Bliżej wyjaśnienia słonecznej zagadki. Chłodne ciemne plamy na powierzchni podgrzewają koronę
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Solar Orbiter, misja Europejskiej Agencji Kosmicznej, wyróżniła dwa rodzaje wysokoenergetycznych cząstek wystrzeliwanych ze Słońca i wyśledziła źródła obu rodzajów. O ile oba typy były znane już wcześniej, teraz dzięki misji ESA wiemy, skąd się one biorą i jak powstają. W ten sposób dodatkowo poszerzyliśmy naszą wiedzę o Słońcu, największym akceleratorze cząstek w Układzie Słonecznym, który decyduje o tym, co dzieje się na Ziemi i wokół niej.
Wysokoenergetyczne elektrony pochodzące ze Słońca mają dwa źródła. Jednym są rozbłyski słoneczne, czyli eksplozje mające miejsce na niewielkich obszarach, a drugim źródłem są koronalne wyrzuty masy, czyli duże erupcje. Widzimy wyraźną różnicę pomiędzy gwałtownymi impulsami, gdy wysokoenergetyczne elektrony są wyrzucane z powierzchni Słońca oraz stopniowo rozwijającymi się erupcjami, w wyniku których przez dłuższy czas wyrzucane są różnorodne cząstki, mówi główny autor badań Alexander Warmuth z Instytutu Astrofizyki im. Leibniza w Poczdamie. Teraz mogliśmy podlecieć na tyle blisko Słońca, by zbadać te cząstki na wczesnym etapie powstawania i dokładnie określić czas i miejsce ich narodzin na Słońcu, dodaje uczony.
W czasie badań wykorzystano 8 z 10 instrumentów naukowych Solar Orbitera, a dane zbierano od listopada 2020 do grudnia 2022. Pojazd mierzył cząstki in situ, przelatując przez ich strumienie i jednocześnie obserwując to, co dzieje się na Słońcu oraz zbierając informacje na temat obszaru pomiędzy Słońcem a sobą samym. Orbiter badał cząstki w różnych odległościach od Słońca, co pozwoliło odpowiedzieć na wiele pytań ich dotyczących. Często bowiem, gdy obserwujemy rozbłysk czy koronalny wyrzut masy mija bardzo dużo czasu, zanim wykryjemy wysokoenergetyczne elektrony. Okazuje się, że częściowo dzieje się tak przez sposób ich podróżowania w przestrzeni. Może być to spowodowane opóźnieniem w wystrzeleniu elektronów, ale również opóźnieniem w ich wykryciu. Elektrony na swojej drodze napotykają różne turbulencje, zostają rozproszone itp. itd. A tego typu przeszkody mnożą się, im dalej jesteśmy od Słońca. Więc nie wykrywamy elektronów natychmiast, dodaje Laura Rodríguez-García.
Musimy pamiętać, że przestrzeń w Układzie Słonecznym nie jest pusta. Wypełniona jest wiatrem słonecznym, który niesie ze sobą pole magnetyczne Słońca. Decyduje on, w jaki sposób mogą rozprzestrzeniać się elektrony. Nie podróżują one swobodnie, o tym, jak się przemieszczają decyduje wiatr słoneczny i pole magnetyczne.
Zdobyta właśnie wiedza może okazać się w przyszłości ważna dla bezpieczeństwa na Ziemi i wokół niej. Elektrony związane z koronalnymi wyrzutami masy są zagrożeniem dla satelitów, pojazdów kosmicznych i astronautów. Lepsze zrozumienie tych cząstek pozwoli w przyszłości na stosowanie lepszych metod ochrony.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Virginia Tech wykazali, że lodowy dysk może sam się napędzać na odpowiednio przygotowanej powierzchni, podobnie do kropli wody, na którą działa zjawisko Leidenfrosta. Każdy z nas obserwował, że kropla wody upuszczona na gorącą powierzchnię, odparowuje przez długi czas, poruszając się po powierzchni. Amerykańscy uczeni odkryli, że kawałek lodu może samodzielnie napędzać się na powierzchni o wzorze przypominającym układ rybich ości.
Badaczy z Virginia Tech zainspirowała rozwiązana ledwie przed 11 laty zagadka wędrujących głazów z Racetrack Playa z kalifornijskiej Doliny Śmierci. Tam kry, przesuwające się pod wpływem wiatru, przesuwają kamienie. Jonathan Boreyko postanowił stworzyć takie warunki, by lód samodzielnie się przesuwał. Wraz z zespołem przez trzy lata prowadził eksperymenty. Gdy zaś udało się doprowadzić do samodzielnego ruchu lodowego dysku, przez kolejne dwa lata naukowcy tworzyli model wyjaśniający obserwowane zjawisko.
Kluczem do sukcesu była aluminiowa powierzchnia ponacinana we wzór rybich ości. Wystarczy, że powierzchnia zostanie rozgrzana powyżej temperatury topnienia – nie jest więc potrzebna, jak w zjawisku Leidenfrosta, bardzo wysoka temperatura – by lód zaczął się poruszać. Jest on napędzany przez kierunkowy przepływ wody w nacięciach na powierzchni. Początkowo kawałek lodu rusza bardzo wolno, by gwałtownie przyspieszyć.
Niezwykle interesujące okazało się spryskanie powierzchni aluminium cieczą hydrofobową. Naukowcy spodziewali się, że spowoduje to przyspieszenie lodu. Tymczasem dysk w ogóle się nie przesunął. To pozwoliło badaczom wyjaśnić obserwowane zjawisko. Doszli do wniosku, że na powierzchni pokrytej płynem hydrofobowym woda z roztapiającego się lodu zostaje ściśnięta i lodowy dysk utyka na krawędziach wyżłobień. Woda ciągle płynie kanalikami, ale lód nie jest już w stanie się na niej unosić.
Bez powłoki hydrofobowej woda po jednej stronie lodowego dysku tworzy kałużę, jej obecność powoduje nierównowagę napięcia powierzchniowego po obu stronach lodu, co powoduje, że zaczyna się on poruszać.
Boreyko uważa, że odkryte przezeń zjawisko być może posłuży do celów praktycznych. Wyobraźmy sobie, że wzór na powierzchni tworzy okręgi, a nie proste linie. Wówczas roztapiający się obiekt kręciłby się w kółko. A teram wyobraźmy sobie, że na powierzchni lodu umieszczamy magnesy. One też by się obracały, co można by wykorzystać do produkcji energii, stwierdza uczony.
Badania zostały opublikowane na łamach ACS Applied Materials & Interfaces.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Zwierzęta są nie tylko mieszkańcami Ziemi, ale też jej architektami, kształtującymi krajobraz, w którym żyją. Termity tworzą wysokie kopce i rozległe podziemne korytarze, hipopotamy drążą ścieżki i kanały, a bobry tworzą rozległe mokradła. Dotychczas jednak badania nad zwierzęcymi architektami krajobrazu skupiały się na konkretnych pojedynczych gatunkach. Profesor Gemma Harvey i jej zespół z Queen Mary University w Londynie opublikowali na łamach PNAS pierwszą globalną syntezę wiedzy o takich gatunków. Uczeni zidentyfikowali 603 gatunki, rodzaje i rodziny, które wpływają na procesy toczące się na powierzchni Ziemi.
Setki gatunków owadów, ssaków, ryb, ptaków czy płazów w znaczący sposób kształtują swoje środowisko. Najczęściej są to przykłady bardzo nieoczywiste. Okazuje się na przykład, że łososie podczas tarła przemieszczają tyle osadów, ile przemieszcza się podczas powodzi. Zwierzęta słodkowodne odgrywają zresztą olbrzymią rolę w kształtowaniu środowiska. Mimo, że wody słodkie zajmują jedynie 2,4% powierzchni planety, to żyje w nich ponad 30% ze zidentyfikowanych gatunków zwierzęcych architektów.
Autorzy badań ostrożnie obliczają, że energia włożona przez te gatunki w kształtowanie terenu wynosi co najmniej 76 000 GJ, czyli tyle, co energia setek tysięcy potężnych powodzi. To daje wyobrażenie, jak wielką rolę odgrywają zwierzęta. A jest to liczba z całą pewnością znacząco zaniżona, gdyż mamy poważne luki w wiedzy, szczególnie tej dotyczące obszarów tropikalnych i subtropikalnych, gdzie bioróżnorodność jest naprawdę duża, a liczba przeprowadzonych badań ograniczona.
Dużą rolę w kształtowaniu krajobrazu odgrywają na przykład termity, których kopce w Brazylii pokrywają tysiące kilometrów kwadratowych terenu. Termity czy inni architekci krajobrazu – mrówki – są jednak bardzo rozpowszechnione. Około 1/3 ze wspomnianych w pracy gatunków to gatunki rzadkie, endemiczne lub zagrożone. Jeśli one znikną, dojdzie też do zatrzymania procesów, których są autorami. Będzie to nie tylko strata dla ludzkości, która nigdy nie pozna istoty tych procesów, ale też olbrzymie zagrożenie dla ekosystemów, dla których wiele z tego typu zjawisk odgrywa kluczową rolę.
Nasze badania pokazują, że rola zwierząt w kształtowaniu krajobrazu Ziemi jest znacznie większa, niż sądziliśmy. Od bobrów tworzących mokradła, po mrówki budujące kopce z Ziemi, procesy te mają kluczowe znaczenie dla środowiska. Doprowadzając do utraty bioróżnorodności ryzykujemy ich utratę, mówi profesor Harvey.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Analiza ponad 50 000 gwiazd wykazała, że rozbłyski słoneczne mogą być setki razy potężniejsze, niż najsilniejszy rozbłysk kiedykolwiek zanotowany przez astronomów. Na łamach pisma Science badacze z Instytutu Badań Układu Słonecznego im Maxa Plancka poinformowali, że po przebadaniu 56 540 gwiazd doszli do wniosku, że każda z nich średnio co 100 lat doświadcza gigantycznego rozbłysku. Wyniki badań wskazują, że dotychczas potencjał gwiazd był niedoszacowany. Z danych zebranych przez Teleskop Keplera wynika bowiem, że gigantyczne rozbłyski mają miejsce 10-100 razy częściej niż sądzono.
Już wcześniejszych badań wiadomo było, że na Słońcu może dochodzić do potężnych erupcji. Ich ślady znajdowano w prehistorycznych drzewach i lodzie z lodowców. Jednak na podstawie takich źródeł nie można było stwierdzić, jak często tego typu wydarzenia mają miejsce. Bezpośrednie pomiary ilości promieniowania docierającego ze Słońca na Ziemię potrafimy wykonywać dopiero od kilkudziesięciu lat.
Istnieje jednak inny sposób na zdobycie danych na temat długoterminowego zachowania się Słońca. Współczesne teleskopy kosmiczne obserwują tysiące gwiazd i zbierają dane o zmianach ich jasności. W danych tych widać też potężne rozbłyski. Nie możemy obserwować Słońca przez tysiące lat. Możemy jednak badać zachowanie tysięcy gwiazd bardzo podobnych do Słońca w krótkim okresie czasu. To pozwala nam ocenić, jak często dochodzi do superrozbłysków, mówi współautor badań, profesor Sami Solanki.
Naukowcy z Niemiec, Austrii, USA, Japonii, Finlandii i Francji przeanalizowali dane z 56 450 gwiazd dostarczone w latach 2009–2013 przez Teleskop Kosmiczny Keplera. W sumie Kepler dostarczył nam danych z 220 tysięcy lat aktywności słonecznej, wyjaśnia profesor Alexander Shapiro z Uniwersytetu w Grazu.
Kluczowym elementem był dobór gwiazd jak najbardziej podobnych do naszej. Badacze wybrali więc te, których temperatura powierzchni i jasność były jak najbardziej zbliżone. W czasie badań zidentyfikowano 2889 superrozbłysków, które miały miejsce na 2527 gwiazdach spośród 56 450 wybranych. To oznacza, że każda z gwiazd generuje jeden superrozbłysk w ciągu stu lat. To było zaskakujące. Naukowcy nie spodziewali się, że potężne rozbłyski mają miejsce tak często. Dotychczas bowiem, na podstawie dowodów znalezionych na Ziemi, wydawało się, że dochodzi do nich znacznie rzadziej.
Gdy cząstki z potężnego rozbłysku trafią do ziemskiej atmosfery, dochodzi do wytwarzania mierzalnych ilości pierwiastków promieniotwórczych, takich jak węgiel-14. Pierwiastki te trafiają do naturalnych archiwów, jak pierścienie drzew czy lód w lodowcach. Więc informacje o takim wydarzeniu na Słońcu można odczytać tysiące lat później na Ziemi. W ten sposób naukowcom udało się zidentyfikować 5 ekstremalnych wydarzeń tego typu i 3 kandydatów na rozbłyski. Doszło do nich w ciągu ostatnich 12 tysięcy lat. Z tego też powodu sądzono, że Słońce generuje superrozbłyski raz na około 1500 lat. I o ile wiadomo, ostatnie takie wydarzenie miało miejsce w 775 roku.
Wyniki badań mogą niepokoić. O ile w roku 775 wynikiem skierowanego w stronę Ziemi rozbłysku mógł być niewielki wzrost zachorowań na nowotwory skóry, to współczesna cywilizacja techniczna bardzo boleśnie odczułaby skutki takiego wydarzenia.
Już przed kilkunastu laty amerykańskie Narodowe Akademie Nauk opublikowały raport dotyczący ewentualnych skutków olbrzymiego koronalnego wyrzutu masy, który zostałby skierowany w stronę Ziemi. Takie wydarzenie spowodowałoby poważne perturbacje w polu magnetycznym planety, co z kolei wywołałoby przepływ dodatkowej energii w sieciach energetycznych. Nie są one przygotowane na tak gwałtowne zmiany.
Omawiając ten raport, pisaliśmy, że mogłoby dojść do stopienia rdzeni w stacjach transformatorowych i pozbawienia prądu wszystkich odbiorców. Autorzy raportu stwierdzili, że gwałtowny koronalny wyrzut masy mógłby uszkodzić 300 kluczowych transformatorów w USA. W ciągu 90 sekund ponad 130 milionów osób zostałoby pozbawionych prądu. Mieszkańcy wieżowców natychmiast straciliby dostęp do wody pitnej. Reszta mogłaby z niej korzystać jeszcze przez około 12 godzin. Stanęłyby pociągi i metro. Z półek sklepowych błyskawiczne zniknęłaby żywność, gdyż ciężarówki mogłyby dostarczać zaopatrzenie dopóty, dopóki miałyby paliwo w zbiornikach. Pompy na stacjach benzynowych też działają na prąd. Po około 72 godzinach skończyłoby się paliwo w generatorach prądu. Wówczas stanęłyby szpitale.
Najbardziej jednak przerażającą informacją jest ta, iż taki stan mógłby trwać całymi miesiącami lub latami. Uszkodzonych transformatorów nie można naprawić, trzeba je wymienić. To zajmuje zespołowi specjalistów co najmniej tydzień. Z kolei duże zakłady energetyczne mają na podorędziu nie więcej niż 2 grupy odpowiednio przeszkolonych ekspertów. Nawet jeśli część transformatorów zostałaby dość szybko naprawiona, nie wiadomo, czy w sieciach byłby prąd. Większość rurociągów pracuje bowiem dzięki energii elektrycznej. Bez sprawnego transportu w ciągu kilku tygodni również i elektrowniom węglowym skończyłyby się zapasy. Sytuacji nie zmieniłyby też elektrownie atomowe. Są one zaprojektowane tak, by automatycznie wyłączały się w przypadku poważnych awarii sieci energetycznych. Ich uruchomienie nie jest możliwe przed usunięciem awarii.
O tym, że to nie tylko teoretyczne rozważania, świadczy chociażby fakt, że w marcu 1989 roku burza na Słońcu na 9 godzin pozbawiła prądu 6 milionów Kanadyjczyków. Z kolei najpotężniejszym tego typu zjawiskiem, jakie zachowało się w ludzkiej pamięci, było tzw. wydarzenie Carringtona z 1859 roku. Kilkanaście godzin po tym, jak astronom Richard Carrington zaobserwował dwa potężne rozbłyski na Słońcu, Ziemię zalało światło zórz polarnych. Przestały działać telegrafy, doszło do pożarów drewnianych budynków stacji telegraficznych, a w Ameryce Północnej, gdzie była noc, ludzie mogli bez przeszkód czytać gazety. Igły kompasów poruszały się w sposób niekontrolowany, a zorze polarne było widać nawet w Kolumbii. A pamiętać trzeba, że wydarzenie Carringtona było znacznie słabsze, niż superrozbłyski, o których tutaj mowa.
Obecnie ucierpiałyby nie tylko sieci elektromagnetyczne, ale również łączność internetowa. Na szczególne niebezpieczeństwo narażone byłyby kable podmorskie, a konkretnie zainstalowane w nich wzmacniacze oraz ich uziemienia. Więc nawet gdy już uda się przywrócić zasilanie, problemem będzie funkcjonowanie globalnego internetu, bo naprawić trzeba będzie dziesiątki tysięcy kilometrów kabli.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Z im większą prędkością dwie powierzchnie metalowe przesuwają się po sobie, tym bardziej się zużywają. Okazało się jednak, że przy bardzo dużych prędkościach, porównywalnych z prędkością pocisku wystrzeliwanego pistoletu, proces ten ulega odwróceniu. Szybszy ruch powierzchni prowadzi do ich wolniejszego zużycia.
Gdy dwie metalowe powierzchnie ześlizgują się po sobie, zachodzi wiele złożonych procesów. Krystaliczne regiony, z których zbudowane są metale, mogą ulegać deformacjom, pęknięciom, mogą skręcić się czy nawet zlać. Występuje tarcie i niszczenie powierzchni. Ten niepożądany proces powoduje, że urządzenia się zużywają oraz ulegają awariom. Dlatego też ważne jest, byśmy lepiej zrozumieli zachodzące wówczas procesy. Podczas badań nad tym zjawiskiem naukowcy z Uniwersytetu Technicznego w Wiedniu (TU Wien) i Austriackiego Centrum Doskonałości Tribologii dokonali zaskakującego, sprzecznego z intuicją odkrycia.
W przeszłości tarcie mogliśmy badać tylko w czasie eksperymentów. W ostatnich latach dysponujemy superkomputerami na tyle potężnymi, że możemy w skali atomowej modelować bardzo złożone procesy zachodzące na powierzchniach materiałów, mówi Stefan Eder z TU Wien. Naukowcy modelowali różne rodzaje metalowych stopów. Nie były to doskonałe kryształy, ale powierzchnie bliskie rzeczywistości, złożone niedoskonałe struktury krystaliczne. To bardzo ważne, gdyż te wszystkie niedoskonałości decydują o tarciu i zużywaniu się powierzchni. Gdybyśmy symulowali doskonałe powierzchnie miałoby to niewiele wspólnego z rzeczywistością, dodaje Eder.
Z badań wynika, że przy dość niskich prędkościach, rzędu 10-20 metrów na sekundę, zużycie materiału jest niewielkie. Zmienia się tylko zewnętrzna jego warstwa, warstwy głębiej położone pozostają nietknięte. Przy prędkości 80–100 m/s zużycie materiału, jak można się tego spodziewać, wzrasta. Stopniowo wchodzimy tutaj w taki zakres, gdzie metal zaczyna zachowywać się jak miód czy masło orzechowe, wyjaśnia Eder. Głębiej położone warstwy materiału są ciągnięte w kierunku ruchu metalu przesuwającego się po powierzchni, dochodzi do całkowitej reorganizacji mikrostruktury.
Później zaś na badaczy czekała olbrzymia niespodzianka. Przy prędkości ponad 300 m/s zużycie ocierających się o siebie materiałów spada. Mikrostruktury znajdujące się bezpośrednio pod powierzchnią, które przy średnich prędkościach były całkowicie niszczone, pozostają w większości nietknięte. To zaskakujące dla nas i wszystkich zajmujących się tribologią. Jednak gdy przejrzeliśmy literaturę fachową okazało się, że obserwowano to zjawisko podczas eksperymentów. Jednak nie jest ono powszechnie znane, gdyż eksperymentalnie bardzo rzadko uzyskuje się tak duże prędkości, dodaje Eder. Wcześniejsi eksperymentatorzy nie potrafili wyjaśnić, dlaczego tak się dzieje. Dopiero teraz, dzięki symulacjom komputerowym, można pokusić się o bardziej dokładny opis.
Analiza danych komputerowych wykazała, że przy bardzo wysokich prędkościach w wyniku tarcia pojawia się duża ilość ciepła. Jednak ciepło to jest nierównomiernie rozłożone. Gdy dwa metale przesuwają się po sobie z prędkością setek metrów na sekundę, w niektórych miejscach rozgrzewają się do tysięcy stopni Celsjusza. Jednak pomiędzy tymi wysokotemperaturowymi łatami znajdują się znacznie chłodniejsze obszary. W wyniku tego niewielkie części powierzchni topią się i w ułamku sekundy ponownie krystalizują. Dochodzi więc do dramatycznych zmian w zewnętrznej warstwie metalu, ale to właśnie te zmiany chronią głębsze warstwy. Głębiej położone struktury krystaliczne pozostają nietknięte.
Zjawisko to, o którym w środowisku specjalistów niewiele wiadomo, zachodzi w przypadku różnych materiałów. W przyszłości trzeba będzie zbadać, czy ma ono również miejsce przy przejściu z dużych do ekstremalnych prędkości, stwierdza Eder. Bardzo szybkie przesuwanie się powierzchni metalicznych względem siebie ma miejsce np. w łożyskach czy systemach napędowych samochodów elektrycznych czy też podczas polerowania powierzchni.
Szczegóły badań zostały opublikowane na łamach Applied Materials Today.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.