Znajdź zawartość

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.

Od uderzenia pioruna psuje się chleb - głosi ludowa mądrość w naszym kraju. W Japonii jest nieco inaczej, mówi się tam, że od uderzenie pioruna grzyby się mnożą. Zważywszy, że Japończycy spożywają ogromne ilości grzybów, może to myślenie życzeniowe? A może jednak nie? Postanowili to sprawdzić badacze z japońskiego Iwate Biotechnology Research Center: Yuichi Sakamoto i Koichi Takaki. Wyniki mogą zdziwić. Oczywiście nie czekano na prawdziwe pioruny, lecz symulowano je uderzeniami prądu. Aż osiem na dziesięć przebadanych gatunków grzybów potrafi podwoić swój plon po impulsie elektrycznym odpowiadającym uderzeniu pioruna - dowiodły czteroletnie badania na Uniwersytecie w Iwate. Najlepsze rezultaty osiągnięto właśnie w przypadku tradycyjnych i popularnych w Japonii gatunków grzybów nameko i shiitake (twardziak japoński). Oczywiście bezpośrednie uderzenie pioruna wypaliłoby wszelką roślinność, więc rozsądnym założeniem badaczy było, że wzrost grzybów - jeśli oczywiście w ogóle następuje - powodowany jest raczej przez osłabiony impuls elektryczny od pobliskiego uderzenia pioruna, wędrujący przez glebę. Tak więc używano odpowiednio niższych napięć. Eksperymentalne poletka wysiewano na kłodach drzewa i traktowano „elektrowstrząsami". Wyniki porównywano z zasiewami kontrolnymi. I rzeczywiście, wyniki okazały się doskonałe. O ile w najlepszych warunkach grzyby nameko dawały plon większy o 80%, o tyle shiitake wręcz podwajały swoją liczebność. Najlepsze rezultaty dawało napięcie od 50 do 100 tysięcy volt. W jaki dokładnie sposób uderzenie prądem skłania grzyby do zwiększonego wzrostu i rozmnażania - nie wiadomo. Autorzy badań spekulują, że może to być reakcja na zagrożenie - większa liczebność zwiększa szanse przeżycia niebezpiecznych warunków. Ustalono jedynie, że bezpośrednio po uderzeniu impulsem elektrycznym zmniejsza się wydzielanie protein i enzymów w strzępce grzyba, by następnie gwałtownie wzrosnąć. Planuje się zaadaptowanie metody do komercyjnych upraw grzybów. Japończycy grzybów spożywają mnóstwo, zapotrzebowanie jest tak duże, że rodzima produkcja nie wystarcza, co roku importują z zagranicy 50 tysięcy ton różnych gatunków. Autorzy badań nie poprzestali na grzybach i rozpoczęli próby podobnego zwiększania plonów innych roślin, między innymi fasoli, czy kapusty. Pierwsze rezultaty podobno są obiecujące.

Fizycy oszacowali, że jeśli w pobliżu samolotu uderzy piorun lub dojdzie do ziemskiego błysku gamma (ang. terrestrial gamma ray flash, TGF), załoga i pasażerowie narażeni są na dawkę promieniowania rentgenowskiego, promieni gamma i elektronów wysokoenergetycznych, która stanowi odpowiednik 400 prześwietleń klatki piersiowej. Naukowcy z Florydzkiego Instytutu Technologii, Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz i Uniwersytetu Florydzkiego podkreślają, że w USA pioruny trafiają w samoloty linii lotniczych raz bądź dwa razy do roku. Nie wiemy, jak często samolot znajduje się dokładnie w takim miejscu, by otrzymać wysoką dawkę promieniowania. Sądzimy, że zdarza się to bardzo rzadko, ale potrzeba kolejnych badań, by ostatecznie wyjaśnić tę kwestię – wyjaśnia prof. Joe Dwyer. Badacze nie przeprowadzali pomiarów na pokładach samolotów. Zamiast tego posłużyli się danymi z satelitów i modelami komputerowymi. Dzięki satelitom w oszacowaniach ujęto TGF, które biorą początek w burzach z piorunami, występujących na wysokościach zarezerwowanych dla pasażerskich odrzutowców. W analizach uwzględniono też pomiary promieniowania rentgenowskiego i gamma, przeprowadzane przy gruncie po uderzeniu naturalnego pioruna i po sztucznym wywołaniu wyładowania po wystrzeleniu w chmurę racy z drutem. Naukowcy sądzą, że pioruny i TGF są powiązanymi zjawiskami, ponieważ obu towarzyszy emitowanie wysokich dawek promieniowania rtg. i γ oraz wyraźny rozbłysk światła. Amerykanie uważają, że wokół rozbłysków na obszarze boiska futbolowego promieniowanie jest na tyle wysokie, by osiągnąć biologicznie istotny poziom. Jeśli samolot znajdzie się gdzieś w pobliżu, wszyscy na pokładzie w ciągu mniej niż jednej milisekundy otrzymają dawkę 10 remów, a to maksymalna dawka ekspozycji na promieniowanie, uznawana za bezpieczną w ciągu całego życia człowieka. Stanowi odpowiednik 400 prześwietleń klatki piersiowej, trzech skanów tomografem komputerowym lub 7500 godzin lotu w normalnych warunkach (wszyscy pasażerowie są narażeni na lekko podwyższony poziom promieniowania kosmicznego). Choć intensywne ziemskie błyski gamma powstają co pewien czas podczas burzy, szansa na bezpośrednie uderzenie przez nie jest mała – zaznacza prof. David Smith, fizyk z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz. Naukowcy zwracają też uwagę na fakt, że piloci unikają lotów przez burze, a to dodatkowo ogranicza prawdopodobieństwo napromieniowania.

Każdego roku od uderzenia piorunem w Brazylii ginie około 80 do 120 osób. Dla porównania w Stanach Zjednoczonych ich liczba wynosi od 60 - 80, a w Niemczech 2 -10. W Brazylii, największym państwie Ameryki Południowej, w ziemię trafia najwięcej błyskawic. Ocenia się, że jest to od 50 do 60 milionów rocznie. Są silnie naładowane i uderzają zawsze w te same miejsca (przeważnie na południu kraju), które w dodatku należą do najbardziej zaludnionych obszarów. Naukowcom udało się ustalić, iż nowy rodzaj błyskawic w porównaniu do tradycyjnych wyładowań jest o wiele bardziej niebezpieczny. Oskar Pinto Júnior, kierownik badań nad „sekundowymi błyskawicami", wyjaśnia, że w Brazylii mamy do czynienia z kombinacją dwóch rodzajów piorunów. Jednym z nich jest błyskawica o natężeniu od 20.000 do około 100.000 amperów, trwająca jedną milisekundę drugim zaś „corrente continua" o ładunku wahającym się między 100 a 200 amperami, ale trwająca prawie pół sekundy. Sekundowe błyskawice wyrządzają ogromne szkody, szczególnie jeśli chodzi o sieć elektryczną i telekomunikacyjną. Porównując oba rodzaje należy dodać, że piorun o silnym ładunku elektrycznym uderzając w drzewo nie powoduje jego zapalenia, zaś błyskawica sekundowa nic z niego nie pozostawia. Badacze Narodowego Instytutu Badań Kosmicznych w São Paulo przypuszczają, że za ten fenomen odpowiada ocieplenie oraz zmiany klimatyczne.

Nokia zaproponowała technologię, która ma ostrzegać ludzi przed... uderzeniami piorunów. Prawdopodobieństwo śmierci z powodu uderzenia piorunem jest niewielkie ale istnieje. Wystarczy wspomnieć, że, jak podaje IMGW, w roku 2001 pioruny zabiły w Polsce co najmniej 20 osób, a w USA co roku ginie w ten sposób około 100 osób. Nokia chce wyprodukować telefon komórkowy, który zawczasu ostrzeże przebywającego na zewnątrz właściciela o niebezpieczeństwie. Fińska firma postanowiła wykorzystać fakt, że wyładowania elektryczne, a nimi są właśnie pioruny, emitują fale radiowe. Każdy z piorunów emituje fale w zakresie od 10 herców do 5 gigaherców. Ich rozprzestrzenianie się można zmierzyć i dzięki temu określić odległość dzielącą urządzenie pomiarowe od miejsca, w które uderzył piorun. W telefonach komórkowych już w tej chwili znajduje się wiele urządzeń i technologii (np. Bluetooth, radio FM, trójzakresowe GSM, Wi-Fi, RFID), które można wykorzystać do pomiaru fal radiowych z piorunów. Wystarczy zainstalować jeszcze oprogramowanie, które dokona niezbędnych obliczeń i ostrzeże nas, jeśli pioruny zaczną uderzać zbyt blisko. Nokia złożyła już odpowiedni wniosek patentowy.