδρονίων θα συνεχιστεί, καθώς δεκάδες διαφορετικοί συνδυασμοί κουάρκ μπορούν να «γεννήσουν» νέα αδρόνια. Εκτιμάται ότι υπάρχουν 50 πιθανά αδρόνια με δύο κουάρκ (έχουν βρεθεί όλα εκτός από ένα) και 75 με τρία κουάρκ (έχουν βρεθεί σχεδόν 50).

Τα στοιχειώδη σωματίδια διακρίνονται στα αδρόνια και στα λεπτόνια. Τα πρώτα μπορούν να μετέχουν και σε ισχυρές αλληλεπιδράσεις, ενώ τα λεπτόνια όχι. Τα αδρόνια πήραν το όνομά τους από τη λέξη αδρός (δυνατός), ενώ τα λεπτόνια από τη λέξη λεπτός (αδύνατος). Τα αδρόνια χωρίζονται στα βαρυόνια που είναι φερμιόνια και στα μεσόνια που είναι μποζόνια.

https://www.liberal.gr/world/cern-anakalufthike-akoma-ena-spanio-exotiko-somatidio-me-tessera-kouark/396223 – https://home.cern/news/news/physics/twice-charm-long-lived-exotic-particle-discovered

 

Ο πλανήτης Ερμής από κοντά

Η κοινή ευρωπαϊκή-ιαπωνική αποστολή BepiColombo φωτογράφισε τον πλανήτη Ερμή την 1η Οκτωβρίου 2021 καθώς το διαστημόπλοιο κινήθηκε κοντά στον πλανήτη για έναν ελιγμό βαρυτικής υποβοήθησης.

Η παραπάνω φωτογραφία τραβήχτηκε στις 23:44:12 UTC, όταν το διαστημικό σκάφος απείχε περίπου 2418 χιλιόμετρα από τον Ερμή. Η πλησιέστερη προσέγγιση ήταν στα 198 χιλιόμετρα και πραγματοποιήθηκε λίγο πριν, στις 23:34 UTC.

Η περιοχή που φαίνεται είναι τμήμα του βόρειου ημισφαιρίου του Ερμή, συμπεριλαμβανομένης της πεδιάδας Sihtu Planitia που έχει πλημμυρίσει από λάβες. Πιο λεία και φωτεινή από τα περίχωρά της, φαίνεται η κυκλική περιοχή, γύρω από τον κρατήρα Calvino. Φαίνεται επίσης και ο κρατήρας Lermontov που έχει πλάτος 166 χιλιόμετρα.

Το BepiColombo θα χαρτογραφήσει την γεμάτη κρατήρες επιφάνεια του πλανήτη (που θυμίζει τη Σελήνη) και θα συλλέξει στοιχεία για τη δομή και σύνθεση της επιφάνειάς του, καθώς και του υπεδάφους του. Θα μελετήσει επίσης το μαγνητικό πεδίο του Ερμή και την αλληλεπίδρασή του με τον ηλιακό «άνεμο».

πηγή: https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2021/10/Hello_Mercury

 

Το Hubble βλέπει τις αλλαγές των εποχών στον Κρόνο

Στην Γη ήρθε η άνοιξη και στον Κρόνο το φθινόπωρο

Οι τέσσερις εποχές στη Γη, χειμώνας, άνοιξη, καλοκαίρι και φθινόπωρο, σχετίζονται με έναν θεμελιώδη νόμο της φυσικής: την αρχή διατήρησης της στροφορμής. Συνέπεια της διατήρησης της ιδιοστροφορμής είναι η σταθερότητα του άξονα περιστροφής της Γης, και της διατήρησης της τροχιακής στροφορμής, η επίπεδη τροχιά της. Παρά λοιπόν το γεγονός ότι η Γη περιφέρεται αδιάκοπα γύρω από τον Ήλιο, ο άξονας περιστροφής της Γης έχει κλίση 23,4° με την κάθετη στο επίπεδο της τροχιάς της. Και γι αυτό δημιουργούνται οι 4 εποχές στην Γη, όπως εξηγεί το βίντεο που ακολουθεί:

Κάτι παρόμοιο συμβαίνει και στον πλανήτη Κρόνο (η αντίστοιχη κλίση του άξονα ιδιοπεριστροφής του είναι 27°), με την διαφορά ότι οι η κάθε εποχή του διαρκεί πάνω από 7 χρόνια. Τα δεδομένα του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble δείχνουν ότι από το 2018 έως το 2020 ο ισημερινός του Κρόνου έγινε 5 έως 10% τοις εκατό φωτεινότερος και οι άνεμοι μεταβλήθηκαν. Το 2018, οι άνεμοι που μετρήθηκαν κοντά στον ισημερινό είχαν ταχύτητα περίπου 1.600 χιλιόμετρα την ώρα, ισχυρότεροι από αυτούς που μετρήθηκαν από το διαστημικό σκάφος Cassini της NASA κατά την περίοδο 2004-2009, όταν η ταχύτητά τους ήταν περίπου 1.300 χιλιόμετρα την ώρα. Το 2019 και το 2020 μειώθηκαν στις ταχύτητες που είχε μετρήσει το Cassini.

Φωτογραφίες του Κρόνου από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubbleπου που λήφθηκαν διαδοχικά το 2018, 2019, και 2020 καθώς το βόρειο ημισφαίριο του πλανήτη μεταβαίνει από το καλοκαίρι προς το φθινόπωρο. Credits: NASA/ESA/STScI/A. Simon/R. Roth

Ο Κρόνος είναι ο έκτος πλανήτης του ηλιακού μας συστήματος σε απόσταση περίπου 1,4 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα από τον Ήλιο. Χρειάζονται περίπου 29 γήινα χρόνια για να ολοκληρώσει μια πλήρη περιφορά γύρω απόν Ήλιο, και γι αυτό η κάθε εποχή στον Κρόνο διαρκεί κάτι περισσότερο από επτά γήινα χρόνια.

πηγή: https://www.nasa.gov/image-feature/goddard/2021/saturn-season-change

 

Το Hubble ‘βλέπει’ δύο ζεύγη κβάζαρ σε γαλαξίες που συγχωνεύονται

Καλλιτεχνική άποψη για δύο κβάζαρ στους αντίστοιχους πυρήνες γαλαξιών, οι οποίοι βρίσκονται στην χαοτική διαδικασία συγχώνευσης.

Ως κβάζαρ (quasar, σύντμηση από τη φράση QUASi-stellAR object ή QSO) στην Αστρονομία εννοείται κάθε εξαιρετικά λαμπρός και μακρινός ενεργός γαλαξιακός πυρήνας, που εμφανίζεται στο ορατό φως ως σημειακή πηγή (σαν αστέρας), παρά ως εκτεταμένο σώμα (όπως οι γαλαξίες). Από εκεί προέρχεται και η ονομασία των κβάζαρ, αφού quasi-stellar σημαίνει «παρόμοιος με αστέρα». Μάλιστα μία αρχική απόδοση του όρου στα ελληνικά, όταν πρωτοανακαλύφθηκαν περί το 1960, ήταν ημιαστέρας. Διακρίνονται από τους αστέρες (και έτσι ανακαλύφθηκαν) από τη μεγάλη μετατόπιση προς το ερυθρό που παρουσιάζουν τα φάσματά τους, ενώ ταυτοχρόνως αποτελούν και σημειακές ραδιοπηγές. Παρότι υπήρχε (μέχρι τη δεκαετία του 1990) κάποια αμφιβολία ως προς τη φύση τους, όλοι σχεδόν οι αστροφυσικοί συμφωνούν σήμερα ότι αυτό που βλέπουμε ως κβάζαρ είναι μία σχετικώς πυκνή άλως υλικού που περιβάλλει την κεντρική μαύρη τρύπα μεγάλης μάζας ενός γαλαξία.

Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble εντόπισε και κατέγραψε εικόνες από ένα σύστημα διπλού κβάζαρ που είναι ένα σπάνιο φαινόμενο αφού για κάθε χίλια κβάζαρ στο Σύμπαν αντιστοιχεί ένα ζευγάρι. Οι δύο γαλαξίες βρίσκονται σε απόσταση περίπου δέκα δισ. ετών φωτός από εμάς. Όμως το Hubble στην συνέχεια εντόπισε στην ίδια περιοχή που εξερευνούσε ένα ακόμη ζευγάρι κβάζαρ από μια ακόμη γαλαξιακή συγχώνευση. Αν ο εντοπισμός ενός ζεύγους κβάζαρ είναι σπάνιο φαινόμενο όπως είναι ευνόητο ο ταυτόχρονος εντοπισμός δύο ζευγαριών αποτελεί σημαντικό γεγονός για αυτό και η ανακάλυψη έχει λάβει μεγάλη δημοσιότητα.

Οι φωτογραφίες από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble αποκαλύπτουν δύο ζεύγη κβάζαρ που βρίσκονταν πριν από 10 δισεκατομμύρια χρόνια στα κέντρα γαλαξιών που συγχωνεύονται. Κάθε ένα από τα τέσσερα κβάζαρ βρίσκεται σε έναν γαλαξία-ξενιστή. Οι γαλαξίες, όμως δεν είναι ορατοί ούτε από Hubble. Τα κβάζαρ κάθε ζεύγους απέχουν περίπου 10.000 έτη φωτός. Το ζεύγος στην αριστερή φωτογραφία καταγράφεται ως J0749 + 2255 και το ζεύγος δεξιά ως J0841 + 4825. Η φωτογραφία του J0749 + 2255 λήφθηκε στις 5 Ιανουαρίου 2020. και του J0841 + 4825 στις 30 Νοεμβρίου 2019.

Η ανακάλυψη προστίθεται στην ατελείωτη λίστα των ανακαλύψεων του Hubble στις τρεις δεκαετίες της λειτουργίας του και όπως αποδεικνύεται μέχρι να βγει… στην σύνταξη (κάτι που αναβάλλεται συνεχώς) θα μας αποκαλύπτει νέες άγνωστες πτυχές και φαινόμενα του Σύμπαντος

πηγή: https://www.naftemporiki.gr/story/1711848/monadiki-anakalupsi-tou-hubble-me-duo-zeugi-kbazar – https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/hubble-spots-double-quasars-in-merging-galaxies

 

Μια «μέτρια» μαύρη τρύπα αρχέγονης προέλευσης

Βρέθηκε μια αρχέγονη μαύρη τρύπα ενδιάμεσης μάζας (55.000M_Ꙩ ).

Μια μαύρη τρύπα που ανακαλύφθηκε πρόσφατα σπάει το ρεκόρ – όχι για το ότι είναι η μικρότερη ή η μεγαλύτερη – αλλά γιατί το μέγεθός της είναι αναπάντεχα ενδιάμεσο. H εν λόγω μαύρη τρύπα δεν ανήκει ούτε στην κατηγορία των μαύρων τρυπών που προκύπτουν από τα άστρα ούτε στις γιγαντιαίες μαύρες τρύπες που βρίσκονται στους πυρήνες των περισσότερων γαλαξιών.

Στην πρόσφατη δημοσίευση με τίτλο «Evidence for an intermediate-mass black hole from a gravitationally lensed gamma-ray burst» διερευνάται η ύπαρξη μιας μαύρης τρύπας ενδιάμεσης μάζας, περίπου 55.000 φορές την μάζα του ήλιου. Η νέα μαύρη τρύπα βρέθηκε από την ανίχνευση έκρηξης ακτίνων γ διαμέσου του φαινομένου βαρυτικού φακού.

Η έκρηξη ακτίνων γ, μια έκλαμψη φωτός υψηλής ενέργειας διάρκειας μισού δευτερολέπτου, που εκπέμφθηκε από ένα ζεύγος άστρων που συγχωνεύθηκαν, παρατηρήθηκε ότι είχε μια καθυστερημένη «ηχώ». Αυτή η ηχώ προκαλείται από την παρεμβαλλόμενη μαύρη τρύπα ενδιάμεσης μάζας, που κάμπτει τη διαδρομή του φωτός κατά την πορεία της προς τη Γη, με αποτέλεσμα οι αστρονόμοι να βλέπουν με χρονική καθυστέρηση την ίδια έκλαμψη δύο φορές.

Καλλιτεχνική απεικόνιση των διαδρομών του φωτός από την έκλαμψη ακτίνων γ εξαιτίας του φαινομένου βαρυτικού φακού από τη νέα μαύρη τρύπα.

Το ισχυρό λογισμικό που αναπτύχθηκε για την ανίχνευση μαύρων τρυπών από βαρυτικά κύματα προσαρμόστηκε κατάλληλα για να αποδειχθεί πως πρόκειται για την ίδια έκλαμψη ακτίνων γ.

Αυτή η μαύρη τρύπα που ανακαλύφθηκε πρόσφατα θα μπορούσε να είναι ένα αρχαίο υπόλειμμα – μια αρχέγονη μαύρη τρύπα που δημιουργήθηκε πριν σχηματιστούν τα πρώτα άστρα και οι γαλαξίες στο σύμπαν, δήλωσε ο συν-συγγραφέας της δημοσίευσης Eric Thrane. Αυτές οι αρχέγονες μαύρες τρύπες μπορεί να είναι οι σπόροι των τεράστιων υπερμεγέθων μαύρων τρυπών που ζουν στις καρδιές των γαλαξιών σήμερα.

Με βάση αυτή τη νέα μαύρη τρύπα, οι ερευνητές εκτιμούν ότι η πυκνότητα μαύρων τρυπών ενδιάμεσης μάζας (M~10⁴-10⁵M_Ꙩ) στο σύμπαν είναι ≈2300 μαύρες τρύπες/Μpc³. Έτσι υπολογίζουν προσεγγιστικά ότι περίπου 46.000 ενδιάμεσης μάζας μαύρες τρύπες βρίσκονται στην γειτονιά του γαλαξία μας.

πηγή: https://scitechdaily.com/early-universe-explosion-reveals-elusive-goldilocks-black-hole/

 

Πώς φαίνεται η εκτόξευση πυραύλων από το διάστημα;

Έχετε δει ποτέ εκτόξευση πυραύλων – από το διάστημα; Παρατηρώντας προσεκτικά το βίντεο που ακολουθεί θα δούμε έναν πύραυλο που εκτοξεύεται από τη Γη για να μπει σε τροχιά γύρω από τη Γη, Το βίντεο λήφθηκε από τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό και παρακολουθεί τον ρωσικό πύραυλο Soyuz-FG που εκτοξεύθηκε τον Νοέμβριο του 2018 από το κοσμοδρόμιο στο Καζακστάν, μεταφέροντας τα απαραίτητα εφόδια στον Διαστημικό Σταθμό.

πηγή: Astronomy Picture of the Day

 

Ο νόμος μετατόπισης του Wien

Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα

Όλα τα σώματα εκπέμπουν θερμική ακτινοβολία εξαιτίας της θερμοκρασίας τους. Και όταν λέμε θερμική ακτινοβολία εννοούμε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Πολλές φορές θεωρείται ότι η θερμική ακτινοβολία είναι μόνον η υπέρυθρη ακτινοβολία, κάτι που είναι εντελώς λάθος.
Η θερμική ακτινοβολία μπορεί να αποτελείται από οποιοδήποτε μήκος κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, από τα ραδιοφωνικά κύματα μέχρι τις ακτίνες γάμα.

Για την θεωρητική μελέτη της θερμικής ακτινοβολίας οι φυσικοί εισήγαγαν την έννοια του μέλανος σώματος (Διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες ΕΔΩ: ‘Η ακτινοβολία του μέλανος σώματος‘). Δύο αξιοσημείωτα χαρακτηριστικά στο φάσμα της ακτινοβολίας των σωμάτων που προσεγγίζουν την συμπεριφορά του μέλανος σώματος είναι ότι: (α) είναι συνεχές – εκπέμπει όλα τα μήκη κύματος του Η/Μ φάσματος και (β) δεν εξαρτάται από την φύση των σωμάτων, αλλά μόνο από την θερμοκρασία τους.

Είναι εμπειρικά γνωστό ότι τα πυρακτωμένα σώματα (ανεξάρτητα από το υλικό τους) αλλάζουν χρώμα από κόκκινο, σε πορτοκαλί ή κίτρινο καθώς μεταβάλλεται η θερμοκρασία τους. Το 1893 ο Γερμανός Wilhelm Wien (Νόμπελ Φυσικής 1911) απέδειξε χρησιμοποιώντας κλασική θερμοδυναμική, αυτό που είχε ήδη παρατηρήσει ποιοτικά ο Αμερικανός Samuel Langley, ότι το μήκος κύματος «στο οποίο εκπέμπεται η περισσότερη ποσότητα ακτινοβολίας ενός θερμού σώματος» είναι αντιστρόφως ανάλογο της θερμοκρασίας του σώματος:

(λ_{max σε m και Τ σε Κelvin)}

Η παραπάνω εξίσωση εκφράζει το νόμο μετατόπισης του Wien.

Η δαρβινική εξέλιξη και η θερμοκρασία του Ήλιου

Mια εντυπωσιακή εφαρμογή του νόμου Wien είναι ο υπολογισμός της επιφανειακής θερμοκρασίας του Ήλιου μας, με την βοήθεια … της δαρβινικής εξέλιξης. Το εύρος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που ανήκει στο ορατό φάσμα εκτείνεται σε μήκη κύματος περίπου από 400nm έως 700nm – μέσος όρος 550nm. Τα μάτια των ανθρώπων (και άλλων ζώων) προσαρμόστηκαν να βλέπουν καλύτερα σ’ εκείνο το μήκος κύματος της ηλιακής ακτινοβολίας στο οποίο αντιστοιχεί η μέγιστη ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στη Γη, δηλαδή σε μήκος κύματος γύρω στα 550nm=5,5∙10^-7m. Θέτοντας στο νόμο του Wien λ_max=5,5∙10^-7m, παίρνουμε T≈5500K, πολύ κοντά στην πραγματική τιμή 5778K για την επιφανειακή θερμοκρασία του Ήλιου.

Παρακολουθήστε μια λεπτομερέστερη ανάλυση από το μάθημα «Εισαγωγή στην Κβαντική Φυσική» του Στέφανου Τραχανά στο Mathesis:

To χρώμα των άστρων

Άλλη μια εφαρμογή του νόμου μετατόπισης του Wien είναι ότι συνδέει την θερμοκρασία των άστρων με το χρώμα τους (μήκος κύματος). Κλασικό παράδειγμα αποτελούν δυο από τα σημαντικότερα άστρα στον αστερισμό του Ωρίωνα, Betelgeuse και Rigel.

Κοιτώντας νοτιοδυτικά και χαμηλά στον νυχτερινό ουρανό απόψε, 6/3/2021 γύρω στις 9 μμ, θα διακρίνετε τον αστερισμό του Ωρίωνα. Ξεχωρίζουν τα άστρα Betelgeuse και Rigel.

Αν είχαμε τη δυνατότητα να παρατηρήσουμε τον αστερισμό του Ωρίωνα με ένα καλό τηλεσκόπιο θα βλέπαμε ότι ο Betelgeuse θα φαινόταν κοκκινωπός, ενώ ο Rigel γαλαζωπός. Δεδομένου ότι το κόκκινο αντιστοιχεί σε μεγαλύτερο μήκος κύματος από το γαλάζιο, χρησιμοποιώντας το νόμο Wien συμπεραίνουμε ότι η θερμοκρασία του Rigel είναι μεγαλύτερη από την θερμοκρασία του Betelgeuse.

… και η συνάρτηση Lambert

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ο Wien απέδειξε το νόμο του, χρησιμοποιώντας κλασική θερμοδυναμική. Όμως οι περισσότερες αποδείξεις χρησιμοποιούν το νόμο της ακτινοβολίας μέλανος σώματος που εισήγαγε ο Planck. H ένταση της ακτινοβολίας  ενός μέλανος σώματος, η ισχύς δηλαδή της ακτινοβολίας με μήκη κύματος μεταξύ λ και λ+dλ που εκπέμπεται ανά μονάδα επιφάνειας του σώματος και σε απόλυτη θερμοκρασία Τ υπολογίζεται από μια εξίσωση της μορφής:

Το μέγιστο της συνάρτησης αυτής μπορεί να υπολογιστεί από την εξίσωση: . Εκτελώντας την παραγώγιση και θέτοντας , παίρνουμε:

   (Ι)

Κι αυτό είναι το πιο εκνευριστικό σημείο της απόδειξης, αφού αυτή η εξίσωση (Ι) ΔΕΝ λύνεται αναλυτικά. Τα βιβλία συνήθως δίνουν έτοιμη την λύση που προκύπτει από την αριθμητική επίλυσή της: x≈4,965…, και αντικαθιστώντας στην εξ.  μαζί με τις τιμές των σταθερών στο SI, προκύπτει ο νόμος της μετατόπισης του Wien: . Με   συμβολίζουμε την τιμή του μήκους κύματος που μεγιστοποιεί την .

Παρόμοιος, αλλά καλύτερος τρόπος αντιμετώπισης του προβλήματος είναι να γράψουμε την εξίσωση (Ι) στην μορφή . Η γραφική λύση της εξίσωσης δίνεται στο παρακάτω σχήμα.

www.wolframalpha.com

Βλέπουμε ότι οι γραφικές παραστάσεις έχουν δυο κοινά σημεία,
x=0 και x≈5 (αφού e^-5≈0,0067). Κάνοντας μερικές δοκιμές με υπολογιστή τσέπης βρίσκουμε πολύ γρήγορα μια ακριβέστερη τιμή x≈4,96, που θα μας οδηγήσει πάλι στο νόμο του Wien.

Όμως, το ενδιαφέρον στην παραπάνω εικόνα από το πρόγραμμα wolframalpha, εκτός από το ζητούμενο διάγραμμα, είναι η λύση που δίνει:

.

Τι εκφράζει αυτό το αποτέλεσμα; Για να το κατανοήσουμε γράφουμε την εξ. (Ι) στην μορφή . Θέτοντας , παίρνουμε .
Στο σημείο αυτό υπεισέρχεται η συνάρτηση Lambert (βλέπε τον ορισμό της ΕΔΩ).

Σύμφωνα με τον ορισμό της συνάρτησης Lambert η λύση (εκτός από την τετριμμένη ) θα είναι και η  ή . Πρόκειται για την λύση που δίνει το πρόγραμμα wolframalpha. Οι τιμές της συνάρτησης Lambert δεν πρέπει να μας προβληματίζουν, εφόσον δεν μας προβληματίζουν οι τιμές των συναρτήσεων π.χ. ημx ή lnx.  Η τιμή  (πατήστε ΕΔΩ), υπολογίζεται με την ίδια ευκολία που θα υπολογίζαμε το (πατήστε ΕΔΩ). Έτσι, θα μπορούσε κάποιος να ισχυριστεί ότι η  είναι η λύση της εξίσωσης (Ι) που προέκυψε αναλυτικά, χωρίς αριθμητικές μεθόδους. Και μας οδηγεί χωρίς εκνευρισμούς – διαμέσου της  – στo νόμο μετατόπισης του Wien: (λ σε σε m και Τ σε Κelvin)

 

Το Perseverance διήνυσε τα πρώτα του 6,5 μέτρα στον Άρη

Το νέο ρομποτικό ρόβερ Perseverance (Επιμονή) της Αμερικανικής Διαστημικής Υπηρεσίας (NASA) έβαλε μπροστά τις μηχανές του και για μισή ώρα διήνυσε τα πρώτα διστακτικά 6,5 μέτρα στον Άρη.

Παράλληλα, τράβηξε τις πρώτες φωτογραφίες από τα ίχνη που άφησαν οι τροχοί του στο κοκκινωπό αμμώδες αρειανό έδαφος.
Οι μηχανικοί στο Εργαστήριο Αεριώθησης (JPL) της NASA δήλωσαν με ικανοποίηση ότι το εξάτροχο ρόβερ μεγέθους αυτοκινήτου τα καταφέρνει καλύτερα και από τις δοκιμές του στη Γη. Το Perseverance, το οποίο προσεδαφίστηκε στις 18 Φεβρουαρίου στον μεγάλο κρατήρα Γιέζερο, κάποτε αρχαία λίμνη και δέλτα ποταμού, έχει λίγο μεγαλύτερη ταχύτητα από το προηγούμενο αμερικανικό ρόβερ στον Άρη, το Curiosity (Περιέργεια), που ακόμη βρίσκεται εν λειτουργία. Επίσης το νέο ρόβερ είναι σε θέση να διασχίσει μεγαλύτερη απόσταση μέσα σε μια μέρα, γύρω στα 200 μέτρα, επειδή είναι ικανό να αποφεύγει καλύτερα τα διάφορα εμπόδια, όπως μεγάλους βράχους και παγίδες άμμου.
Προς το παρόν, οι επιστήμονες της NASA μελετούν τα διαθέσιμα δεδομένα για τη γύρω περιοχή, προκειμένου να αποφασίσουν ποια θα είναι η καλύτερη διαδρομή για το ρόβερ. Η τελική απόφαση τους πιθανώς θα ληφθεί, αφού το μικρό ρομποτικό ελικόπτερο Ingenuity βάρους δύο κιλών πετάξει και κατοπτεύει τη «γειτονιά» του ρόβερ (θα είναι η πρώτη φορά που ένα drone θα πετάξει σε άλλο κόσμο). Προς το παρόν, το ελικοπτεράκι βρίσκεται προσδεμένο κάτω από την «κοιλιά» του ρόβερ.


Το Perseverance, το οποίο προγραμματίζεται να διανύσει 15 χιλιόμετρα μέσα στο επόμενο αρειανό έτος (αντιστοιχεί σε περίπου δύο γήινα έτη), είναι το πιο εξελιγμένο κινητό εργαστήριο αστροβιολογίας που έχει σταλεί σε άλλο πλανήτη ή δορυφόρο, με στόχο την αναζήτηση ιχνών μικροβιακής ζωής, χάρη στα πολλά επιστημονικά όργανα, το ρομποτικό βραχίονα και τις υψηλής ανάλυσης κάμερες του.

Η περιοχή που προσεδαφίστηκε το διαστημικό όχημα Perseverance ονομάστηκε από τη NASA Οκτάβια Ε. Μπάτλερ (το όνομα αφροαμερικανής συγγραφέως επιστημονικής φαντασίας):
«Όταν το @NASAPersevere προσγειώθηκε στον Άρη, όχι μόνο γράψαμε ιστορία, ζήσαμε τα όνειρα των καλλιτεχνών που εμπνέουν τα ταξίδια μας στο διάστημα. Αποδίδοντας φόρο τιμής, οι επιστήμονες της @NASAJPL έδωσαν το όνομα της @OctaviaEButler, τηw πρωτοποριακής συγγραφέως επιστημονικής φαντασία στην περιοχή προσγείωσης του rover».

Πηγή: ΑΠΕ-ΜΠΕ – https://mars.nasa.gov/mars2020/multimedia/raw-images/