Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Jakby nie było atmosfery. Nowa technologia pozwoli na sprawdzenie Einsteina i komunikację z satelitami

Recommended Posts

Naukowcy z International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) i The University of Western Australia (UWA) we współpracy ze specjalistami z Francuskiego Narodowego Centrum Badań Kosmicznych (CNES) i laboratorium Systèmes de Référence Temps-Espace w Obserwatorium Paryskim ustanowili rekord świata dla najbardziej stabilnej transmisji światła laserowego przez atmosferę.

Wykorzystano przy tym nowatorskie australijskie rozwiązania stabilizacji fazy w połączeniu z zaawansowanymi terminalami optycznymi. Dzięki temu przesłano światło lasera, które nie zostało zakłócone przez obecność atmosfery. "Jesteśmy w stanie korygować turbulencje w 3D, czyli w lewo-prawo, góra-dół oraz, co najważniejsze, wzdłuż trasy promienia. Nasza technologia działa tak, jakby atmosfera nie istniała. Dzięki temu możemy wysłać wysoce stabilny sygnały laserowe o wysokiej jakości", mówi główny autor badań, doktorant Benjamin Dix-Matthews z ICRAR i UWA.

Wynikiem prac zespołu jest stworzenie najbardziej precyzyjnej metody pomiaru upływu czasu w dwóch różnych lokalizacjach.
Doktor Sascha Schediwy w ICRAR-UWA mówi, że osiągnięcie to niesie ze sobą niezwykle ekscytujące możliwości. Jeśli będziemy mieli jeden z takich terminali optycznych na Ziemi, a drugi na satelicie krążącym wokół planety, to możemy zacząć badać podstawy fizyki. Będzie można z niedostępną wcześniej precyzją przetestować ogólną teorię względności Einsteina oraz sprawdzić, czy podstawowe stałe fizyczne podlegają zmianom w czasie.

Jednak nowa technologia znajdzie też bardziej praktyczne zastosowania. Będzie można na przykład udoskonalić satelitarne pomiary zmiany poziomów wód czy odkrywać podziemne złoża minerałów, dodaje Schediwy. Nowy system posłuży też optycznej komunikacji. Nasza technologia może pozwolić na zwiększenie o wiele rzędów wielkości tempa komunikacji optycznej z satelitami. Przyszła generacja satelitów będzie mogła znacznie szybciej otrzymać potrzebne informacje z Ziemi, dodaje.

Technologia, którą właśnie przetestowano, powstała na potrzeby projektu Square Kilometre Array – największego radioteleskopu na świecie.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Krwawienie z naczyń krwionośnych podczas operacji neurochirurgicznych to poważny problem. Krew zasłania pole widzenia i konieczne jest jej usuwanie. Dlatego pole operacyjne, w którym nie pojawiałaby się krew czyniłoby cały zabieg bardziej precyzyjnym i bezpiecznym. Naukowcy z University of Texas w Austin i University of California, Irvine, opracowali właśnie laserową platformę do bezkrwawej resekcji tkanki mózgowej.
      Obecnie podczas zabiegów neurochirurgicznych, by zapewnić dobre pole widzenia, wykorzystuje się ultradźwiękowe aspiratory, po których stosuje się przyżeganie (elektrokauteryzację). Jako jednak, że obie metody stosowane są jedna po drugiej, wydłuża to operację. Ponadto przyżeganie może prowadzić do uszkodzenia części tkanki.
      Specjaliści z Teksasu i Kalifornii wykazali podczas eksperymentów na myszach, że ich nowy laser pozwala na bezkrwawą resekcję tkanki. Ich system składa się z urządzenia do koherencyjnej tomografii optycznej (OCT), które zapewnia obraz w mikroskopowej rozdzielczości, bazującego na iterbie lasera do koagulacji naczyń krwionośnych oraz wykorzystującego tul lasera do cięcia tkanki.
      Maksymalna moc lasera iterbowego wynosi 3000 W, a urządzenie pozwala na dobranie częstotliwości i długości trwania impulsów w zakresie od 50 mikrosekund do 200 milisekund, dzięki czemu możliwa jest skuteczna koagulacja różnych naczyń krwionośnych. Laser ten emituje światło o długości 1,07 mikrometra. Z kolei laser tulowy pracuje ze światłem o długości fali 1,94 mikrometra, a jego średnia moc podczas resekcji tkanki wynosi 15 W. Twórcy nowej platformy połączyli oba lasery w jednym biokompatybilnym włóknie, którym można precyzyjnie sterować dzięki OCT.
      Opracowanie tej platformy możliwe było dzięki postępowi w dwóch kluczowych dziedzinach. Pierwszą jest laserowa dozymetria, wymagana do koagulacji naczyń krwionośnych o różnych rozmiarach. Wcześniej duże naczynia, o średnicy 250 mikrometrów i większej, nie poddawały się laserowej koagulacji z powodu szybkiego wypływu krwi. Mój kolega Nitesh Katta położył podstawy naukowe pod metodę dozymetrii laserowej pozwalającej na koagulowanie naczyń o średnicy do 1,5 milimetra, mówi główny twórca nowej platformy, Thomas Milner.
      Drugie osiągnięcie to odpowiednia metodologia działań, która pozwala na osiągnięcie powtarzalnej i spójnej ablacji różnych typów tkanki dzięki głębiej penetrującym laserom. Jako, że laserowa ablacja jest zależna od właściwości mechanicznych tkanki, cięcia mogą być niespójne, a w niektórych przypadkach mogą skończyć się katastrofalną niestabilnością cieplną. Nasza platforma rozwiązuje oba te problemy i pozwala na powtarzalne spójne cięcie tkanki miękkiej jak i sztywnej, takiej jak tkanka chrzęstna.
      Na łamach Biomedical Optics Express twórcy nowej platformy zapewniają, że w polu operacyjnym nie pojawia się krew, jakość cięcia jest odpowiednia i obserwuje się jedynie niewielkie uszkodzenia termiczne tkanki.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Łazik Perseverance wylądował na Marsie po trwającej ponad pół roku podróży. W tym czasie był narażony na oddziaływanie dużych dawek promieniowania kosmicznego, które dodatkowo mogło zostać gwałtownie zwiększone przez koronalne wyrzuty masy ze Słońca. Na takie właśnie szkodliwe dla zdrowia promieniowanie narażeni będą astronauci podróżujący na Marsa. W przeciwieństwie do załogi Międzynarodowej Stacji Kosmicznej nie będą oni chronieni przez ziemską magnetosferę. Dlatego też wszelkie metody skrócenia podróży są na wagę zdrowia i życia.
      Emmanuel Duplay i jego koledzy z kanadyjskiego McGill University zaprezentowali na łamach Acta Astronautica interesującą koncepcję laserowego systemu napędowy, który mógłby skrócić załogową podróż na Marsa do zaledwie 45 dni.
      Pomysł na napędzanie pojazdów kosmicznych za pomocą laserów nie jest niczym nowym. Jego olbrzymią zaletą jest fakt, że system napędowy... pozostaje na Ziemi. Jedną z rozważanych technologii jest wykorzystanie żagla słonecznego przymocowanego do pojazdu. Żagiel taki wykorzystywałby ciśnienie fotonów wysyłanych w jego kierunku z laserów umieszczonych na Ziemi. W ten sposób można by rozpędzić pojazd do nieosiągalnych obecnie prędkości.
      Jednak system taki może zadziałać wyłącznie w przypadku bardzo małych pojazdów. Dlatego Duplay wraz z zespołem proponują rozwiązanie, w ramach którego naziemny system laserów będzie rozgrzewał paliwo, na przykład wodór, nadając pęd kapsule załogowej.
      Pomysł Kanadyjczyków polega na stworzeniu systemu laserów o mocy 100 MW oraz pojazdu załogowego z odłączanym modułem napędowym. Moduł składałby się z olbrzymiego lustra i komory wypełnionej wodorem. Umieszczone na Ziemi lasery oświetlałby lustro, które skupiałoby światło na komorze z wodorem. Wodór byłby podgrzewany do około 40 000 stopni Celsjusza, gwałtownie by się rozszerzał i uchodził przez dyszę wylotową, nadając pęd kapsule załogowej. W ten sposób, w ciągu kilkunastu godzin ciągłego przyspieszania kapsuła mogłaby osiągnąć prędkość około 14 km/s czyli ok. 50 000 km/h, co pozwoliłoby na dotarcie do Marsa w 45 dni. Sam system napędowy, po osiągnięciu przez kapsułę odpowiedniej prędkości, byłby od niej automatycznie odłączany i wracałby na Ziemię, gdzie można by go powtórnie wykorzystać.
      Drugim problemem, obok stworzenia takiego systemu, jest wyhamowanie pojazdu w pobliżu Marsa. Naukowcy z McGill mówią, że można to zrobić korzystając z oporu stawianego przez atmosferę Czerwonej Planety, jednak tutaj wciąż jest sporo niewiadomych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Gdy przed 10 000 lat ludzkość zajęła się rolnictwem, doprowadziło to nie tylko do olbrzymich zmian społecznych czy politycznych. Zajmowanie pod uprawę coraz większych areałów, pojawienie się w końcu rolnictwa na skalę przemysłową doprowadziło też do zmiany składu atmosfery. Jeśli więc istnieją planety, których mieszkańcy również prowadzą rozwiniętą gospodarkę rolną, to ich atmosfery odczuły skutki takiej działalności. Istnieją w nich sygnatury, które powinien zauważyć Teleskop Webba (JWST).
      Ziemia pokryta jest olbrzymią mozaiką pól uprawnych, doszło do zmiany sposobu odbijania światła przez szatę roślinną ziemi, a pola uprawne – szczególnie z upraw przemysłowych – emitują do atmosfery różnego typu związki chemiczne. Zdaniem grupy astronomów, zmiany takie muszą być widoczne z przestrzeni kosmicznej. I podobne sygnatury są generowane na wszystkich egzoplanetach, gdzie istnieje rozwinięte rolnictwo. W przyszłych badaniach sygnatur cywilizacji technicznych, warto rozważyć możliwość istnienia sygnatur z „egzofarm”, uważa Jacob Haqq-Misra i jego koledzy Blue Marble Space Institute of Science w Seattle.
      Jedną z cech charakterystycznych rolnictwa jest nawożenie pól. Dzięki temu rośliny mają lepszy dostęp do azotu, jednego z podstawowych składowych życia. Podczas produkcji nawozów sztucznych używa się olbrzymich ilości amoniaku. Część z tego amoniaku ucieka do atmosfery. Utrzymuje się w niej jednak zaledwie przed kilka dni. Wykrycie więc amoniaku w atmosferze planety może oznaczać, że jest on tam ciągle dostarczany, a jego źródłem może być rolnictwo.
      Jednak sam amoniak to nie wszystko. Wykorzystywanie amoniaku wiąże się też z pojawieniem się tlenku diazotu (N2O), gazu cieplarnianego utrzymującego się w atmosferze przez ponad 100 lat. Jakby jeszcze tego było mało, rolnictwo jest też wielkim źródłem emisji metanu. Zatem astronomowie, którzy za pomocą JWST będą szukali śladów życia pozaziemskiego, mogą rozejrzeć się za sygnaturami wszystkich trzech związków. A zakres swoich badań mogą znacznie zawęzić, gdyż sygnatury świadczące o istnieniu egzofarm mogą pojawić się tylko na planetach, na których przebiega proces fotosyntezy, zatem w atmosferach takich planet powinny być też widoczne sygnatury H2O, O2 i CO2, mówi Haqq-Misra.
      Z naszych wyliczeń wynika, że jednoczesne wykrycie NH2 i N2O w atmosferze zawierającej H2O, O2 i CO2 może być sygnaturą istnienia dużego areału uprawnego, stwierdzają autorzy badań. I dodają, że Teleskop Webba powinien być w stanie wykryć amoniak występujący w ilości 5 części na milion w atmosferze planety krążącej wokół pobliskiego czerwonego karła, jeśli znajduje się w niej również sporo wodoru. Obecnie stężenie amoniaku w atmosferze Ziemi wynosi około 10 części na milion.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nad odpowiednimi sposobami przyjaznego klimatowi gospodarowania glebą, tak aby wzbogacić ją w huminy – materię organiczną odporną na rozkład mikrobiologiczny – pracuje międzynarodowy zespół naukowy z udziałem Polaków.
      Gleba jest globalnie największym magazynem węgla, który jest wiązany w glebowej materii organicznej. Niestety, trwałość jej na ogół nie jest wysoka, gdyż z czasem przy udziale mikroorganizmów ulega ona mineralizacji, a uwolniony węgiel jest emitowany do atmosfery. Zmiany klimatyczne związane z emisją dwutlenku węgla skłaniają badaczy do szukania sposobów na zwiększenie w glebie zawartości węgla, który jest wiązany w bardziej trwałych formach.Rośliny pobierają dwutlenek węgla z powietrza i wbudowują węgiel w swoje tkanki. Po obumarciu rośliny – w wyniku skomplikowanych procesów biochemicznych – tkanki te przekształcają się w glebową materię organiczną. W ten sposób węgiel jest usuwany z atmosfery i magazynowany w roślinach i glebie.
      Międzynarodowe badania polowe
      Naukowcy wybiorą te metody agrotechniczne, które mogą wpłynąć na optymalną zawartość węgla organicznego w glebie. Określą stabilność glebowej materii organicznej w zależności od warunków gospodarowania w różnych warunkach klimatycznych Europu i USA.
      Mamy dostęp do unikatowych wieloletnich badań polowych prowadzonych przez partnerów na różnych glebach w odmiennych warunkach klimatycznych – mówi kierownik projektu prof. Jerzy Weber z Instytutu Nauk o Glebie, Żywienia Roślin i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu.

      Liderem konsorcjum „SOMPACS – soil management effects on Soil Organic Matter Properties And Carbon Sequestration” jest Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, pozostałe polskie ośrodki zaangażowane w projekt to Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Instytut Agrofizyki PAN w Lublinie, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Uniwersytet Wrocławski oraz Grupa Producentów Rolnych TERRA z Prusic koło Złotoryi.
      Huminy odporne na rozkład
      Badacze sprawdzą, jak różne sposoby użytkowania i uprawiania gleby wpływają na tworzenie się w glebie frakcji najbardziej odpornej na procesy rozkładu. Ta frakcja to tzw. huminy.
      Jak wyjaśnia prof. Jerzy Weber, substancje humusowe zawarte w glebie bada się rozpuszczając je w alkaliach, dzięki czemu mogą być wydzielane jej poszczególne frakcje. Na tej zasadzie uzyskano preparat immunologiczny prof. Tołpy, który na rynku farmaceutycznym zrobił furorę w latach 80. XX wieku.
      Huminy są trudne do badania, bo nie rozpuszczają się w alkaliach. Frakcja ta będzie we Wrocławiu izolowana poprzez usuwanie wszystkich pozostałych składników materiału glebowego metodą opublikowaną przez nas w 2021 roku. Na uniwersytecie Limerick w Irlandii będzie wykorzystywana do tego metoda ekstrakcji, a frakcje uzyskane obu metodami będą analizowane przez wszystkich uczestników międzynarodowego konsorcjum. Będziemy dążyć do określenia w jaki sposób różne użytkowanie gleby wpływa na zawartość i właściwości humin – tłumaczy prof. Weber.
      Przyjazne klimatowi sposoby gospodarowania glebą
      Badacze pobiorą próbki z ośmiu wieloletnich doświadczeń polowych z różnymi systemami gospodarowania glebą na Litwie, we Włoszech, w Irlandii i w Polsce (tu stosowanymi od wieku), a także z najdłuższego na świecie brytyjskiego eksperymentu Broadbalk prowadzonego nieprzerwanie przez od 178 lat.
      Wśród tych systemów jest uprawa konwencjonalna lub bezorkowa, nawożenie mineralne lub organiczne, uprawa z międzyplonami lub bez nich, grunty orne lub użytki zielone oraz gleby uprawiane albo nieuprawiane.
      Eksperymenty będą również prowadzone na polach produkcyjnych, gdzie oprócz stosowanych metod uprawy zastosowane zostaną dodatki stymulujące wzrost korzeni (komercyjne produkty humusowe, biowęgiel, poferment z biogazowni). Wpływ tych dodatków na zawartość i właściwości glebowej materii organicznej zostanie zbadany w doświadczeniach polowych, a także w badaniach inkubacyjnych nad jej rozkładem mikrobiologicznym. Równolegle do pobierania próbek gleby, w doświadczeniach polowych będzie określone plonowanie, a także w warunkach polowych będzie mierzona emisja CO2 z gleby.
      Podstawowe właściwości gleby zostaną uzupełnione analizą aktywności enzymatycznej, badaniem retencji wody w glebie, hydrofobowości gleby i stabilności jej struktury, składu mineralogicznego koloidów glebowych, a także specjalistycznymi badaniami właściwości mikrobiologicznych, w tym genetyki mikrobiomu i mykobiomu – wyjaśnia prof. Weber.
      Najwyższa nagroda w europejskim konkursie
      Projekt międzynarodowego konsorcjum, którego liderem jest Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, został najwyżej oceniony w pierwszym zewnętrznym konkursie The European Joint Programme EJP SOIL Towards climate-smart sustainable management of agricultural soils.
      Celem konkursu jest przyjazne dla klimatu zrównoważone gospodarowanie glebami rolniczymi, co daje możliwość połączenia kwestii zmian klimatycznych z szeroko rozumianym rolnictwem. Z około 80 zgłoszonych projektów do finansowania wybrano 11. Najwyżej oceniono właśnie „SOMPACS”.
      Badania potrwają do 2025. Poza polskimi instytucjami realizować je będzie: University of Limerick z Irlandii, University of Rostock z Niemiec, University of Wyoming w Stanach Zjednoczonych, University of Naples we Włoszech, Vytautas Magnis University i Agricultural Academy w Kownie na Litwie, Rothamsted Research w Harpenden w Wielkiej Brytanii. W Polsce badania będą finansowane przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, które łącznie na ten cel przeznaczyło 200 tysięcy euro.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Astronomowie z MIT uzyskali najdokładniejszy obraz atmosfery nocnej strony egzoplanety znajdującej się w obrocie synchronicznym wokół swojej gwiazdy. Przeszliśmy z etapu badania izolowanych regionów atmosfery egzoplanet, to badania ich takimi jakimi naprawdę są – trójwymiarowymi systemami, mówi Thomas Mikal-Evans, lider grupy badawczej z Kavli Institute for Astrophysics and Space Research.
      Z obrotem synchronicznym mamy do czynienia na przykład w układzie Ziemia-Księżyc. Srebrny Glob, obracając się synchronicznie wokół naszej planety, jest wystawiony w jej kierunku zawsze tą samą stroną. W przypadku wspomnianej planety WASP-121b oznacza to, że po jednej jej stronie panuje wieczny dzień, a po drugiej – wieczna noc.
      WASP-121b to gorący Jowisz odkryty w 2015 roku. Krąży wokół gwiazdy znajdującej się około 850 lat świetlnych od Ziemi. Ma też jedną z najciaśniejszych orbit. Pełny obieg wokół gwiazdy zajmuje planecie około 30 godzin.
      Już wcześniej po dziennej stronie WASP-121b odkryto parę wodną, a naukowcy badali, jak wraz ze wzrostem wysokości zmienia się temperatura atmosfery. Teraz zaś udało się zbadać nocną stronę planety, zmapować zmiany temperatury pomiędzy stroną nocną a dzienną i pokazać, jak temperatury zmieniają się wraz ze wzrostem wysokości. Po raz pierwszy też zbadano przemieszczanie się pary wodnej pomiędzy obiema stronami egzoplanety obracającej się synchronicznie wokół gwiazdy.
      Ziemia, której siły pływowe gwiazdy nie zamknęły w obrocie synchronicznym, doświadcza dnia i nocy, a cykl obiegu wody polega w dużej mierze na parowaniu, kondensacji i tworzeniu chmur oraz opadach.
      Jednak na WASP-121b zachodzą niezwykle dramatyczne zjawiska. Na dziennej stronie, gdzie temperatury przekraczają 2700 stopni Celsjusza, molekuły wody są rozbijane na tworzące je atomy wodoru i tlenu. Wiatry wydmuchują te atomy na stronę nocną. Tam panują niższe temperatury i dochodzi do ponownego utworzenia molekuł wody. Te zaś ponownie wędrują na stronę dzienną i proces się powtarza. Ten gwałtowny cykl obiegu wody jest napędzany przez równie gwałtowne wiatry wiejące wokół planety z prędkością dochodzącą do 18 000 kilometrów na godzinę.
      Jednak wokół planety krąży nie tylko woda. Jej nocna strona jest na tyle chłodna, że powstają tam chmury z żelaza i korundu (Al2O3), minerału tworzącego rubiny czy szafiry. Chmury te mogą również być wypychane na dzienną stronę, gdzie dochodzi do odparowywania minerału. Gdzieś po drodze mogą spaść deszcze. Ale na WASP-121b nie pada woda. Z nieba mogą tam lecież kamienie szlachetne.
      Dzięki tym obserwacjom mamy obraz atmosfery całej planety, cieszy się Mikal-Evans. A obserwacji dokonano za pomocą spektroskopu znajdującego się na pokładzie Teleskopu Hubble'a. Analizuje on światło pochodzące z atmosfery, rozbija je na składowe długości fali i na tej podstawie dostarcza danych, dzięki którym astronomowie mogą określić temperaturę i skład atmosfery. Wielokrotnie w ten sposób obserwowano dzienną stronę różnych egzoplanet. Badanie strony nocnej jest znacznie trudniejsze. Wymaga bowiem śledzenia niewielkich zmian w spektrum światła z planety, do których dochodzi, gdy okrąża ona swoją gwiazdę. Naukowcom z MIT ta sztuka się udała.
      Byli w stanie określić profil temperatury całej atmosfery. Dowiedzieli się, że w najgłębszych warstwach atmosfery po stronie dziennej temperatura nieco przekracza 2200 stopni Celsjusza, a w warstwach najwyższych wynosi ona ponad 3200 stopni. Natomiast po stronie nocnej temperatura warstwy najniższej wynosi nieco ponad 1500 stopni Celsjusza, by w warstwie najwyższej spaść do około 1200 stopni. Model komputerowy użyty do zbadania gradientu temperatur na różnych wysokościach wykazał, że po stronie nocnej mogą istnieć chmury złożone m.in. z żelaza, korundu i tytanu.
      Najgorętsze miejsce planety znajduje się bezpośrednio pod jej gwiazdą, jednak region ten jest przesuwany przez silne wiatry na wschód, zanim ciepło zdąży uciec w przestrzeń kosmiczną. To właśnie z wielkości tego przesunięcia wyliczono prędkość wiatru. Wiejące tam wiatry są znacznie potężniejsze niż ziemski prąd strumieniowy. Prawdopodobnie może on przemieścić chmury wokół całej planety w czasie około 20 godzin, mówi współautor badań, Tansu Daylan.
      Naukowcy już zarezerwowali sobie czas obserwacyjny na Teleskopie Kosmicznym Jamesa Webba. Mają nadzieję, że za jego pomocą będą mogli obserwować nie tylko przemieszczanie się wody, ale i dwutlenku węgla w atmosferze. Ilość węgla i tlenu w atmosferze może znam zdradzić, gdzie dochodzi do formowania się tego typu planet, wyjaśnia Mikal-Evans.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...