Naukowe “naj” 2014
Nie chciałem tworzyć jakiejś prostej, typowej listy największych odkryć ubiegłego roku. Byłoby to nużące, a poza tym takie klasyfikacje na pewno w sieci już można znaleźć. Ugryźmy więc temat od nieco mniej formalnej strony.
7 interesujących gwiazd
Czy płonące kule gazu i plazmy mogą fascynować? Owszem, jeśli dostrzeżemy, że każdy z migoczących na niebie anonimowych punkcików kryje własną historię. Aby poznać kilka z nich, zapraszam na przechadzkę po Drodze Mlecznej. Pokażę wam kilka, spośród czterystu miliardów gwiazd, które naprawdę warto poznać.
1. Alfa Centauri – tuż za rogiem
Na dobry początek gwiazda, a dokładniej system gwiezdny, o którym powinien słyszeć każdy. Mowa bowiem o naszym najbliższym sąsiedztwie. Do układu należą aż trzy gwiazdy, w tym dwie o właściwościach bardzo zbliżonych do Słońca i ogrzewająca się w ich blasku, maleńka i ledwie widoczna Proxima Centauri.
Z powodu niewielkiego dystansu (mniej niż 4,5 roku świetlnego) oraz podobieństwa Alfy A i Alfy B do naszej Gwiazdy Dziennej, Alfa Centauri od dekad budzi wśród astronomów wielkie podniecenie. Jeszcze nie tak dawno debatowano nad tym, czy aby tuż pod naszym nosem nie funkcjonuje przyjazny system planetarny. Marzenie mogło ziścić się w roku 2012 gdy wykryto, że w pobliżu drugiej gwiazdy rzeczywiście krąży jakaś planeta. Co lepsze, masę obiektu ochrzczonego mianem Alfa Centauri Bb, oszacowano na niemal identyczną z ziemską, co oznaczało upolowanie planety skalistej, mogącej posiadać atmosferę. Niestety na tym dobre wieści się skończyły. Egzoplaneta okrąża swoją gwiazdę po ekstremalnie ciasnej orbicie, w odległości mniej więcej 6 milionów kilometrów, czyli prawie 10 razy bliżej niż Merkury Słońce. Osoby niemające fetyszu spacerowania po rozżarzonych węglach i kąpieli w lawie, powinny zatem ostudzić swój zapał.
Szkoda, bo ewentualność istnienia drugiej Ziemi akurat tuż za miedzą, mogłaby poważnie zmobilizować ludzkość do większego zaangażowania w zamysł pierwszej misji międzygwiezdnej. Nie zmienia to faktu, że jeśli kiedyś zdecydujemy się odtworzenie czegoś w stylu Projektu Longshot, właśnie Alfa Centauri zostanie naszym pierwszym celem. W końcu to “tylko” jakieś 40 bilionów kilometrów.
2. Wega – kosmiczne jajo
Kolejna stosunkowo bliska gwiazda, leżąca jedyne 25 lat świetlnych stąd. Jednak inaczej niż w przypadku składników Alfa Centauri, Wega znacznie różni się od Słońca. Jest dwukrotnie masywniejsza, prawie pięćdziesiąt razy jaśniejsza i rotuje wokół własnej osi z ogromną prędkością. W efekcie, podczas gdy Słońce jest niemal idealnie okrągłe, Wega przypomina złożone z plazmy jajko.
Mój dodatkowy sentyment budzi rola tej gwiazdy w powieści Kontakt autorstwa Sagana (nadrabiaj jak nie czytałeś: klik!). W książce to właśnie z okolic Wegi wysłano, czy raczej odesłano wiadomość obcej cywilizacji, na której koncentruje się fabuła. Z perspektywy czasu możemy napisać, że astronom wybrał całkiem realistyczne miejsce. Wiele wskazuje na to, iż Wegę rzeczywiście obiegają jakieś planety. Kilka lat temu Teleskop Spitzera zaobserwował nawet zdarzenie interpretowane jako czołowa kolizja dwóch obiektów wielkości Księżyca. Czyżbyśmy mieli do czynienia z młodym systemem, tudzież dyskiem protoplanetarnym?
3. VY Canis Majoris – gigant wśród olbrzymów
Dobra, przejdźmy do czegoś większego. Znacznie, znacznie większego, bo VY Canis Majoris to największa spośród zaobserwowanych gwiazd. Jej średnica może wynosić nawet 3 miliardy kilometrów, a więc być dwa tysiące razy większa od Słońca! Abyście mogli ogarnąć proporcję, przypominam, iż maleńka na tle swojego kosmicznego grzejnika Ziemia jest odeń zaledwie 110 razy mniejsza. Nawet światło potrzebuje ponad dwóch i pół godziny dla pełnego okrążenia tego hiper, naprawdę hiperolbrzyma.
Nie powiem jednak, że mamy do czynienia z wagą ciężką, ponieważ przy swoich gabarytach VY Canis Majoris prezentuje się całkiem zgrabnie, posiadając zaledwie 30 mas Słońca (a znamy znacznie masywniejsze gwiazdy, jak choćby R136a1). Jednak bez względu na małą gęstość olbrzym zasłużył na swoją sławę, a jego śmierć odczuje całe kosmiczne sąsiedztwo. Pozostaje cieszyć się, że super lub nawet hipernowa eksploduje w bezpiecznej odległości prawie 5 tysięcy lat świetlnych od nas.
4. Betelgeza – rozrywkowa gwiazda
Kolejny czerwony olbrzym; o jakąś połowę mniejszy od przywołanej wcześniej Canis Majoris, ale dla nas wcale nie mniej interesujący. Wszystko dlatego, że Betelgeza leży 20 razy bliżej Ziemi niż poprzedniczka, a na dodatek nie najlepiej się trzyma. To klasyczny przykład starej, mocno styranej gwiazdy, która w każdej chwili może zakończyć swój żywot w przerażającej eksplozji supernowej. I tu pojawia się powód czarnej sławy Betelgezy. Pismaki lubiący rozsiewać sensacje chętnie podchwycili temat, przedstawiając najczarniejszy z możliwych scenariuszy, to jest wysterylizowanie Ziemi przez śmiercionośne promieniowanie. Już kiedyś na łamach bloga nawiązywałem do tego problemu, więc tylko powtórzę, iż na 99% znajdujemy się w bezpiecznej odległości aby uniknąć poważnych konsekwencji. Jednakże błysk i tak powinien być na tyle jasny, że przez jakiś czas będziemy cieszyć się nie lada atrakcją na naszym nieboskłonie.
5. HDE 226868 – złowrogie sąsiedztwo
Miałem tu specjalne miejsce dla pochodzącej ze śródmieścia Drogi Mlecznej gwiazdy S2, ale ostatecznie zamiast wałkować ciągle to samo (klik!) wybrałem HDE 226868. Obie bidulki łączy jedno: są trzymane na krótkiej smyczy przez bliskie im czarne dziury. Cały obiekt, znany pod nazwą Cygnusa X1, od początku lat 60. konsternował astrofizyków jako niepokojąco intensywne źródło promieniowania rentgenowskiego. Dzięki uruchomionemu po dziesięciu latach eksperymentowi Uhuru stwierdzono, że moc emitowanych fotonów ulega drastycznym zmianom, co uznano za bardzo szybkie migotanie. Dopiero następne obserwacje udowodniły, że na Cygnusa składają się dwa elementy. Pierwszym jest po prostu duża gwiazda, olbrzym około 15 razy masywniejszy od Słońca; drugim zaś coś małego ale tylko niewiele lżejszego oraz zdolnego do wyprodukowania promieniowania rentgenowskiego.
Badania tego układu były krokiem milowym w historii astrofizyki. Po raz pierwszy przyłapano układ podwójny gwiazda – czarna dziura, których istnienie teoretycy (Jakow Zeldowicz, pamiętamy!) postulowali już wcześniej. HDE 226868 wdała się z niesympatyczną towarzyszką w taniec przytulaniec (odległość mniejsza niż Ziemi od Słońca), dostarczając jej nieprzerwanych dostaw paliwa. Czarna dziura o średnicy nieprzekraczającej 200 kilometrów dosłownie wyrywa z nadolbrzyma materię, która następnie nań opada tworząc gęsty i wysokoenergetyczny dysk akrecyjny, zdolny do emisji promieniowania rentgenowskiego.
6. Nu Scorpii – w kupie siła
Ogromna ilość gwiazd we wszechświecie pozostaje w układach podwójnych, niewiele mniejsza w potrójnych (patrz Alfa Centauri). Okazuje się jednak, że od czasu do czasu można również napotkać systemy cztero, pięcio, sześcio, a nawet siedmio gwiazdowe! Kandydatkami na rekordzistki są AR Kasjopeja oraz oddalony o 400 lat świetlnych Nu Scorpii.
Trudno szczegółowo opisać tak złożony system. Pewnym jest, że na Nu Scorpii składa się co najmniej pięć gwiazd, w tym dwa olbrzymy; resztę składników stanowią zaś ciemniejsze karły. Jeżeli w tych okolicach doszło do narodzin chociażby jednej planety, niebo z jej powierzchni musi prezentować się naprawdę zjawiskowo!
7. Fomalhaut – Sauron patrzy
My podglądamy Fomalhauta, a on nas. Na takie humorystyczne skojarzenie pozwolili sobie astronomowie po uzyskaniu wyraźnego obrazu ekscentrycznego obiektu, przypominającego złowrogie Oko Saurona z Władcy Pierścieni. Co prawda oddalona o 25 lat świetlnych gwiazda nie grzmi I See You!, ale i tak zasługuje na szersze zainteresowanie.
Nietypową otoczkę tworzą ogromne ilości skał i pyłu, otulające gwiazdę dwukrotnie masywniejszą od Słońca. Co jednak najważniejsze, wśród tego kosmicznego gruzowiska zauważono plamkę najprawdopodobniej będącą planetą. Fomalhaut b to tylko bardzo zimny gazowy olbrzym, ale jeśli obserwatorzy mają rację, to mamy do czynienia z pierwszą dostrzeżoną bezpośrednio za pomocą teleskopu planetą pozasłoneczną! Trzeba przyznać, że zobaczenie nieświecącego ciała nie większego od Jowisza, oddalonego o co najmniej 240 bilionów kilometrów, to nie lada wyczyn.
I pomyślcie, że te wszystkie cuda natury zostały zaobserwowane wyłącznie w naszej galaktyce. Jakie olbrzymy, układy wielokrotne i dziwadła zamieszkują odległe wyspy wszechświata?
Polacy, nie gęsi… 7 polskich śladów w kosmosie
Sejm zdecydowaną większością głosów przyjął uchwałę powołującą do życia Polską Agencję Kosmiczną. Społeczeństwo nie wykazuje jednak entuzjazmu, a POLSA wzbudza głównie śmiech i ironiczne komentarze. Czy słusznie?
7 faktów o radzieckim programie kosmicznym
Penetrując terytorium upadłej Rzeszy, zwycięscy alianci natknęli się na plany i prototypy, obok których nie mogli przejść obojętnie. Niemieckie pociski V2 potrafiące przenieść tonę ładunku na odległość kilkuset kilometrów, oznaczały zmianę zasad gry.
Kosmiczne potwory – 5 najbardziej energetycznych zjawisk we wszechświecie
We wszechświecie wszystko lubi jakoś błyskać, promieniować, implodować, wybuchać, pulsować – po prostu emanować energią. Najczęściej jest to energia trudna do ogarnięcia, w sekundę wielokrotnie przewyższająca cały dorobek energetyczny jaki wypracowała i prawdopodobnie jaki zdoła wypracować ludzkość podczas swojego istnienia.
7 ciekawych faktów o Projekcie Manhattan
Projekt Manhattan był prawdziwym ewenementem. Amerykanie zdołali skupić w jednym miejscu najtęższe umysły z całego świata, kierując ich wysiłki na jeden, jasno wyznaczony cel: skonstruowanie bomby, która zakończy wojnę. Oto siedem niekoniecznie znanych faktów na jego temat.
Kwanty w praniu – 7 zastosowań mechaniki kwantowej
Niebywałe, że mimo upływu stu lat badań, słowo “kwant” nadal brzmi jak ciekawostka, słowo zaczerpnięte z fantastyki lub abstrakcyjny przedmiot zainteresowania wąskiej grupy jajogłowych. Tymczasem, macki tej egzotycznej teorii już dawno opuściły filmy science-fiction i wtargnęły do naszego życia codziennego.
Oto tylko niektóre spośród pośrednich i bezpośrednich zastosowań mechaniki kwantowej.
1. Tranzystor
Najpowszechniej występującym pierwiastkiem na Ziemi jest tlen, a drugi krzem. W różnej formie, zawiera go większość skał, gleb i wód podziemnych skorupy ziemskiej. Pospolity materiał zyskał na wartości na początku ubiegłego stulecia, gdy okazało się, że wystarczy dodać trochę fosforu i boru, aby do zyskał on cechy zarówno izolatora jak i przewodnika. Po połączeniu w pary atomów krzemu i fosforu, jeden elektron zawsze pozostaje wolny, pozwalając na przepływ prądu. Znowuż, przy połączeniu atomów krzemu z borem powstaje dziura, przyciągająca swobodne elektrony. Wykorzystując oba typy półprzewodników udało się stworzyć tranzystor — podstawowy element niemal wszystkich urządzeń elektronicznych. Bez tranzystora nie byłoby pralek automatycznych, nowoczesnego radia czy telewizora i przede wszystkim wszechobecnych w dzisiejszym świecie układów scalonych. Bez nich, pewnie musielibyśmy nadal korzystać z nieco nieporęcznych komputerów opartych na lampach elektronowych.
2. Zegar atomowy
Dawne zegary wahadłowe odliczały czas na podstawie równomiernych ruchów wahadła. Zegary atomowe działają na podobnej zasadzie, z tym, że okresowe tykanie zastąpiły drgania pojedynczego atomu cezu lub jonu aluminium. Regularne zjawiska kwantowe nie podlegają tarciu i wielu innym czynnikom zewnętrznym, co zapewnia niezrównaną punktualność. Jeden z zegarów cezowych, znajdujący się w Wielkiej Brytanii, daje gwarancję spóźnienia nie większego niż jedna sekunda na 138 milionów lat. Amerykanie znacznie przebili ten rekord, tworząc maszynę zapewniającą dokładny pomiar czasu przez 3,7 miliardów lat! Po co komu tak piorunująca punktualność? Jak na razie przydała się do pomiaru potwierdzającego założenia ogólnej teorii względności, jak i do synchronizacji systemu GPS.
3. Laser
Kiedy włączamy lampkę, możemy zaobserwować chaotyczną i rozproszoną emisję fotonów. Tego typu światło towarzyszy nam na co dzień i umożliwia chociażby widzenie. Amerykański badacz Theodore Maiman zadał sobie pytanie: co się stanie jeśli wyemitujemy złożone z identycznych fotonów światło spójne? Aby to sprawdzić, Maiman skorzystał ze zjawiska emisji wymuszonej. Popieścił fotonem atomy kryształu rubinu, inicjując coś na kształt reakcji łańcuchowej. Uderzony elektron wchodził w stan wzbudzony, po czym spadał z powrotem do stanu podstawowego, emitując przy tym kolejny foton inicjujący następną reakcję. Kluczem było jednak to, że polaryzacja oraz kierunek ruchu fotonów był taki sam, co pozwalało na stworzenie zwartej wiązki. Nie będzie przesadą jeśli stwierdzę, że dla współczesnych technologii lasery są niemal tak ważne jak światło słoneczne dla żywych organizmów. Spotykamy je wszędzie: od medycyny (korekcja wzroku), przez komputery (odczyt informacji), wojskowość, metalurgię, komunikację, aż po astronomię (optyka adaptacyjna). Pozostaje czekać na broń laserową, podobną do tej jaką posługiwali się ARC Trooperzy z Gwiezdnych Wojen.
4. Ogniwa słoneczne
To niezwykłe, że logiczna przyszłość i rozwiązanie wszelkich problemów energetycznych, towarzyszy Ziemi od początku jej istnienia. Słońce w każdej sekundzie emituje niesamowite, z naszego punktu widzenia, ilości energii, które bezpowrotnie uchodzą w przestrzeń kosmiczną. Energetyka słoneczna rozwija się relatywnie bardzo szybko, jednak wciąż nie przekracza nawet 1% światowej produkcji elektryczności. Nie zmienia to faktu, że najbliższa nam gwiazda ma wielki potencjał, a my prędzej czy później musimy nauczyć się go wykorzystywać. Elektrownie słoneczne opierają swoje działanie na ogniwach fotowoltaicznych, a te z kolei nie mogłyby istnieć gdyby nie kwantowe zjawisko fotoelektryczne. Jego objaśnienie zawdzięczamy samemu Einsteinowi, który zauważył, że skoro światło ma charakter cząsteczkowy, to jego kwanty uderzając w powierzchnię metalu powinny wybijać elektrony generując energię. Właśnie to zjawisko wykorzystują ogniwa słoneczne oraz… kamery video.
5. Kryptografia kwantowa
Kryptografia to nic innego jak utajnianie przesyłanych informacji. W dobie powszechnej informatyzacji, kiedy największe operacje finansowe (nie wspominam już o kwestiach wojskowych) dokonywane są wirtualnie, dziedzina ta nabiera szczególnego znaczenia. Współczesne techniki kryptograficzne oparte są na solidnych, matematycznych algorytmach. Jednakże, jak podnoszą niektórzy znawcy tematu, zabezpieczenia te mogą okazać się wręcz trywialne wraz z nadejściem znacznie wydajniejszych komputerów kwantowych. Światowe systemy bankowe nie mogą sobie pozwolić na takie ryzyko. Z pomocą przychodzi kryptografia kwantowa. Przenoszona przez wiązkę fotonów informacja ma być chroniona przez zasadę nieoznaczoności Heisenberga, co w teorii całkowicie uniemożliwi jej odczytanie “w locie”. Osoba postronna włamująca się do systemu, samą swoją obecnością wpłynie na stan kwantowy cząstek, niszcząc informację. Metoda ta jest o tyle wygodna, że właściwy adresat zorientuje się, że wiadomość została naruszona i ktoś próbował ją przechwycić.
6. PET i MRI
Dzięki odkryciu promieni X przez Wilhelma Röntgena, lekarze zyskali niebywałą możliwość diagnozowania uszkodzeń wewnętrznych ciała bez użycia skalpela. Obecnie podobny efekt można otrzymać dzięki coraz szerzej stosowanej medycynie nuklearnej. Przybiera ona różne postacie, spośród których najciekawsze są badania MRI i PET. Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) polega na użyciu silnego magnesu, który powoduje zwrócenie się spinów atomów badanego ciała w jednym kierunku. Po takim impulsie atomy oddają energię, przy czym najlepiej reagują jądra wodoru (protony) znajdujące się w każdej molekule wody. Znając stężenie życiodajnego płynu w poszczególnych partiach organizmu, możemy je szczegółowo zrekonstruować. MRI jest szczególnie przydatny wtedy, gdy promieniowanie X byłoby już zbyt szkodliwe dla pacjenta. Jeszcze popularniejsza jest analiza obrazu za pomocą tomografii pozytonowej (PET). Polega ona na wstrzyknięciu do ciała substancji radioaktywnej. Podczas jej rozpadu dochodzi do emisji pozytonów, które zderzają się z elektronami obecnymi w organie dzięki czemu powstaje słabe promieniowanie gamma. Niewłaściwe tkanki, np. zaatakowane przez nowotwór, nie reagują tak jak otoczenie co pozwala na ich zidentyfikowanie jako ciemnych plam na zdjęciu. Badanie PET do dziś jest jednym z najlepszych sposobów na wykrywanie guzów, zwłaszcza mózgu, a także wielu innych schorzeń układu nerwowego.
7. Komputer kwantowy
A to już melodia przyszłości. Sformułowane w latach 60. ubiegłego wieku prawo Moore’a, śmiało zakładało, że gęstość tranzystorów w układach scalonych będzie się stale podwajać. Dziś można powiedzieć, że Gordon Moore miał rację, a nasze komputery w ciągu kilkudziesięciu lat pokaźnie zwielokrotniły swoją wydajność, bez potrzeby konstruowania większych urządzeń. Współzałożyciel Intela nie brał jednak pod uwagę faktu, iż po pewnym czasie dotrzemy do kresu fizycznych możliwości klasycznych, krzemowych chipów. Znów z pomocą przychodzi potężny potencjał zjawisk kwantowych. Hipotetyczny komputer kwantowy działałby na zupełnie innej zasadzie niż dzisiejsze urządzenia. W miejscu tradycyjnych tranzystorów pojawią się pojedyncze cząstki, których stany kwantowe będą pełniły rolę podobną do przewodnictwa i izolacji płytek krzemowych. Co ciekawsze, owe drobiny znajdować się będą — podobnie do nieszczęsnego kota Schrödingera — w superpozycji przyjmując stan 0 i 1 jednocześnie (znane nam bity zastąpią kubity). Oznacza to, że obliczenia będą dokonywane we wszystkich wartościach na raz. W 1994 roku badacze z AT&T wykazali, że komputer kwantowy mógłby z marszu rozłożyć na czynniki pierwsze każdą dowolnie dużą liczbę całkowitą. Jak słusznie zauważył Michio Kaku: Obliczenia, które zwykłemu komputerowi zajęłyby wieczność, komputer kwantowy wykonuje niemal natychmiastowo. Optymistycznie możemy zakładać, że już nasze pokolenie powinno doczekać się pierwszych, funkcjonalnych komputerów kwantowych. Zwłaszcza, że coraz śmielsze kroki w tej dziedzinie stawiają wielkie koncerny, z IBM na czele.