Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
W Antarktydę uderzyła potężna cząstka i potwierdziła zjawisko przewidziane 60 lat temu
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z jednych z najlepszych uczelni i instytutów badawczych z USA, Niemiec, Wielkiej Brytanii i Szwecji są pierwszymi, którzy prześledzili w czasie rzeczywistym ruch pojedynczego elektronu podczas całej reakcji chemicznej. Podczas niezwykłego eksperymentu wykorzystali ekstremalnie jasne źródło promieniowania X, Linac Coherent Light Source znajdujące się w SLAC National Accelerator Laboratory. Osiągnięcie to pozwoli lepiej zrozumieć reakcje chemiczne na najbardziej podstawowym poziomie i lepiej kontrolować wyniki takiej reakcji. Taką wiedzę można zaś wykorzystać podczas opracowywania materiałów i technologii przyszłych generacji.
Kluczową rolę w reakcjach chemicznych odgrywają elektrony walencyjne, znajdujące się na najbardziej zewnętrznej powłoce atomu. Ich obrazowanie jest jednak niezwykle trudne. Nie tylko – jak wszystkie elektrony – są niezwykle małe, ale tworzą wiązania chemiczne w czasie femtosekund, biliardowych części sekundy.
Uczeni od lat próbowali zobrazować elektron podczas tworzenia wiązań chemicznych. Dotychczas się nie udawało, gdyż niezwykle trudno jest wyizolować pojedynczy elektron z atomu, a jeszcze trudniej jest śledzić go w czasie femtosekund. Dopiero teraz wyczynu tego dokonał zespół, na którego czele stali Ian Gabalski, doktorant z Uniwersytetu Stanforda, profesor Philip Bucksbaum ze Stanford PULSE Institute oraz profesor Nanna List ze szwedzkiego Królewskiego Instytutu Technologii.
Chcąc śledzić elektrony naukowcy stworzyli pojemnik z gęstym amoniakiem w stanie gazowym i wzbudzili gaz za pomocą ultrafioletowego lasera. W tym momencie włączono LCLS i promieniowanie rentgenowskie trafiło w elektrony i na nich się rozproszyło.
W większości molekuł liczba elektronów powłok wewnętrznych znacznie przewyższa liczbę elektronów walencyjnych. Jednak w niewielkich lekkich molekułach, jak amoniak – przypomnijmy, że składa się on z atomu azotu i trzech atomów wodoru – to elektrony walencyjne mają znaczną przewagę liczbową. A to oznacza, że sygnał pochodzący z promieniowania rentgenowskiego rozproszonego na elektronach walencyjnych jest wystarczająco silny, by obserwować właśnie ten rodzaj elektronów.
Naukowcy już wcześniej wiedzieli, że wzbudzone za pomocą światła molekuły amoniaku przechodzą ze struktury, w której atomy tworzą piramidę, do takiej, w której leżą na jednej płaszczyźnie. W końcu jeden z atomów wodoru wyłamuje się z tej struktury i dochodzi do przegrupowania. Badacze byli teraz w stanie śledzić ruch elektronu związany z tą zmianą struktury.
Zwykle musimy zakładać, jak elektrony walencyjne poruszają się w czasie reakcji, jednak tutaj mogliśmy bezpośrednio zmierzyć ten ruch, mówi Nanna List, która wykonała obliczenia wyjaśniające zarejestrowane dane.
Ian Gabalski tak wyjaśnia znacznie dokonanej obserwacji: Gdy próbujesz zsyntetyzować molekułę nowego leku lub materiału, dochodzi do reakcji chemicznych, które przebiegają zarówno w sposób pożądany, jak i niepożądany. Te niepożądane reakcje skutkują pojawieniem się produktów ubocznych. Jednak gdy rozumiesz, jak to wszystko działa, możesz opracować metodę sterowania reakcją tak, by osiągać tylko oczekiwane rezultaty. To może być potężne narzędzie w całej dziedzinie chemii.
Eksperyment opisano szczegółowo na łamach Physical Review Letters.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Krążący wysoko nad Antarktydą wykrywacz promieniowania kosmicznego, zarejestrował nietypowe sygnały, które wykraczają poza nasze obecne rozumienie fizyki cząstek. ANITA (Antarctic Impulsive Transient Antenna) to zespół wyspecjalizowanych anten, które za pomocą balonu wypuszczane były nad Antarktyką i przez około miesiąc krążyły na wysokości do 40 kilometrów, unoszone przez wiatry obiegające kontynent. Celem eksperymentu jest obserwowanie promieniowania kosmicznego po tym, jak dotarło do Ziemi. W trakcie badań co najmniej 2-krotnie zarejestrowano sygnały, które nie pochodzą od promieniowania odbitego przez lód, a kierunek, z którego napłynęły, nie pozwala wyjaśnić ich pochodzenia na gruncie znanych zjawisk fizycznych.
Sygnały radiowe, które odkryliśmy, nadeszły z bardzo ostrego kąta, około 30 stopni spod powierzchni lodu, mówi profesor Stephanie Wissel. Z obliczeń wynika, że taki sygnał musiałby przejść przez tysiące kilometrów skał, z których zbudowana jest Ziemia, ale wówczas byłby niewykrywalny, gdyż zostałby przez Ziemię zaabsorbowany. To interesujący problem, bo obecnie nie potrafimy wyjaśnić, czym jest ten sygnał. Wiemy jednak, że to najprawdopodobniej nie pochodzi z neutrin, dodaje uczona.
Neutrina to cząstki bardzo pożądane przez naukowców. Niosą ze sobą ogrom informacji. W każdej sekundzie przez nasze ciała przechodzą biliony neutrin i nie czynią nam szkody. Neutrina niemal nigdy nie wchodzą w interakcje, trudno więc je wykryć.
Źródłem neutrin mogą być na przykład wydarzenia, do których doszło miliary lat świetlne od nas. Wykrycie takiego neutrina to dla naukowców okazja, by dowiedzieć się czegoś więcej o wydarzeniu, które było jego źródłem.
ANITA ma wykrywać też neutrina. Została umieszczona nad Antarktyką, gdyż tam istnienie najmniejsze ryzyko zakłócenia jej pracy przez inne sygnały. Unoszony przez balon zespół anten skierowany jest w dół i rejestruje wielkie pęki atmosferyczne odbite od lodu. Wielki pęk atmosferyczny, to wywołana pojedynczą cząstką promieniowania atmosferycznego kaskada cząstek powstających w atmosferze Ziemi.
ANITA rejestruje takie pęki odbite od lodu, naukowcy są w stanie przeanalizować sam pęk, jak i pęk odbity od lodu i na tej podstawie określić, jaka cząstka wywołała pęk. Na podstawie kąta odbicia sygnału można zaś określić jego źródło. I tutaj pojawia się problem, gdyż zarejestrowano też sygnały, których nie można prześledzić do źródła. Kąt ich odbicia jest bowiem znacznie bardziej ostry, niż przewidują istniejące modele.
Naukowcy przeanalizowali dane z wielu przelotów, porównali je z modelami matematycznymi, przeprowadzili liczne symulacje i wykluczyli zakłócenia tła i inne źródła sygnałów. Porównali swoje dane z niezależnie zbieranymi danymi innych instrumentów naukowych, takich jak IceCube Experiment czy Pierre Auger Observatory, by sprawdzić, czy i one odebrały podobne nietypowe sygnały. Okazało się, że nie. Dlatego też Wissel i jej koledzy określają znalezione sygnały jako „nietypowe” i wykluczają, by były one spowodowane przez neutrina. Sygnały nie pasują do standardowych modeli fizyki cząstek. Być może wyjaśnieniem tkwi w mniej popularnych teoriach, z których wynika, że sygnały te mogą pochodzić od ciemnej materii, jednak brak na to dowodów.
Obecnie naukowcy budują nowe urządzenie, PUEO. Będzie ono większe i bardziej czułe. Badacze mają nadzieję, że rzuci ono nowe światło na nietypowe sygnały. Sądzę, że przy powierzchni lodu i blisko horyzontu dochodzi do jakichś interesujących zjawisk związanych z rozprzestrzenianiem się sygnałów radiowych. Nie rozumiemy tego. Sprawdzaliśmy różne hipotezy i do niczego nie doszliśmy. To tajemnica. Bardzo się cieszę na myśl o tym, że powstaje bardziej czułe PUEO. Powinniśmy uchwycić więcej takich anomalii, dzięki czemu być może zrozumiemy, z czym mamy do czynienia, dodaje Wissel.
Źródło: Search for the Anomalous Events Detected by ANITA Using the Pierre Auger Observatory, https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.121003
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Niejednokrotnie słyszeliśmy o zagrożeniach związanych z roztapianiem się lądolodów na biegunach. Takie zjawiska jak podnoszenie się poziomu oceanów czy zmiany zasolenia ich wód istnieją w świadomości opinii publicznej. Jednak, jak się dowiadujemy, zmniejszanie się grubości pokryw lodowych może mieć też wpływ na... wulkanizm.
Warstwy lodu o grubości tysięcy metrów wywierają olbrzymi nacisk na leżące pod nimi skały. Gdy lód topnieje, nacisk się zmniejsza, co powoduje unoszenie się skał. To zaś zmniejsza ciśnienie wewnątrz komór magmowych leżących pod skorupą ziemską.
Allie N. Coonin z Brown University postanowiła zbadać wraz z kolegami wpływ ruchów izostatycznych spowodowanych topnieniem się lodu Antarktydy na Ryft Zachodnioantarktyczny. To jeden z największych ryftów – rowów tektonicznych – na Ziemi. Naukowcy przyjrzeli się związkom zlodowacenia oraz wulkanizmu w czasie dwóch ostatnich zlodowaceń. Na potrzeby badań uczeni wykorzystali model komory magmowej i symulowali zmniejszanie się lądolodu Antarktydy Zachodniej, zmniejszając wirtualnie ciśnienie wywierane na leżące poniżej lodu skały i komorę magmową. Badali, jak zmniejszenie ciśnienia prowadziło do powiększenia się komory. W takim przypadku ciśnienie otaczających komorę skał staje się mniejsze niż ciśnienie gazu w magmie. Tworzą się pęcherzyki, które wypychają magmę i dochodzi do erupcji.
Symulując komory magmowe o różnej wielkości naukowcy zauważyli, że im większa komora, tym bardziej reaguje ona na skutki zmniejszania się pokrywy lodowej. Krytycznym czynnikiem jest tutaj tempo utraty lodu. Uczeni symulowali to zjawisko do maksymalnej prędkości utraty 3 metrów lodu na rok.
Chcąc zweryfikować wyniki uzyskane w trakcie symulacji, naukowcy przyjrzeli się wulkanom andyjskim z Southern Volcanic Zone w Patagonii. Pomiędzy 35 a 18 tysięcy lat temu narosło tam 1600 metrów lodu. W okresie interglacjału lód ten zaczął topnieć. Doszło wówczas do zwiększonej aktywności wulkanów Calbuco, Mocho-Choshuenco i Puyehue-Coron Caulle.
Zwiększenie wulkanizmu spowodowane roztapianiem lądolodu może uruchomić sprzężenie zwrotne, gdy roztapiający się lód będzie prowadził do zmniejszenia ciśnienia w komorze magmowej i erupcji, która z kolei roztopi więcej lodu, co wywoła kolejną erupcję. Nawet gdyby antropogeniczne ocieplenie natychmiast się zatrzymało, to zmniejszenie grubości pokrywy lodowej, jakiej już doświadczył Ryft Zachodnioantarktycznego, będzie wpływało na tamtejsze wulkany przez setki lub tysiące lat, stwierdzają autorzy badań.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Podczas czwartej kampanii prowadzonej w ramach finansowanego przez Komisję Europejską projektu „Beyond EPICA – Oldest Ice” międzynarodowy zespół naukowy skompletował rdzeń lodowy o długości 2800 metrów, sięgając do podłoża skalnego Antarktydy. Tym samym – po raz pierwszy w historii – zdobyto próbki lodu, w których znajdują się niezwykle ważne informacje dotyczące historii ziemskiego klimatu i atmosfery starsze niż 800 tysięcy lat. Rdzeń zawiera zapis historii klimatu w ciągu ostatnich 1,2 miliona lat, a być może jeszcze dłużej.
Wiercenia prowadzono w odległym miejscu zwanym Little Dome C. W projekt zaangażowanych było 12 instytucji naukowych z 10 krajów Europy. Pozyskali oni dziewiczy lód, z którego można będzie wydobyć uwięzione bąbelki powietrza, odczytać informacje o temperaturach i składzie atmosfery na w ciągu wielu tysiącleci.
To historyczny moment dla badań nad klimatem i środowiskiem. To najdłuższy nieprzerwany zapis danych klimatycznych zamkniętych w rdzeniu lodowym. Może on dostarczyć nowych informacji na temat cyklu węglowego i jego związku z temperaturami na planecie, mówi profesor Carlo Barbante z Uniwersytetu Ca'Foscari w Wenecji. Wstępne badania wydobytego rdzenia wskazują, że rdzeń zawiera zapis o wysokiej rozdzielczości. W 1 metrze skompresowanego lodu może być zapisana historia klimatu obejmująca maksymalnie 13 tysięcy lat.
Odpowiednią lokalizację do wierceń wybraliśmy wykorzystując najnowocześniejsze techniki badania lodu falami radiowymi oraz modele płynięcia lodu. Szczególnie imponujący jest fakt, że wykorzystane przez nas technologie wykazały, że na głębokości od 2426 do 2490 metrów powinien znajdować się zapis obejmujący okres od 800 tysięcy do 1,2 miliona lat temu. I tak właśnie było, cieszy się jeden z czołowych ekspertów w tej dziedzinie, profesor Frank Wilhelms z Uniwersytetu w Göttingen i Instytutu Alfreda Wegenera. Ostatnie 210 metrów rdzenia, znajdujące się poniżej lodu zawierającego zapis sprzed ponad 1,2 miliona lat, to stary lód, silnie zdeformowany, który prawdopodobnie uległ wymieszaniu lub ponownemu zamrożeniu. To lód nieznanego pochodzenia. Jego szczegółowe badania pozwolą nam zweryfikować teorie dotyczące zachowania ponownie zamarzającego lodu pod lądolodem Antarktydy i umożliwią lepsze zbadania historii lądolodu Antarktyki Wschodniej, dodaje uczony.
Rdzenie wydobyte podczas „Beyond Epica – Oldest Ice” zostaną przewiezione do Europy na pokładzie lodołamacza Laura Bassi. Podczas transportu będą przechowywane w temperaturze -50 stopni Celsjusza, co jest poważnym wyzwaniem technologicznym i logistycznym. Konieczne było stworzenie wyspecjalizowanych kontenerów i odpowiednie wykorzystanie morskich i powietrznych środków transportowych.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Jeszcze do niedawna Antarktyda była jedynym kontynentem, na którym nie znaleziono bursztynu. Właśnie się to zmieniło. Naukowcy z Alfred-Wegener-Institut (AWI) i TU Bergakademie Freiberg opublikowali na łamach Antarctic Science artykuł, w którym informują o odkryciu najbliższych biegunowi południowemu kawałków bursztynu. Dowodzi to, że około 90 milionów lat temu na Antarktydzie rosły drzewa, z których wyciekała żywica.
Bursztyn znaleziono w rdzeniu pobranym podczas wyprawy badawczej na pokładzie lodołamacza Polarstern w 2017 roku. Rdzeń został pobrany w Zatoce Pine Island z osadów dennych znajdujących się na głębokości 946 metrów. Dokładne współrzędne geograficzne miejsca pochodzenia rdzenia to 73 stopnie 57 minut szerokości geograficznej południowej i 107 stopni 9 minut długości geograficznej zachodniej (73.57°S, 107.09°W).
Żywica znajdowała się w 5-centymetrowej warstwie węgla brunatnego. Po wysuszeniu, węgiel został pokruszony na 1-milimetrowe kawałki i zbadany pod mikroskopem. Właśnie wtedy zauważono liczne fragmenty bursztynu o długości 0,5–1 mm. Miały one barwę od intensywnie żółtej po brązowawą.
Analizowane fragmenty dają nam bezpośredni wgląd w warunki naturalne, jakie 90 milionów lat temu panowały w Zachodniej Antarktyce. To również fascynujące szczegółowe uzupełnienie wiedzy o funkcjonowaniu lasu, który opisaliśmy w Nature w 2020 roku, mówi geolog morski Johann P. Klages z AWI. Widzimy więc, że w pewnym momencie swojej historii każdy z siedmiu współczesnych kontynentów zapewniał warunki do życia drzewom wytwarzającym żywicę. Naszym celem jest dowiedzenie się jak najwięcej o tym lesie. Czy dochodziło tam do pożarów, czy w bursztynie znajdziemy ślady życia. Nasze odkrycie pozwala nam na bezpośrednią podróż w czasie, stwierdza uczony.
Znalezienie bursztynu to kolejny kawałek układanki, dzięki któremu lepiej zrozumiemy bagnisty, pełen drzew iglastych las strefy umiarkowanej, jaki na biegunie południowym istniał we wczesnej kredzie, dodaje Henny Gerschel z TU Bergakademie Freiberg.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.