Nauka To Lubię

Oficjalna strona Tomasza Rożka

Tag: światło

A co gdyby Mars zzieleniał?

Wiadomo, Ziemia jest niebieska a Mars czerwony. Tak przynajmniej te planety wyglądają z kosmosu. Ale czy tak było zawsze? Mars mógł być kiedyś zielony. W końcu wiemy ponad wszelką wątpliwość, że była tam i wciąż jest płynna woda. Jak wyglądałbym Mars, gdyby były na nim rzeki, jeziora, morza i oceany?

Kilkanaście dni temu świat obiegła wiadomość, że na Marsie znaleziono ciekłą wodę. O tym, że na Czerwonej Planecie jest woda – wiedzieliśmy od dawna. Widzieliśmy ją zamarzniętą na biegunach planety. Podejrzewaliśmy, że jest także pod powierzchnią w formie wiecznej zmarzliny. Co więcej, podejrzewaliśmy, że czasami ta woda wypływa małymi strumyczkami z oświetlonych promieniami Słońca zboczy gór i kraterów. Podejrzenia jednak to nie to samo co fakty i niezbite dowody. Dzisiaj wiemy jednak, że – przynajmniej tym razem – podejrzenia były słuszne. Tam rzeczywiście nie tylko była, ale wciąż jest całkiem sporo wody.

Mars jest czerwony, bo pokrywający planetę pył jest bogaty w rdzawego koloru tlenki żelaza. Jeżeli planeta boga wojny kiedykolwiek była zielona to nie z powodu odbijających zielone światło minerałów, tylko z powodu życia. O ile było ono takie samo jak to ziemskie. Życie potrzebuje płynnej wody. Z tym akurat – jak się okazuje – w przypadku Marsa nie ma problemu i najpewniej nigdy nie było. Skąd przypuszczenie, że wody na Marsie kiedyś było znacznie, znacznie więcej niż tej, która znajduje się tam dzisiaj? Wystarczy sprawnym (naukowym) okiem rzucić na powierzchnię Czerwonej Planety. Pełno tam struktur do złudzenia przypominających wyschnięte koryta rzek, wąwozy, strumyki a nawet wodospady. Sam amerykański łazik Curiosity, wylądował w dawnym korycie rzeki, w którym głębokość wody sięgała dwóch metrów. Są też ogromne przestrzenie położone znacznie poniżej średniego poziomu gruntu planety. Te do złudzenia przypominają wyschnięte morza i oceany. Te mniejsze zagłębienia to wypisz wymaluj puste jeziora. A teraz zamknijmy oczy i pofantazjujmy. Jak wyglądałby Mars, gdyby, tak jak na Ziemi, płynnej wody było na nim pod dostatkiem?

mars-kevin-gill-01Wygląda jak Ziemia

Na pewno nie byłby czerwony. Może byłby niebieski, może zielony. Spróbujmy wyobrazić sobie Marsa sprzed miliardów lat. Kevin Gill, amerykański informatyk i entuzjasta astronomii wykorzystując zaawansowaną technologię cyfrową, trójwymiarowe zdjęcia Marsa oraz dokładne pomiary jego topografii stworzył obrazy planety z czasów, gdy – tak jak Ziemia – był ona planetą pełną płynnej wody. Gill poszedł w swoim fantazjowaniu o krok dalej. W swoim komputerowym modelu założył, że na Marsie – gdy była na nim woda – rosła bujna roślinność. I znowu z pomocą przyszła mu technologia cyfrowa. Posiłkując się danymi z Ziemi, marsjańskie drzewa i rośliny „posadził” tam, gdzie dostęp do wody i światła był najłatwiejszy. Autor symulacji wziął nawet pod uwagę wysokość nad poziomem marsjańskiego morza (w wysokich partiach gór roślin nie ma) oraz fakt, że najwyższa średnioroczna temperatura panuje na równiku, a najniższa na biegunach. Także od tego zależy wegetacja. Jeżeli jest woda, jeżeli jest atmosfera, muszą być także chmury. I one zostały naniesione na obraz Marsa z przeszłości. Jak więc wyglądał Mars kiedyś? Jak mógł wyglądać? Prawdę mówiąc prawie tak samo jak Ziemia. Trzeba się mocno przyglądać wirtualnemu obrazowi Marsa by zorientować się, że nie patrzy się na zrobione z orbity zdjęcie Ziemi. Wyżyny i niziny na Marsie występują w podobnych proporcjach co na Ziemi. Na stworzonych w komputerze obrazach widać wyraźnie najdłuższą dolinę w układzie słonecznym – Vallis Marineris – oraz szczyty ogromnych wulkanów Olympus Mons, Pavonis Mons, Ascraeusa Mons i Arsia Mons.

mars-water-2A może go dostosować?

Praca Gill’a nie może być uznana za w pełni naukową. Ale nie ma wątpliwości, że bardzo porusza wyobraźnię. Mars rzeczywiście mógł kiedyś wyglądać tak, jak „zaprojektował” go Kevin Gill. Jego praca w pewnym sensie pokazuje jednak nie tylko przeszłość (przy spełnieniu kilku warunków), ale może pokazywać także przyszłość. Być może w przyszłości ludzie skolonizują Czerwoną Planetę. Jej zaludnienie będzie niemożliwe jeżeli wcześniej planetę odpowiednio dostosujemy. Oczywiście można sobie wyobrazić budowę systemu szklarni w których ludzie, zwierzęta i rośliny będą żyły w równowadze podobnej do tej jaka panuje na Ziemi, ale jednak łatwiej chyba będzie taką równowagę stworzyć nie pod szklanym sufitem, tylko na powierzchni całej planety. Sprawa nie jest prosta i jest całkowicie poza zasięgiem naszych dzisiejszych możliwości, ale może warto zastanowić się nad czymś co niektórzy nazywają terraformowaniem obcych globów. Chodzi o takie ich „przerobienie” czy dostosowanie, by człowiek mógł na nich funkcjonować bez urządzeń technicznych takich jak sztuczna atmosfera w zamkniętej przestrzeni, kombinezony i maski. Jak Marsa przekształcić w Ziemię? Przede wszystkim trzeba na nim stworzyć atmosferę. To – przynajmniej teoretycznie – mogłyby zrobić żyjące na powierzchni gruntu bakterie. Trzeba je więc tam wysłać. Gdyby po setkach tysięcy lat atmosfera rzeczywiście na Marsie powstała, trzeba byłoby ją ogrzać. Wprowadzić do niej gazy cieplarniane tak, by energia słoneczna była na Czerwonej Planecie zatrzymywana. To spowodowałoby wzrost temperatury i „wypłynięcie” spod gruntu lub spłynięcie z biegunów ciekłej wody. Teraz pozostaje obsadzenie planety roślinami i gotowe. Proste prawda? 😉

PS. Woda, która dzisiaj płynie na Marsie jest słona. Prawdę mówiąc, znaleziono ją właśnie po śladach soli. Czy byłaby ona zdatna do picia? Gdyby ją oczyścić, jak najbardziej. Gdyby tego nie zrobić, gdyby spróbować wypić ją taką jaka wypływa ze zboczy, skończyłoby się… jeszcze większym pragnieniem. Spróbuj wypić szklankę mocno posolonej wody.

Zapraszam na profil FB.com/NaukaToLubie (kliknij TUTAJ). To miejsce w którym staram się na bieżąco informować o nowościach i ciekawostkach ze świata nauki i technologii.

 

 

1 komentarz do A co gdyby Mars zzieleniał?

Złapali kwant !!!

Dwójce młodych fizyków, doktorantów Uniwersytetu Warszawskiego, jako pierwszym na świecie udało się sfotografować kwanty, cząstki światła, w bardzo szczególnym momencie – chwili, w której się parują.

Dwójce młodych fizyków, doktorantów Uniwersytetu Warszawskiego, jako pierwszym na świecie udało się sfotografować kwanty, cząstki światła, w bardzo szczególnym momencie – chwili, w której się parują.

Tak, światło składa się z cząstek. A właściwie sprawa jest bardziej złożona. Światło ma cechy fali (podobnej do tej na wodzie), ale wykazuje też cechy korpuskularne. W skrócie mówiąc, jest i falą, i cząstką. Trudno to odnieść do naszej rzeczywistości, bo w makroświecie cechy fali i cząstki wykluczają się. W świecie kwantów nic się nie wyklucza.

Quantum paparazzi spying identical photon pairs

„Łapacze fotonów”, młodzi fizycy z UW, na tym zdjęciu zachowują się jak fotony. Są w dwóch miejscach równocześnie. Obok układu pomiarowego Radosław Chrapkiewicz (po prawej) oraz Michał Jachura (stojący za nim) .

W zasadzie proste 

Cząstki światła nazywają się kwantami. Nie mają masy spoczynkowej, nie da się ich zatrzymać i przyjrzeć im się „na spokojnie”. Przeciwnie, pędzą z prędkościami, które trudno sobie nawet wyobrazić. 300 tys. kilometrów na sekundę! Ile to jest? Odległość między Zakopanem i Trójmiastem (prawie 700 km) światło pokonuje w tysięczne części sekundy. Jak złapać, jak sfotografować coś, co porusza się z taką prędkością? – Układ, który zastosowaliśmy do naszych pomiarów, jest dość złożony, ale sama idea nie jest skomplikowana – powiedział mi Michał Jachura z Uniwersytetu Warszawskiego. – Źródłem fotonów jest fioletowy laser. Padają one na urządzenie, w którym z jednego fotonu powstaje jeden elektron. Następnym elementem jest wzmacniacz powielający ten jeden elektron. Tak powstaje kilka milionów elektronów, które następnie padają na płytkę z fosforu, gdzie powodują błysk światła. Ten błysk rejestrujemy specjalną kamerą – mówi drugi z młodych badaczy, Radosław Chrapkiewicz. – I to w zasadzie wszystko – dodaje. Niektóre elementy układu, w którym udało się złapać fotony, np. wzmacniacz obrazu, to urządzenia wykorzystujące technologię wojskową. Samo sfotografowanie pojedynczej cząstki światła to jednak nie było topowe osiągnięcie Michała i Radka. Im udało się zobaczyć moment, w którym fotony się parowały. Ale zanim o tym, warto powiedzieć trochę o samych fotonach.

Światło wprost ze światłowodu

Światło wprost ze światłowodu. Obiektyw aparatu Radka Chrapkiewicza był skierowany dokładnie w kierunku światłowodu (wyjścia) z lasera femtosekundowego. Ten laser emituje bardzo krótkie błyski światła, których długość nie przekracza 100 fs (femtosekund). Femtosekunda to jedna bilionowa część sekundy. W czasie jednej femtosekundy światło pokonuje drogę sto razy krótszą niż grubość ludzkiego włosa!

Jaki kształt? Jaki kolor?

Fotografia kojarzy nam się z odwzorowywaniem rzeczywistości. Skoro foton dał się sfotografować, można chyba zapytać, jak on wygląda. Zacznijmy od kształtu. Da się go określić? – W jednym pomiarze nie, ale robiąc wiele pomiarów, wiele zdjęć, udaje się to zrobić, choć od razu trzeba powiedzieć, że kształt fotonu nie jest stały. Może się różnić w zależności od tego w jakim otoczeniu się znajduje – tłumaczy Michał. – W naszej aparaturze obserwowaliśmy np. fotony o wydłużonych kształtach, takich trochę jak ołówek, ale udawało nam się także obserwować fotony rozseparowane, czyli takie, w których jeden foton był rozdzielony na dwie części. I to części, które znajdują się od siebie w odległości nawet centymetra – dodaje Radek. A kolor? Tutaj sprawa zaczyna się komplikować jeszcze bardziej. – Foton ma trzy cechy, które nazywamy stopniami swobody – opowiada Michał Jachura.

– Pierwszy to struktura w przestrzeni, czyli w pewnym sensie kształt. Drugi stopień swobody – spektralny – to innymi słowy kolor. Fotony mogą być czerwone, niebieskie, ale możemy mieć fotony w tak zwanej superpozycji, np. fotony białe, składające się z wielu barw dla których określony kolor ustala się dopiero w momencie pomiaru. Ten sam foton mierzony wielokrotnie może mieć różne kolory. Ostatni stopień swobody to polaryzacja, tzn. kierunek, w jakim foton drga. Jeżeli dwa fotony mają identyczne trzy stopnie swobody, nie ma żadnej możliwości, by odróżnić je od siebie – kończy Michał Jachura. Zatem wróćmy do osiągnięcia dwóch doktorantów. Fotografowali oni fotony, które dobierały się w pary. W czasie tego procesu zauważyli, że dwa różne fotony skazane są na samotność. Nawet gdy znajdą się obok siebie, „nie widzą” się i zwykle nie dobierają się w pary. Sytuacja wygląda zupełnie inaczej, gdy fotony są identyczne, to znaczy, gdy wszystkie trzy stopnie swobody dwóch cząstek są takie same. Wtedy powstają pary, które na dodatek są wyjątkowo jednomyślne. Jeden foton „idzie” zawsze tam, gdzie ten drugi. Chociaż trudno powiedzieć, który jest pierwszy, a który drugi, skoro obydwa są identyczne. Łączenie fotonów nazywa się efektem Hong-Ou-Mandela i na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego po raz pierwszy na świecie udało się go sfilmować.

Quantum memory - glowing green

Układ pamięci nowej generacji do komputerów kwantowych. Zielona tuba to pamięć. Za pomocą lasera (czerwona wiązka) w atomach rubidu „zapisywana” jest informacja, która następnie może być odczytywana. Ta pamięć to także dzieło doktorantów z UW.

Nauka podstawowa

Pozostaje tylko znaleźć odpowiedź na pytanie, po co tego typu badania się robi. – Być może kiedyś uda się wyniki naszych eksperymentów wykorzystać w rozwijanych technologiach kwantowych, na razie myślimy jednak o naszych eksperymentach w kategoriach badań podstawowych – mówi Michał Jachura. – Nas bardziej niż kształt samego fotonu interesuje to, jaki kształt będzie miała para fotonów, które zaczną ze sobą interferować, zaczną się na siebie nakładać. To można wykorzystać do zupełnie nowego rodzaju mikroskopii o bardzo wysokiej rozdzielczości. – uzupełnia Radosław Chrapkiewicz.

17 komentarzy do Złapali kwant !!!

Kryształ Wikingów działa !

W każdej legendzie jest trochę prawdy. Od lat naukowcy (i żeglarze) zastanawiali się jak Wikingom udawało się tak skutecznie nawigować w czasie rejsów po morzach północnych, po Atlantyku czy Morzu Śródziemnym. Nie mieli kompasu, mgły często zasłaniały niebo, a w miejscu w którym mieszkali, przez pół roku nie było nocy (więc nie mogli nawigować obserwując gwiazdy).
Legendom o słonecznym kamieniu, którym miał się posługiwać m. in. król Olaf nie dawano wiary. Kamień do nawigacji? Dajcie spokój.

Wikingowie byli w swoim czasie (od roku 900 do roku 1200) panami mórz i oceanów. Byli najdoskonalszymi żeglarzami na Ziemi. W średniowieczu swobodnie pływali nie tylko po morzach północy, ale także po Oceanie Atlantyckim czy po Morzu Śródziemnym. Setki lat przed Kolumbem dotarli też do Ameryki. Od lat naukowcy (i żeglarze) zastanawiali się jak Wikingom udawało się tak skutecznie nawigować w czasach, w których nie znali igły magnetycznej (kompasu). Legendom o słonecznym kamieniu, którym miał się posługiwać m. in. król Olaf nie dawano wiary. Kamień do nawigacji? Dajcie spokój.

Przepuszczą, albo nie

Zrozumienie zasad nawigacji ludów północy było tym trudniejsze, że Wikingowie – z racji miejsca w którym mieszkali, a więc Islandii czy wybrzeży dzisiejszej Szwecji i Norwegii – pływali głównie po morzach północy. To obszary o bardzo dużym zachmurzeniu, a to uniemożliwia astronawigację. Na dalekiej północy, przez pół roku nocy w ogóle nie ma. Często występują też mgły, a linia brzegowa, z powodu lodowców i gór lodowych często się zmienia. I jak w takich warunkach nawigować? Jak wyruszyć tak daleko i – co ważniejsze – wrócić do domu?

Pierwszą osobą, która legendy próbowała zweryfikować legendy był duński archeolog Thorkild Ramskou. Był rok 1967, a Ramskou twierdził, że „sólarsteinn”, czyli tzw. słoneczny kamień istniał naprawdę i był nim szpat islandzki (odmiana kalcytu), występujący powszechnie na Islandii (zajmowanej przez Wikingów). Co to takiego? Fale elekto-magnetyne, w tym światło, mogą być uporządkowane, albo chaotyczne. Źródłem światła uporządkowanego jest np. laser. Za to już zwykła żarówka daje światło, które składa się z fal nieuporządkowanych. Choć nasze oko nie wykrywa polaryzacji, nie widzi czy fala która w nie wpada jest spolaryzowana czy nie, oczy niektórych zwierząt są na to wrażliwe. Np. niektórych owadów. Ponadto w przyrodzie są materiały, które działają jak filtry, i falę „ustawioną” w jednym kierunku przepuszczają, a w innych kierunkach nie.

Jak to sobie wyobrazić?

Gdyby przywiązanym do drzewa (płotu,… czegokolwiek) sznurkiem machać w kierunku góra – dół, powstałaby na nim fala.  Można też sznurkiem machać lewo – prawo. Też mielibyśmy falę. W końcu, sznurkiem można machać raz góra – dół, a raz lewo – prawo. A teraz na drodze sznurka ustawmy w pionie dwie deseczki. Tak, żeby sznurek swobodnie przechodził pomiędzy nim. Deseczki zadziałają jak każdy materiał polaryzujący. Jeżeli są ustawione w pionie, „przepuszczą” tylko falę, która powstanie na sznurze w czasie machania góra – dół. Nie przepuszczą fali lewa – prawa. Identycznie działają niektóre kryształy gdy przepuścić przez nie światło. Przepuszczą tylko te fale, które są zgodne z polaryzacją danego kryształu. Może się też zdarzyć tak, że kryształ nie przepuści światła w ogóle. To bardzo widowiskowe, bo w zależności od położenia kryształu, raz jest on przezroczysty, a za chwilę czarny jak węgiel. Zdaniem – wracając do Wikingów – duńskiego archeologa, Thorkilda Ramskou, takich kryształów używali właśnie Wikingowie do nawigacji. Ciekawa koncepcja, ale gdy powstała, była rozważaniem czysto teoretycznym, nikt jej nie sprawdził.

To działa!

Zresztą kryształów które polaryzują światło jest więcej. Niektóre z nich, (m. in. turmaliny i kordieryty) występują w Skandynawii. Obracanie nimi pozwala stwierdzić z jakiego kierunku padają promienie słoneczne, czyli gdzie jest Słońce, nawet wtedy, gdy zasłania je chmura, albo gdy panuje gęsta mgła.

W 2005 roku naukowcy z Węgier i Szwecji (Gábor Horváth z Uniwersytetu Eötvös w Budapeszcie i Susanne Ĺkesson Lund University) wybrali się z polaryzującym kryształem w rejs lodołamaczem po Oceanie Arktycznym. Rejs trwał kilka dni, w czasie których wielokrotnie panowała pogoda uniemożliwiająca astronawigację. Badacze udowodnili, że niezależnie od pogody, dzięki kryształowi można wyznaczyć strony świata. A to wystarczy by skutecznie pływać po morzach i oceanach (trafiając zawsze tak gdzie chce się trafić). Cztery lata później w czasopiśmie Science opublikowano artykuł napisany przez uczonych z francuskiego Universite de Rennes 1, którzy skonstruowali pełny przyrząd którym mogli posługiwać się Wikingowie. Jego sercem jest właśnie kamień słoneczny czyli „sólarsteinn”. Z pomiarów (a nie szacunków!) jakich dokonali Francuzi wynika, że wyznaczona dzięki kryształom dokładność położenia Słońca może wynieść około 1 proc. Nawet wtedy, gdy Słońce znajduje się już za horyzontem (o ile nie jest jeszcze kompletnie ciemno).

Brak komentarzy do Kryształ Wikingów działa !

Konkurs o energii

W badanie i wdrażanie którego rodzaju energii powinniśmy w Polsce inwestować najwięcej środków i wysiłku. Uzasadnijcie proszę Waszą odpowiedź.

W odcinku  „Ekstremalna energia”, który w serii Megaodkrycia, National Geographic Channel pokaże o godzinie 22.00 w niedzielę 6 grudnia, naukowcy z kilku wiodących światowych ośrodków naukowych opowiedzą, gdzie szukają realnej alternatywy dla pozyskiwania energii z węgla, ropy i gazu. Będzie o ujarzmianiu huraganów, promieni Słońca, o geotermii, fuzji wodorowej i kilku innych pomysłach na „czystą” energię.

A teraz pytanie:

>>> Napiszcie w badanie i wdrażanie którego rodzaju energii powinniśmy w Polsce inwestować najwięcej środków i wysiłku. Uzasadnijcie proszę Waszą odpowiedź.  

Odpowiedzi wpisujcie proszę w komentarzach pod tym tekstem. Trzy najlepsze odpowiedzi zostaną nagrodzone moją najnowszą książką „Człowiek” (no chyba, że ktoś woli poprzednią „Kosmos”). Jeżeli takie będzie życzenie wygranego, chętnie napiszę imienną dedykację. 

Człowiek okłądki_II

 Regulamin konkursu:  https://naukatolubie.pl/regulamin-konkursu/

15 komentarzy do Konkurs o energii

Type on the field below and hit Enter/Return to search

WP2Social Auto Publish Powered By : XYZScripts.com
Skip to content