Znajdź zawartość

Powinniśmy przyzwyczaić się, że katastrofy naturalne, które obecnie nazywamy „powodzią stulecia“ czy „huraganem stulecia“, będziemy w przyszłości nazywali „katastrofami dekady“. Badania przeprowadzone przez uczonych z MIT-u i Princeton University wskazują, że wraz ze zmieniającym się klimatem będziemy coraz częściej doświadczali wielkich klęsk żywiołowych. Ich zdaniem potężne burze będą zdarzały się co 3-20 lat. Naukowcy przeprowadzili dziesiątki tysięcy symulacji burz odbywających się w różnych warunkach klimatycznych i odkryli, że wywoływane przez nie powodzie, które obecnie uznalibyśmy za „powódź 500-lecia“ będą zdarzały się co 25-240 lat. Ning Lin z MIT-u mówi, że znajomość częstotliwości wielkich klęsk żywiołowych pozwoli np. planować budowę wałów przeciwpowodziowych. Naukowcy wykorzystali cztery modele klimatyczne i przeprowadzili symulacji 45 000 burz mających miejsce w promieniu 200 kilometrów od południowego krańca Manhattanu. Każdy z modeli klimatycznych był testowany w dwóch scenariuszach. Pierwszym był „klimat obecny“, czyli uśrednione dane za lata 1981-2000 oraz „przyszły klimat“, czyli przewidywania dotyczące klimatu z lat 2081-2100. Mimo niewielkich różnic w wynikach uzyskanych za pomocą różnych modeli, generalna tendencja jest wyraźna - liczba gwałtownych zjawisk klimatycznych będzie rosła. Obecnie za „burzę stulecia“ uznaje się taką, w wyniku której poziom oceanu u wybrzeży Nowego Jorku wzrasta średnio o około 2 metry. Z kolei „burzą 500-lecia“ ma być taka, która podniesie poziom wód oceanicznych o ponad 3 metry. Podczas obu tego typu zjawisk woda zalałaby Nowy Jork, który jest chroniony wałami o wysokości 1,5 metra. Najwyższy wzrost poziomu wód wyniósł dotychczas 3,2 metra i przydarzył się w 1821 roku - mówi Lin. To odpowiada dzisiejszemu pojmowaniu „powodzi 500-lecia“. Tymczasem, jak widzimy z przeprowadzonych symulacji, taka powódź może powtórzyć się w niedługim czasie. Przewidywania tego typu są też o tyle ważne, że przed klęskami można się bronić. Większość budynków planowana jest na 60-120 lat, zatem możliwe jest takie planowanie miast, by były one gotowe na nadejście wielkich klęsk żywiołowych.

Jak klimat wpływa na sposób myślenia ludzi? W jakich warunkach najlepiej pracowało się Schubertowi i Wagnerowi? Wg naukowców ze znanych brytyjskich uczelni można się tego dowiedzieć, analizując przedstawienia pogody w klasycznej muzyce orkiestrowej od XVII w. po współczesność. Dr Karen Aplin z Uniwersytetu Oksfordzkiego jest fizykiem, a dr Paul Williams z Uniwersytetu w Reading zajmuje się meteorologią. Poza tym oboje pasjonują się muzyką, a Aplin gra nawet w orkiestrze i przekonuje, że zjawiska meteorologiczne można przedstawiać dźwiękiem równie sugestywnie jak pociągnięciami pędzla na płótnie. Para akademików przeprowadziła pilotażowe studium w wolnym czasie. Raport z ich prac ukaże się w piśmie Weather. Odkryliśmy, że środowisko [silnie] wpływa na to, jaką pogodę kompozytorzy decydują się przedstawiać. Wpasowując się w narodowy stereotyp, brytyjscy kompozytorzy nieproporcjonalnie często obrazują zmienną pogodę i burzowe wybrzeże – opowiada dr Williams. Przodownikami pogodowej muzyki są Brytyjczycy, za nimi plasują się Francuzi i Niemcy. Generalnie najczęściej w kompozycjach pojawia się motyw burzy, być może dlatego, że muzycy traktują ją jak alegorię zawirowań emocjonalnych (jak w Interludiach Czterech Mórz z opery Peter Grimes Benjamina Brittena). Na drugim miejscu pod względem częstości przedstawiania znajduje się wiatr. Miewa on różne natężenie: od poruszającej drzewami łagodnej bryzy (np. na początku trzeciej części Symfonii fantastycznej Berlioza; nosi ona tytuł Wśród pól) po antarktyczny huragan w Symfonii antarktycznej Ralpha Vaughana Williamsa. Aplin i Willimas sporządzili wykres, na którym rozrysowali moment opracowania instrumentów do uzyskiwania określonych dźwięków (np. tonitruonu, czyli arkusza blachy do naśladowania odgłosu grzmotów, albo maszyny wiatrowej). Sporządzili też wykres przedstawiający wpływ pogody na różnych kompozytorów. Straussa inspirowały blask słońca i alpejskie krajobrazy. Berlioz, Schubert i Wagner także byli zależni od pięknej pogody (wysokiego ciśnienia). Wtedy powstawały ich najlepsze dzieła. Wagner wspominał ponoć o wywołanej nieciekawą aurą bezczynności: Ta pogoda jest okropna. Moje prace trzeba było odłożyć na 2 dni, bo mózg uparcie odmawia swoich usług. Akademicy chwalą się, że ich analiza kulturowych reakcji na pogodę przed zmianą klimatu stanowi świetną bazę do przyszłych porównań.

Należący do NASA Fermi Gamma-ray Space Telescope zaobserwował strumienie antymaterii, które powstają ponad ziemskimi burzami. Nigdy wcześniej nie widziano podobnego zjawiska. Naukowcy sądzą, że cząstki antymaterii powstają podczas ziemskich rozbłysków gamma (TGF), które obserwowano podczas burz i łączy się je z błyskawicami. Oblicza się, że codziennie na Ziemi dochodzi do około 500 przypadków TGF. Te sygnały to pierwszy bezpośredni dowód na powstawanie antymaterii podczas burz - mówi Michael Briggs z zespołu Fermi's Gamma-ray Burst Monitor na University of Alabama. Fermi, którego zadaniem jest obserwacja promieni gamma, zaobserwował wysoko energetyczne elektrony oraz pozytrony, czyli ich odpowiednik w antymaterii. Gdy elektron spotyka się z pozytronem dochodzi do anihilacji obu cząsteczek i rozbłysku gamma. GBM wykrył promienie gamma o energii 511 000 elektronowoltów, co wskazuje, że jego źródłem jest anihilacja cząsteczki i antycząsteczki. Do odkrycia antymaterii doszło przypadkiem. Fermi GBM ma za zadanie monitorowanie ziemskich rozbłysków gamma i ma w tym zakresie spore osiągnięcia. Operatorzy urządzenia starają się umieszczać je nad burzami. Jednak nie zawsze się to udaje. Tak było 14 grudnia 2009 roku, gdy Fermi znajdował się nad Egiptem, a burza miała miejsce nad położoną 4500 kilometrów dalej Zambią. Nawet mimo tego, że Fermi nie widział burzy, to był z nią magnetycznie połączony. TGF wytworzyło wysokoenergetyczne elektrony i pozytrony, które przeniosły się wzdłuż linii pola magnetycznego i trafiły w Fermi - mówi Joseph Dwyer z Florida Institute of Technology. Strumień cząstek przeszedł przez Fermi, dotarły do tzw. punktu lustrzanego, gdzie jego ruch został odwrócony i 23 milisekundy później ponownie dotarł do urządzenia. Wówczas za każdym razem, gdy pozytron z powracającego strumienia uderzył w elektron przechodzący po raz pierwszy przez urządzenie, dochodziło do anihilacji i rozbłysku gamma rejestrowanego przez GBM.

Trudno policzyć, ile ludzkich wynalazków i technologii jest kopiowaniem bądź naśladowaniem natury. Nic dziwnego, przecież pierwsi ludzie to właśnie na naturze się wzorowali. Ale okazuje się, że wielkie współczesne technologie, o których sądzimy, że są naszym oryginalnym wynalazkiem, również występują w naturze. Naszą dumę z z umiejętności przyspieszania cząstek elementarnych w akceleratorach chyba przyćmi fakt, że akceleratory w naturze występują od dawna. Do tego często tuż nad naszymi głowami. Naturalne akceleratory cząstek przebadał i opisał dr Martin Füllekrug z Wydziału Inżynierii Elektrycznej i Elektronicznej angielskiego Uniwersytetu w Bath. Odkrył on, że tworzą się one naturalnie 40 kilometrów nad ziemią podczas burz. Do swojego powstania potrzebują tylko jednego warunku: aby podczas wyładowania pioruna jednocześnie nad Ziemię dotarły wysokoenergetyczne cząstki promieniowania kosmicznego - ponad chmurami burzowymi tworzy się wówczas gigantyczny akcelerator. Jak powiedział - zdumiewające, że natura tworzy akceleratory cząstek zaledwie parę kilometrów nad naszymi głowami. Kiedy przebadamy je dokładniej, będziemy mieli znacznie lepsze pojęcie, jak dokładnie działają. W badaniach uczestniczył zespół europejskich naukowców z Danii, Francji, Hiszpanii, i Wielkiej Brytanii, a także współpracownik dra Füllekruga z amerykańskiego Narodowego Laboratorium w Los Alamos. Europejscy uczeni obserwowali obszary burzowe przy pomocy kamer, wyszukując wyładowania o mocy dostatecznie dużej, by wywołać zjawisko świecenia powietrza powyżej chmur burzowych, zwane duszkami. Niewielka część takich duszków zbiega się z przebiegiem wiązki przyspieszonych elektronów. Jak to działa? Wysokoenergetyczne promieniowanie kosmiczne wybija z molekuł powietrza elektrony, które są następnie wybijane w górę i przyspieszane przez pole elektryczne, towarzyszące wyładowaniu pioruna. Przyspieszone wolne elektrony łączą się w skoncentrowany strumień cząstek - jak w akceleratorze - i rozchodzą z troposfery (czyli najniższej warstwy atmosfery) do jej górnych części, aż do obszaru bliskiego kosmosu. Tam są więzione i zakrzywiane przez pole radiacyjne Ziemi. Te trwające mgnienie oka zjawiska niosą ze sobą energię porównywalną z mocą małej elektrowni atomowej! Dr Füllekrug wyjaśnia też, w jaki sposób je badano - sztuka polegała na tym, jak określić wysokość takiego naturalnego akceleratora cząstek, było to możliwe dzięki falom radiowym emitowanym przez wiązkę przyspieszanych elektronów. Istnienie towarzyszących zjawisku fal radiowych przewidział dr Robert Roussel-Dupré z Los Alamos, który zajmuje się symulacjami komputerowymi zjawisk. Co ciekawe, zjawisko to przewidziano teoretycznie już dawno. Szkocki naukowiec, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki, Charles Thomson Rees Wilson wspominał o możliwości przyspieszania cząstek ponad chmurami burzowymi w wyniku wyładowań już w roku 1925. W ciągu najbliższych kilku lat pięć planowanych misji kosmicznych (satelity TARANIS, ASIM, CHIBIS, IBUKI oraz FIREFLY) będzie miało wśród swoich zadań dokładne i bezpośrednie badania przyspieszanych tak wysokoenergetycznych strumieni cząstek. Badania będą mieć istotne znaczenie, ponieważ strumienie te stanowią potencjalne zagrożenie dla satelitów. Jak powiedział autor badań: to cudowny przykład współzależności Ziemi i szerokiego Kosmosu. Wyniki badań ogłoszono 14 kwietnia na Narodowym Spotkaniu Astronomicznym Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego (Royal Astronomical Society National Astronomy Meeting) w Glasgow.

Naukowcom z Duke University udało się sfilmować potężne wyładowanie elektryczne, które w czasie burzy przesuwa się w górę, a nie w dół. Od 2001 roku na całym świecie sfotografowano tylko 5 tego typu zjawisk. Zachodzą one dość rzadko. Wyładowania w kierunku jonosfery są znacznie potężniejsze niż te w kierunku Ziemi. Te sfotografowane 9 maja w Północnej Karolinie osiągnęły wysokość ponad 60 kilometrów. Uczonym udało się nagrać 1-sekundową sekwencję wideo i zmierzyć pole magnetyczne, dzięki czemu możliwe będzie prowadzenie badań nad tymi niezwykłymi zjawiskami. Wstępne wyniki pokazują, że siła wyładowania idącego do góry jest podobna do tego, skierowanego w dół. Jednak wyładowania w górę przebiegają znacznie szybciej i na dużo większą odległość, gdyż wyżej powietrze jest mniej gęste. Typowa błyskawica ma średnicę 15 centymetrów i długość 7 kilometrów. Wyładowanie w kierunku jonosfery składa się z wielu "ramion" i przebywa wielokrotnie dłuższą drogę. Naukowcy wciąż nie wiedzą, jakie warunki muszą być spełnione, by powstało wyładowanie do góry. Zjawiska te trudno jest badać, gdyż zachodzą rzadko i bardzo szybko. Uczonym z Duke udało się sfilmować wyładowanie przez przypadek.

Prom kosmiczny Atlantis, który 15 marca miał wystartować w pierwszą z pięciu misji do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, został odesłany do hangaru. Przyczyną jest gwałtowana burza, która uszkodziła zbiornik paliwa. Jak obliczono, w czasie jej trwania grad wielkości piłek do golfa aż 7000 razy uderzył w zbiornik paliwa. Uszkodzeniu została izolacja, w niektórych miejscach na tyle poważnie, że wymaga naprawy przed startem. Inżynierowie NASA sprawdzają, na ile poważne są uszkodzenia. Jeśli będą one zagrażały misji, zbiornik zostanie wymieniony na ten, który przewidziano do lotu zaplanowanego na czerwiec. Wayne Hale, szef programu lotów, poinformował, że w związku z uszkodzeniami start promu zostanie prawdopodobnie przesunięty na koniec kwietnia lub początek maja. Niewykluczone jednak, że misja odbędzie się dopiero w czerwcu. Stanie się tak, jeśli konieczna będzie wymiana zbiornika. W centrum lotów nie ma bowiem zapasowego, a ten przewidziany na czerwiec ma zostać przywieziony w kwietniu. Przygotowanie zbiornika do startu potrwa dwa miesiące. NASA jest szczególnie wyczulona na stan izolacji zbiornika paliwa od 2003 roku, kiedy to kawałek pianki, który oderwał się podczas startu, doprowadził do katastrofy lądującego promu Columbia.