Due to computer problems, this post will be in English. Sorry for that, but I am on a loaned computer at the moment and for the immediately foreseeable future.
So, I recently came across a webpage of a NASAs project, titled: "The Contrail Education Project". It is very nice that NASA has such a page and that is promoting contrail education in general.
The page has some nice educational material on the types of contrails, or how they are formed.
Finally, I found on the webpage references to some really nice videos of air traffic:
And here are some more nice videos of air traffic:
Of course, the best reference on the net on the subject of contrails is Contrail Science, but NASA always has a nice way of approaching public outreach on scientific issues.
Με αφορμή κάποια πρόσφατα άρθρα σχετικά με την πυρηνική ενέργεια και τις επιπτώσεις της, είπα να μαζέψω μερικά λίνκς πάνω στο θέμα.
Ξεκινάω λοιπόν παραθέτοντας το λινκ για ένα άρθρο στο Physics Today πάνω στο θέμα της πυρηνικής ενέργειας. Nuclear power: The only available solution to global warming (Physics Today). Το άρθρο στην ουσία σχολιάζει κάποια θέματα σχετικά με την ασφάλεια και τις προοπτικές της πυρηνικής ενέργειας υπό τη μορφή αποδόμησης 6 μύθων πάνω στο θέμα.
Σχετικά με τον δεύτερο μύθο και το ζήτημα της ασφάλειας της πυρηνικής ενέργειας, πρόσφατα παρουσιάστηκε μια σχετική μελέτη, μια ανάλυση της οποίας μπορεί να βρει κανείς στο άρθρο, Nuclear Power Saves Millions Of Lives (BUSINESS INSIDER), και η οποία δημοσιεύεται στο περιοδικό Environ. Sci. Technol. με τίτλο, Prevented Mortality and Greenhouse Gas Emissions from Historical and Projected Nuclear Power. Τα αποτελέσματα είναι αρκετά ενδιαφέροντα, αν και θα μπορούσε να πει κανείς ότι η μελέτη εμπεριέχει αρκετές απλουστεύσεις. Όπως και να έχει, δίνει μια τάξη μεγέθους η οποία συνοψίζεται στον τίτλο του άρθρου στο Business Insider και είναι ότι η παραγωγή ενέργειας με τα πυρηνικά έναντι του άνθρακα έχει θετικό ισοζύγιο σε ζωές της τάξης των εκατομμυρίων. Αυτό το άρθρο μάλιστα κολλάει με ωραίο τρόπο και με ένα παλαιότερο άρθρο του Scientific American με τίτλο, Coal Ash Is More Radioactive than Nuclear Waste, το οποίο περιγράφει ουσιαστικά το ότι η ραδιενέργεια που διαφεύγει στο περιβάλλον από την καύση άνθρακα είναι τελικά πολύ περισσότερη από την ραδιενέργεια που διαφεύγει από την λειτουργία ενός πυρηνικού εργοστασίου.
Τέλος, στο γενικό κλίμα του πρώτου άρθρου, θέλω να παρουσιάσω και αυτό το βίντεο από μια διάλεξη στο Τμήμα φυσικής της Αθήνας πάνω στο θέμα της παραγωγής πυρηνικής ενέργειας από Accelerator-Driven Systems.
ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ
Δευτέρα 20 Δεκεμβρίου 2010, 13:00-14:00
Κτήριο Φυσικής, Αίθουσα Συνελεύσεων Τμήματος
Ομιλητής: Άγγελος Αγγελόπουλος (Αναπληρωτής Καθηγητής, Τμήμα Φυσικής ΕΚΠΑ)
Τίτλος Ομιλίας: Το ενεργειακό πρόβλημα: Η επιλογή της Πυρηνικής ενέργειας
A subcritical reactor is a nuclear fission reactor that produces fission without achieving criticality. Instead of a sustaining chain reaction, a subcritical reactor uses additional neutrons from an outside source. The neutron source can be a nuclear fusion machine or a particle accelerator producing neutrons by spallation.
Such a device with a reactor coupled to an accelerator is called an Accelerator-Driven System (ADS)...
In nuclear physics, an energy amplifier is a novel type of nuclear power reactor, a subcritical reactor, in which an energetic particle beam is used to stimulate a reaction, which in turn releases enough energy to power the particle accelerator and leave an energy profit for power generation. The concept has more recently been referred to as an accelerator-driven system (ADS)... Accelerator-driven Systems (ADS) and Fast Reactors (FR) in Advanced Nuclear Fuel Cycles
Όλα αυτά έχουν ενδιαφέρον και σε σχέση με την συγκυρία με το θέμα με την ψηφοφορία για το εμπόριο ρύπων στην ευρωπαϊκή ένωση και τα διάφορα απίθανα που ακούγονται για τα φωτοβολταϊκά και τα σχέδια της κυβέρνησης.
Αυτά.
Πάει καιρός από την τελευταία φορά που ανέβασα κάποια ανάρτηση, αλλά δυστυχώς δεν προλαβαίνω να γράψω κάτι. Ούτε και τώρα θα γράψω, αφού απλά θα παρουσιάσω ένα βίντεο (μια σειρά από βίντεο για την ακρίβεια) από μια ομιλία που έδωσε χθες ο Πέτρος Ιωάννου στο χημικό τμήμα με θέμα το κλίμα, τα κλιματικά μοντέλα και την κλιματική αλλαγή.
Το βίντεο είναι συνολικά 100 λεπτά περίπου και είναι όλη η ομιλία με κάποια χαμένα δευτερόλεπτα σε κάποιες αλλαγές. Μετά τα 60-70 λεπτά μου τέλειωσε και η μπαταρία στην καλή κάμερα και το υπόλοιπο είναι από το κινητό, οπότε συγνώμη για την κακή ποιότητα του τελευταίου κομματιού που περιέχει το τέλος της ομιλίας (κατά την γνώμη μου τα ενδιαφέροντα πράγματα είναι στο καλό κομμάτι) και την συζήτηση.
Ο Πέτρος Ιωάννου, σε συνεργασία με τον Θεοχάρη Αποστολάτο, διδάσκει τις Μηχανικές του προπτυχιακού και του μεταπτυχιακού προγράμματος σπουδών, καθώς και τα μη γραμμικά δυναμικά συστήματα του προπτυχιακού και από φέτος και τις εφαρμογές των εισαγωγικών μαθηματικών. Ερευνητικά ασχολείται με την δυναμική των ρευστών και συγκεκριμένα με το πρόβλημα της τύρβης (http://users.uoa.gr/~pjioannou/).
Είναι ένα από τα δυνατά χαρτιά του τμήματος Φυσικής της Αθήνας και έχει εμπνεύσει πολύ κόσμο στις σπουδές του. Καλή διασκέδαση με το βίντεο.
Ομιλητής: Πέτρος Ιωάννου
Θέμα: Κλιματική αλλαγή και περί του κινδύνου από την παγκόσμια θέρμανση του πλανήτη
Άσε που αν το συνδυάσεις και με εμμονές, τότε άστα να πάνε. Φυσικά υπάρχει και ο εγωισμός που λειτουργεί σαν ενισχυτής και παραμορφωτικός φακός ταυτόχρονα, που διαστρεβλώνει την αντίληψη και πετά από το παράθυρο την όποια πιθανότητα κατανόησης. Παλιό λοιπόν το σπορ της διαστρέβλωσης των επιστημονικών ειδήσεων, προκειμένου να υποστηριχθεί σ' αυτή την περίπτωση η εμμονή και η θεματολογία του παρελθόντος, του παρόντος και του μέλλοντος αιώνος αμήν...
Ενα από τα θέματα που είχαν δεχτεί σκληρή κριτική όταν τα παρουσιάζαμε στην εκπομπή "Οι Πύλες του Ανεξήγητου", ήταν αυτό που είχε σχέση με την προσπάθεια ελέγχου του καιρού μέσα από συγκεκριμένες υπερσύγχρονες συσκευές! (...εδώ αναφέρεται σε σχετικές εκπομπές για τα "υπερόπλα" Τέσλα, το HAARP και τα chemtrails φυσικά...)
Δεκάδες "φωστήρες" από αυτούς που νομίζουν ότι κατέχουν την απόλυτη γνώση και αρνούνται ο,τιδήποτε το διαφορετικό, είχαν αντιδράσει έντονα κατηγορώντας μας για "συνωμοσιολογία" και ... επιστημονική φαντασία!
Η όλη ιστορία θυμίζει την φάση με το εξωγήινο βακτηριδιάκι που... δεν ήταν εξωγήινο όμως... Και το παραλήρημα συνεχίζει,
Σήμερα, έρχονται επισήμως επιστήμονες και ανακοινώνουν - ή μήπως το σωστό είναι παραδέχονται;- ότι ένα δυνατό σύγχρονο λέιζερ είναι ικανό να προκαλέσει τεχνητή βροχή!
Ας επιστρέψουμε λοιπόν στην επιστημονική πραγματικότητα, για να ξεχωρίζουμε την μπούρδα από τα γεγονότα. Η εργασία λοιπόν για την οποία γίνεται η όλη κουβέντα, είναι η, Field measurements suggest the mechanism of laser-assisted water condensation (Nature Communications (2011), Article number: 456), και αποτελεί συνέχεια μιας περσινής δουλειάς δημοσιευμένης στο nature photonics, Laser-induced water condensation in air (Nature Photonics 4, 451 - 456 (2010)), στην οποία είχε κάνει αναφορά και το physics world στο άρθρο, Making rain with lasers (physics world). Οι δύο αυτές δουλειές αποτελούν κομμάτια μιας συνολικότερης ερευνητικής προσπάθειας που έχει να κάνει με εφαρμογές των LASERs στην έρευνα στην ατμόσφαιρα. Μια σχετική αναζήτηση στο google scholar για δημοσιεύσεις αυτής της ερευνητικής ομάδας, μας δείχνει ότι οι εφαρμογές προς τις οποίες στοχεύει αυτή η έρευνα αφορούν την δυνατότητα ελέγχου των κεραυνών, την δυνατότητα εκτέλεσης ατμοσφαιρικών μετρήσεων διαφόρων αερολυμάτων από το έδαφος και τελικά την δυνατότητα δημιουργίας σταγόνων βροχής. Ενδεικτικά, κάποιες εργασίες που μπορεί να βρει κανείς επιπλέον των προηγούμενων και στις οποίες γίνετε αναφορά στις παραπάνω εφαρμογές, είναι οι παρακάτω:
ενώ υπάρχει και το άρθρο, Laser-Based Weather Control (Optics & Photonics News, 2010), από τον Αύγουστο του 2010 όπου παρουσιάζονται όλα αυτά με λιγότερο τεχνικό τρόπο. Το τελευταίο άρθρο λοιπόν κλείνει με τους συγγραφείς, Jérôme Kasparian, Ludger Wöste και Jean-Pierre Wolf, να λένε:
Although lighting control or triggering rain on a real scale remain science fiction for now, the spectacular results that the Teramobile team has achieved, both in the laboratory and in the atmosphere, have brought these dreams of humankind closer to reality.
Science fiction ή επιστημονική φαντασία ελληνιστή, μάλιστα... Και γιατί είναι αυτό; Ας δούμε λίγο τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται στις δύο εργασίες στο nature photonics και στο nature communications.
Στην πρώτη εργασία λοιπόν, οι ερευνητές πραγματοποίησαν αρχικά ένα πείραμα σε ελεγχόμενες συνθήκες όπου κατεύθυναν την δέσμη laser μέσα σε έναν θάλαμο φυσαλίδων, στον οποίο παρατήρησαν τα παρακάτω,
Highly reproducible filament-induced water condensation trails were observed with the naked eye when the filaments were launched into the atmospheric cloud chamber at a saturation of $$ \reverse\opaque S=2.3\pm0.7$$ (that is, a relative humidity, $$\reverse\opaque RH=230\pm70\%$$) and a temperature T = -24 C. In ten experiments, we were able to confirm this qualitative observation by recording the corresponding evolution of droplet density and size distribution using a Malvern Spraytec aerosol particle sizer. The particle sizer gave access to particles greater than 2.4 μm only, so the condensation nuclei (CN) and cloud condensation nuclei (CCN) could not be detected. The initial size distribution featured three modes at diameters of 4, 50 and 250 μm.
που σημαίνει ότι σε συνθήκες σχετικής υγρασίας της τάξης του 230% και σε θερμοκρασία -24 C, παρατήρησαν τον σχηματισμό σταγονιδίων με διαμμέτρους στην περιοχή των 4, 5 και 250 μm. Φυσικά υπάρχουν και άλλες λεπτομέρειες σχετικά με την δυναμική των παραγόμενων σταγονιδίων, τις οποίες μπορεί να βρει όποιος ενδιαφέρεται στο άρθρο. Παρόμοια μέτρηση επαναλήφθηκε και με διαφορετικές συνθήκες μέσα στο θάλαμο φυσαλίδων, όπου η θερμοκρασία κυμαινόταν στην περιοχή των 20-60 C και η σχετική υγρασία στην περιοχή του 70-90%. Τα αποτελέσματα σ'αυτή την περίπτωση δεν είναι τόσο ξεκάθαρα, αλλά μετρήθηκε αύξηση στο σκεδαζόμενο φως που υποδεικνύει την δημιουργία σταγονιδίων. Τέλος, το πείραμα επαναλήφθηκε και στην ατμόσφαιρα, όπου
To provide a definitive demonstration of the capability of laser filaments to trigger condensation, not only in controlled laboratory conditions but also in real atmospheric conditions, we performed open-field experiments in the late autumn of 2008 in Berlin, Germany, under conditions of polar air mass, providing a high relative humidity (RH = 90–93%) together with low level of background aerosols (70 km horizontal visibility). The laser was launched vertically into the atmosphere, at a repetition rate of 5 Hz. The filaments were most active between heights of 45 and 75 m. Their strength then decreased over a few tens of metres
beyond this range. The aerosol content of the atmosphere was monitored by LIDAR (light detection and ranging) using a low-power frequency-doubled Nd:YAG laser at 10 Hz repetition rate. This allowed the performance of differential measurements of the changes induced by the terawatt laser pulses preceding the LIDAR pulses. The LIDAR return signals provide range-resolved measurements of the total volume backscattering coefficient β, which comprises a molecular contribution (Rayleigh scattering is subtracted in the data processing) and an aerosol contribution (Mie scattering).
Δηλαδή, σε ατμοσφαιρικές συνθήκες σχετικής υγρασίας περίπου 90%, έγινε προσπάθεια να μετρηθούν μεταβολές στο προς τα κάτω σκεδαζόμενο φως ενός δεύτερου laser (η μέθοδος LIDAR) το οποίο ήταν προσανατολισμένο κατά μήκος της δέσμης των παλμών του πρώτου laser, προκειμένου να διαπιστωθεί αν οι παλμοί προκαλούσαν αλλαγές στην παρουσία αερολυμάτων και σταγονιδίων (τα οποία σκεδάζουν το φως με σκέδαση Mie) μέσα στην ενεργή περιοχή (η οποία βρισκόταν σε ύψος περίπου ανάμεσα στα 45 και 75 μέτρα). Όπως μπορεί να καταλάβει κανείς, μια τέτοια μέτρηση κρύβει πολλές δυσκολίες. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων έδειξαν κάποιο συσχετισμό ανάμεσα στην αύξηση του σκεδαζόμενου φωτός και την πυροδότηση των παλμών του laser (μετρήθηκε αύξηση στον συντελεστή σκέδασης β της τάξης του 0.5% μετά από τους παλμούς του laser, που σύμφωνα με το άρθρο αντιστοιχεί σε τιμές σκέδασης που παρατηρεί κανείς σε συνθήκες ομίχλης, "The latter value -of β- is typical of haze..."), που υποδεικνύει ότι μάλλον οι παλμοί είχαν ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό σταγονιδίων.
Η εργασία κλείνει με το συμπέρασμα:
As a conclusion, we have experimentally demonstrated that selfguided filaments generated by ultrashort laser pulses can assist water condensation, even in an undersaturated free atmosphere. Potential contributing mechanisms include photo-oxidative chemistry and electrostatic effects. The phenomenon provides a new and attractive tool for remote characterization of the humid atmosphere and cloud formation. In addition, it may even provide the potential to influence or trigger water precipitation using continuously operating lasers rather than rockets.
Με λίγα λόγια, το άρθρο απλά παρουσιάζει ένα proof of principle για την δυνατότητα να δημιουργηθούν σταγονίδια νερού στην ατμόσφαιρα με την βοήθεια παλμών laser υψηλής ισχύος. Τίποτα λιγότερο, τίποτα περισσότερο. Τα αποτελέσματα αυτά σχολιάζονται όπως είπα και παραπάνω στο άρθρο του physics world, Making rain with lasers.
Ας δούμε τι λέει και η δεύτερη εργασία που δημοσιεύτηκε πριν λίγες μέρες στο nature communications και πυροδότησε το ιερό ξέσπασμα του δημοσιογράφου.
Η εργασία ξεκινά αναφέροντας στο abstract ότι,
Here we show, using field experiments conducted under various atmospheric conditions, that laser filaments can induce water condensation and fast droplet growth up to several μm in diameter in the atmosphere as soon as the relative humidity exceeds 70%. We propose that this effect relies mainly on photochemical formation of p.p.m.-range concentrations of hygroscopic HNO3, allowing efficient binary HNO3–H2O condensation in the laser filaments.
και συνεχίζει αναφέροντας στα αποτελέσματα ότι,
We investigated atmospheric water condensation initiated by the Teramobile mobile femtosecond–Terawatt laser system operating continuously and generating ~10 filaments over typically 15–20 m. We shielded the latter from wind by an open chamber and sampled the aerosols alternatively at 2 cm distance from the filaments and in background atmospheric conditions. Comparing the corresponding particle densities clearly evidences the laser-induced increase of the particle number in each size class, even far below water vapour saturation. The most spectacular effect is observed on nanoparticles of ~25 nm diameter. For example, at 75% RH, the nanoparticle density typically increased by $$\reverse\opaque 5\times 10^4-10^5 cm^{-3}$$ (3–6 times the background concentration), while 10 μm particles increased by a few particles per litre (up to 30% of background)... Furthermore, these particles do not reevaporate significantly. For example, 25-nm-diameter particles have been observed to last over at least 20 min, limited by the diffusion out of the measurement chamber.
Με λίγα λόγια, η συγκεκριμένη εργασία συνεχίζει και επιβεβαιώνει την δουλειά που ξεκίνησε η ομάδα με την περσινή της δημοσίευση. Σύμφωνα με τα παραπάνω, το πείραμα πραγματοποιήθηκε σε ατμοσφαιρικές συνθήκες, αλλά σε προστατευμένο χώρο από τον άνεμο (που ήταν πρόβλημα στο προηγούμενο πείραμα). Υπήρχε ένας οριζόντιος ανοιχτός θάλαμος, μέσα στον οποίο το laser δημιουργούσε τις συμπυκνώσεις των σταγονιδίων και μετά με άλλα όργανα κάνανε δειγματοληψία των αερίων ($$\reverse\opaque O_3,\;NO_x$$)και των σωματιδίων που είχαν σχηματιστεί και από εκεί βγάζανε τις συγκεντρώσεις των διαφόρων αερίων και τα χαρακτηριστικά των διαφόρων σταγονιδίων. Η πειραματική διάταξη φαίνεται χονδρικά στο παρακάτω σχήμα,
Τα αποτελέσματα λοιπόν σε ότι αφορά την δημιουργία των σταγονιδίων (ένα μεγάλο μέρος της εργασίας αφορά και την δημιουργία των διαφόρων αερίων όπως όζον κλπ.) είναι ότι ακόμα και σε συνθήκες σχετικής υγρασίας 75%, μπορούν να σχηματιστούν σταγονίδια με διαστάσεις της τάξης των μερικών νανόμετρων ($$\reverse\opaque 1nm=10^{-3}\mu m=10^{-6}mm$$) και για την ακρίβεια ο αριθμός τους αυξάνεται από το laser κατά 3-6 φορές σε σχέση με το υπόβαθρο και αυτά τα σωματίδια μπορούν να παραμείνουν σταθερά μέχρι και 20 λεπτά. Για μεγαλύτερα σωματίδια όμως, διαστάσεων μερικών μικρόμετρων, η αύξηση που παρατηρήθηκε στον αριθμό των σωματιδίων δεν ήταν τόσο θεαματική (μόλις μερικά σωματίδια παραπάνω ανά λίτρο, δηλαδή περίπου 30% αύξηση).
Αυτό ήταν λοιπόν το αποτέλεσμα της εργασίας (φυσικά η εργασία δεν παρουσιάζει μόνο αυτά, αλλά σε ότι μας αφορά αυτή είναι χονδρικά η ουσία). Να επισημάνω εδώ ότι μιλάμε για σωματίδια στην περιοχή από 10nm μέχρι 10μm περίπου. Οι σταγόνες της βροχής έχουν διαστάσεις της τάξης του mm (0.1 - 9 mm). Δηλαδή μιλάμε για σταγονίδια 10 ως 10000 φορές μικρότερα, και στην καλύτερη περίπτωση όπου η αύξηση ήταν η μεγαλύτερη είμαστε προς τα 10000 φορές μικρότερα. Δηλαδή είμαστε το πολύ στην περιοχή όπου μιλάμε για κάποιο σχηματισμό νεφών. Μάλιστα.
Πραγματικά, δεν μπορώ να καταλάβω πως κάποιος, ακόμα και αν το τραβήξει από τα μαλλιά, μπορεί να βγάλει από όλα αυτά το συμπέρασμα ότι οι επιστήμονες παραδέχονται ότι μπορούν να προκαλέσουν τεχνητή βροχή και να ελέγξουν το κλίμα...
Εδώ ταιριάζει το πολύ πετυχημένο comic από το SMBC σχετικά με το πως οι δημοσιογράφοι παρουσιάζουν διαστρεβλωμένα τα επιστημονικά νέα (πόσο μάλλον όταν έχουν και προσωπική ατζέντα)
Κλίνοντας και αφού έχω αφιερώσει τον χρόνο για όλα τα παραπάνω, αναρωτιέμαι, ήταν ενδιαφέρουσες οι συγκεκριμένες εργασίες; Ίσως να είναι ενδιαφέρουσες για όσους ασχολούνται με τα lasers, αν και δεν νομίζω ότι θα είναι τόσο οι συγκεκριμένες, όσο οι εργασίες που τις συνοδεύουν και ασχολούνται με τα ίδια τα lasers (και τον μηχανσιμό Kerr για παράδειγμα που έχει να κάνει με την αυτοεστίαση του laser ή εφαρμογές του μηχανισμού όπως αυτή εδώ, "Hawking Radiation from Ultrashort Laser Pulse Filaments", που έχει να κάνει με τα ανάλογα μελανών οπών, αυτά είναι πραγματικά πολύ ενδιαφέροντα πράγματα). Ίσως να είναι ενδιαφέρουσες για όσους ασχολούνται με την ατμόσφαιρα και τους μηχανισμούς δημιουργίας συμπυκνώσεων στην ατμόσφαιρα. Ναι, μάλλον γι' αυτούς θα πρέπει να είναι κάπως ενδιαφέρουσες. Αλλά πραγματικά, νομίζω για κανέναν άλλον, εκτός από αυτούς που βλέπουν συνωμοσίες, υπερόπλα και φαντάσματα.
Πέρα από όλα αυτά, υπήρχε μια πραγματικά "ενδιαφέρουσα επιστημονική είδηση της εβδομάδας", η οποία φυσικά και βιάστηκε σε ότι αφορά τον τίτλο τουλάχιστον από όλα τα ΜΜΕ που σέβονται τον εαυτό τους. Ποια ήταν αυτή; Μα φυσικά το άστρο που "δεν υπάρχει"...
Μπορεί να γράψω κάτι και γι'αυτό, αν και το βλέπω δύσκολο.
Πριν ασχοληθώ με το πραγματικά ενδιαφέρον θέμα αυτής της ανάρτησης, θέλω να ξεπετάξω κάποια τετριμμένα και διαδικαστικά.
---- Trivial ----
Φαίνεται ότι ο κ. Χαρδαβέλλας ενοχλήθηκε από την κριτική που του γίνεται για την ποιότητα και το περιεχόμενο αυτών που πλασάρει στους τηλεθεατές του και αποφάσισε να γράψει ένα editorial στο νέο του site με τίτλο, Τα "ζόμπι" ζουν ανάμεσά μας..., όπου ουσιαστικά λέει:
Όταν πριν 6 χρόνια ξεκινούσα την εκποµπή "Οι Πύλες του Ανεξήγητου", δεν ήξερα και δεν περίµενα δύο πράγµατα:
α)...
β) την ανοησία και τα κακαρίσµατα ορισµένων ..."καµένων εγκεφάλων"(δηµοσιογράφων, που έχουν το βίτσιο να το παίξουν "κουλτουριάρηδες", καθηγητάδων, φωστήρων της επιστήµης και λοιπών συγγενών) που δε χάνουν ευκαιρία να προσπαθούν να απαξιώσουν την εκποµπή και τις δικές µας προσπάθειες να ανοίξουµε µια χαραµάδα στο µέλλον, για καταστάσεις και γεγονότα που η επιστήµη δεν τα δέχεται σήµερα, γιατί δεν έχει τα "εργαλεία" να τα διαπιστώσει.
Έχει πάντα πλάκα όταν οι διάφοροι σκοταδιστές επικαλούνται για να στηρίξουν τις μυθοπλασίες και τις φαντασιώσεις τους, φιγούρες της επιστήμης όπως ο Δαρβίνος, που πέταξε από το μυαλό του την δεισιδαιμονία εξαιτίας του συμπεράσματος στο οποίο τον οδήγησαν οι χειροπιαστές αποδείξεις και η λογική του, η λογική που τόσο αρνείται ο κ. Χαρδαβέλλας.
Λέει και άλλα αστεία στο editorial, όπως το ότι δεν εκτιμάμε το ότι έχει επισκεφθεί 15 φορές το CERN (και ακόμα δεν έχει πάρει μυρωδιά για το τι γίνεται εκεί πέρα και συνεχίζει να παρουσιάζει ηλίθια θέματα στην εκπομπή του, όπως ότι ο Θεός σταματά το CERN) ή το ότι μπήκε στο Πανεπιστήµιο της Οξφόρδης και έδειξε τις έρευνες της έδρας της Παραψυχολογίας (no coment) ή ότι μπήκε στη NASA και έφερε στην εκπομπή του τον κ. Κριµιτζή (κάτι που αμφιβάλω αν θα θέλει να το θυμάται ο κ. Κριμιτζής αν μάθει ότι τον επικαλούνται για να δώσουν κύρος σε εκπομπή που ασχολείται με τα medium, την παραψυχολογία, τα UFO και κάθε άλλη θεωρία συνωμοσίας, όπως τα σχετικά με το 2012) κλπ.
Τέλος πάντων, αρκετά με αυτά trivial, που όμως έδωσαν εν μέρη το έναυσμα. Πάμε στο ζουμί και στην Φυσική που είναι απείρως πιο ενδιαφέρουσα.
Είναι να βγαίνεις από τα ρούχα σου με την προσέγγιση. Ένα πραγματικά πολύ όμορφο θεματάκι, με πολύ ενδιαφέρουσα και όμορφη Φυσική, να παρουσιάζεται σχεδόν σαν θεωρία συνωμοσίας του τύπου της κοίλης Γης και με μία στάση... "πάρ' τα μωρή επιστήμη που δεν μπορείς να εξηγήσεις τίποτα".
Ας το πάρουμε όμως με την σειρά και ας προσπαθήσουμε να πούμε μερικά ενδιαφέροντα πραγματάκια πάνω στο θέμα.
Η πηγή του θέματος, είναι κατά πάσα πιθανότητα η ανακοίνωση της NASA από το 2007, Cassini Images Bizarre Hexagon on Saturn, η οποία ασχολείται με τις πρώτες εικόνες του φαινομένου από το Cassini. Στις παρακάτω φωτογραφίες φαίνεται το φαινόμενο σε όλο του το μεγαλείο.
Η όλη ιδέα είναι ότι αυτό που βλέπουμε είναι ουσιαστικά ένας κυκλώνας που περικλείει τον Βόριο πόλο του Κρόνου, μια "πολική δίνη". Έχουμε δηλαδή μια ροή υλικού σε ένα, ας πούμε, jet το οποίο όμως επιδεικνύει το επιπρόσθετο ενδιαφέρων χαρακτηριστικό ότι αντί να ακολουθεί το ρευστό μια ομαλή καμπύλη, η καμπύλη αυτή σπάει σε ευθύγραμμα τμήματα τα οποία τελικά σχηματίζουν ένα πολύγωνο και συγκεκριμένα ένα εξάγωνο και αυτός ο σχηματισμός παραμένει σταθερός στο χρόνο. Φυσικά αυτό εκ πρώτης όψεως φαίνεται αρκετά περίεργο και αντι-διαισθητικό. Αλλά...
Το φαινόμενο των "πολικών δινών" δεν είναι αποκλειστικό προνόμιο του Κρόνου, όπως υποδεικνύει το άρθρο, Saturn's south polar vortex compared to other large vortices in the Solar System. Παρόμοιοι σχηματισμοί παρατηρούνται και αλλού, ακόμα και στη Γη, αν και δεν παρουσιάζουν πολυγωνικό σχήμα. Παρόμοιας δομής σχηματισμοί, τύπου "πολικής δίνης", μπορούν να βρεθούν και σε μικρότερη κλίμακα στους κοινούς κυκλώνες που έχουμε στη Γη, χωρίς εκεί να περικλείεται κάποιος πόλος. Οι κυκλώνες όμως, δεν είναι πάντα κυκλικοί; Όχι ακριβώς. ας τα πάρουμε όμως ένα ένα.
Το ερώτημα είναι λοιπόν, πως μπορείς από μια κυκλική (κυκλωνική) ροή να πάρεις ξαφνικά ένα σχήμα που να μοιάζει με κάποιο πολύγωνο; Η απάντηση είναι, με την βοήθεια κάποιας αστάθειας του ρευστού. Είναι συνηθισμένο φαινόμενο όταν έχουμε ένα ρευστό, στο οποίο αλλάζουν οι συνθήκες, αυτό να παρουσιάζει αστάθειες και αλλαγές που έχουν σχέση με μετάβαση από μία κατάσταση ισορροπίας σε μία άλλη. Είχα μαζέψει παλιότερα διάφορα εντυπωσιακά videos με αστάθειες των ρευστών, τα οποία μπορείτε να δείτε παρακάτω:
Το πρώτο βίντεο παραπάνω, δείχνει μια πολύ διάσημη αστάθεια, την αστάθεια Kelvin-Helmholtz, η οποία εμφανίζεται όταν έχουμε δύο ρευστά τα οποία έχουν μια κοινή επιφάνεια. Αρχικά η ροή ξεκινά ομαλά, αλλά μετά από λίγο μπορεί να δει κανείς κάτι μικρά κυματάκια να εμφανίζονται, τα οποία μεγαλώνουν και καταλήγουν τελικά σε δίνες που ανακατεύουν το υλικό. Αυτό συμβαίνει επειδή ενεργοποιείται κάτω από τις συγκεκριμένες συνθήκες του πειράματος η αστάθεια Kelvin-Helmholtz, η οποία συνεχίζει να τροφοδοτείται μέχρι να ανακατευτούν τα δύο υγρά.
Ένα άλλο παράδειγμα, που ήταν και η πρώτη πειραματική μέτρηση του φαινομένου από τον Reynolds την δεκαετία του 1880, είναι η ροή μέσα σε έναν σωλήνα, που φαίνεται στο παρακάτω βίντεο:
Αρχικά η ροή είναι στρωτή, όπως φαίνεται από την πράσινη γραμμή μπογιάς στο κέντρο του σωλήνα που είναι ευθύγραμμη και ομαλή. Για τις δεδομένες συνθήκες, δηλαδή τη γεωμετρία του σωλήνα, τα χαρακτηριστικά του ρευστού και την ταχύτητα της ροής (όλα αυτά καθορίζουν τον αριθμό Reynolds), η στρωτή ροή είναι η κατάσταση ισορροπίας του συστήματος. Καθώς όμως αυξάνεται η ταχύτητα της ροής, κάποια στιγμή παρατηρούμε ότι αρχίζουν να δημιουργούνται κυματισμοί στην γραμμή από μελάνι και μετά από λίγο η ροή σταματά να είναι ομαλή και γίνεται τυρβώδης. Αυτό είναι ένα φαινόμενο που το παρατηρούμε σε τέτοια προβλήματα, δηλαδή ενώ σε κάποιο εύρος παραμέτρων παρατηρούμε μία κατάσταση, όταν κάποια από τις παραμέτρους περάσει κάποια κρίσιμη τιμή, η προηγούμενη κατάσταση γίνεται ασταθής και το σύστημα πάει σε μια νέα ευσταθή κατάσταση. Τώρα, πως σχετίζονται όλα αυτά με την περίπτωση του Κρόνου; Πριν πάω σ' αυτό το θέμα να αναφέρω και κάτι ακόμα που έχει ενδιαφέρον.
Θυμάμαι ότι όταν είχα ακούσει για πρώτη φορά την ιστορία με τον Κρόνο, το μυαλό μου είχε πάει σε ένα θεματάκι που είχα δει στο physicsworld.com με τίτλο, New look for "Newton's bucket". Η ιστορία με τον "κουβά του Νεύτωνα" και την διαμάχη με τον Leibniz και τις αντιρρήσεις του Mach, είναι ένα τεράστιο θέμα από μόνο του που έχει σχέση και με τη θεωρία της σχετικότητας. Θα το αφήσω όμως γιατί δεν έχει σχέση με το συγκεκριμένο ζήτημα. Η ιστορία λοιπόν με το άρθρο του physicsworld.com είχε να κάνει με ένα πείραμα κατά το οποίο έθεταν σε περιστροφή υγρό μέσα σε ένα δοχείο του οποίου η βάση περιστρεφόταν και κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες περιστροφής, παρατηρούσαν ότι η ροή έκανε μια μετάβαση από κυκλική σε διάφορα πολυγωνικά σχήματα όπως δείχνει η παρακάτω φωτογραφία.
Αν και η γωνία λήψης στο παρακάτω βίντεο δεν είναι η καλύτερη, μπορεί να διακρίνει κανείς το σημείο στο οποίο γίνεται η μετάβαση.
Τα αποτελέσματα αυτών των πειραμάτων περιγράφονται στην εργασία, Polygons on a Rotating Fluid Surface. Τελικά, το συγκεκριμένο φαινόμενο δεν έχει και πολύ σχέση με αυτό που παρατηρούμε στον Κρόνο, από την άλλη όμως έχει ενδιαφέρον αφού και σ' αυτή την περίπτωση είναι αντι-διαισθητική η δημιουργία τέτοιον σχηματισμών σε ένα πρόβλημα που έχει κυκλική συμμετρία.
Ας επιστρέψουμε τώρα στο συγκεκριμένο θέμα του Κρόνου. Από τη δεκαετία του 80 όταν και πρωτοπαρατηρήθηκε ο συγκεκριμένος σχηματισμός, είχαν προταθεί αρκετές ιδέες για την εξήγησή του. Η πιο δημοφιλής ήταν αυτή που έλεγε ότι ο σχηματισμός είναι ένα Rossby wave (Allison et al., 1990) που διεγείρεται από κάποιες δίνες που παρατηρήθηκαν κοντά του. Αυτό το μοντέλο βασίζεται σε κάποιες υποθέσεις, οι οποίες τελικά δεν φαίνονται και πολύ δυνατές.
Πρόσφατα λοιπόν διατυπώθηκε μια διαφορετική εξήγηση του φαινομένου, η οποία συνοδεύτηκε και από μία πειραματική επίδειξη της διαδικασίας που μπορεί να σχηματίσει τέτοιες πολυγωνικές δομές. Η σχετική εργασία είναι των Aguiar et al., A laboratory model of Saturn’s North Polar Hexagon, όπου προτείνεται ένας μηχανισμός για το πως μπορεί να δημιουργείται ένας τέτοιος σχηματισμός και διερευνάτε το πόσο σταθερός είναι.
Το abstract της εργασίας λέει:
A hexagonal structure has been observed at ~ 76°N on Saturn since the 1980s (Godfrey, D.A. [1988]. Icarus 76, 335–356). Recent images by Cassini (Baines, K., Momary, T., Roos-Serote, M., Atreya, S., Brown, R., Buratti, B., Clark, R., Nicholson, P. [2007]. Geophys. Res. Abstr. 9, 02109; Baines, K., Momary, T., Fletcher, L., Kim, J., Showman, A., Atreya, S., Brown, R., Buratti, B., Clark, R., Nicholson, P. [2009]. Geophys. Res. Abstr. 11, 3375) have shown that the feature is still visible and largely unchanged. Its long lifespan and geometry has puzzled the planetary physics community for many years and its origin remains unclear. The measured rotation rate of the hexagon may be very close to that of the interior of the planet (Godfrey, D.A. [1990]. Science 247, 1206–1208; Caldwell, J., Hua, X., Turgeon, B., Westphal, J.A., Barnet, C.D. [1993]. Science 206, 326–329; Sánchez-Lavega, A., Lecacheux, J., Colas, F., Laques, P. [1993]. Science 260, 329–332), leading to earlier interpretations of the pattern as a stationary planetary wave, continuously forced by a nearby vortex (Allison, M., Godfrey, D.A., Beebe, R.F. [1990]. Science 247, 1061–1063). Here we present an alternative explanation, based on an analysis of both spacecraft observations of Saturn and observations from laboratory experiments where the instability of quasi-geostrophic barotropic (vertically uniform) jets and shear layers is studied. We also present results from a barotropic linear instability analysis of the saturnian zonal wind profile, which are consistent with the presence of the hexagon in the North Pole and absence of its counter-part in the South Pole. We propose that Saturn’s long-lived polygonal structures correspond to wavemodes caused by the nonlinear equilibration of barotropically unstable zonal jets.
Η ιδέα είναι ότι αν έχεις μία ροή, όπως αυτή που έχουμε στον Κρόνο γύρω από τον Βόριο πόλο, τότε αυτή μπορεί να γίνει κάτω από κάποιες συνθήκες ασταθής εξαιτίας της διαφορικής περιστροφής (διαφορετική ταχύτητα του ρευστού ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος). Όταν εμφανιστεί λοιπόν αυτή η αστάθεια, δημιουργούνται δίνες κατά μήκος της ροής υπό μορφή κύματος με κάποιο χαρακτηριστικό κυματάριθμο, δηλαδή συγκεκριμένος αριθμός δινών σε έναν κύκλο. Αυτές οι δίνες τροφοδοτούνται με ενέργεια από την κυρίως ροή εξαιτίας της αστάθειας και μεγαλώνουν μέχρι που φτάνουν σε κάποια ισορροπία. Η ανάλυση των Aguiar et al. έδειξε ότι για το δεδομένο προφίλ ταχυτήτων του Κρόνου, η διαταραχή που ευνοείται από την αστάθεια είναι αυτή με κυματάριθμο 6, δηλαδή με 6 δίνες. Το αποτέλεσμα της παρουσίας των δινών είναι το πολυγωνικό σχήμα που παρατηρούμε, αφού οι δίνες καταπιέζουν την ροή οδηγώντας την στον εξαγωνικό σχηματισμό που παρατηρούμε στο παρακάτω σχήμα:
Δυστυχώς το παραπάνω σχήμα δεν είναι και το καλύτερο δυνατό. Το παρακάτω από την εργασία όμως, όπου βλέπουμε μια φωτογραφία του πειράματος, είναι εντυπωσιακό:
Μια εικόνα αξίζει χίλιες λέξεις. Η εργασία συνοδεύεται και από κάποια πολύ όμορφα βίντεο, αλλά πρέπει να έχεις πρόσβαση στην ηλεκτρονική μορφή του περιοδικού για να τα δεις. Ελπίζω να βγουν κάποια στιγμή και ελεύθερα. Στην εργασία εξηγείται ακόμα το γιατί δεν παρατηρούμε έναν αντίστοιχο σχηματισμό στον νότιο πόλο του Κρόνου.
Το παραπάνω πείραμα πραγματοποιήθηκε στο πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, στο εργαστήριο της Atmospheric, Oceanic and Planetary Physics, του τμήματος Φυσικής. Αλλά αυτές οι έρευνες που να τον ενδιαφέρουν τον κ. Χαρδαβέλλα. Εκείνον τον ενδιαφέρουν μόνο οι έρευνες της έδρας της Παραψυχολογίας, όπως λέει και στο editorial του...
---- Κυκλώνες ----
Τέλος, θέλω να κλείσω το θέμα με τους πολυγωνικούς σχηματισμούς στα ρευστά επιστρέφοντας στη Γη. Όπως έχω υπονοήσει και παραπάνω λοιπόν, παρόμοια φαινόμενα έχουν παρατηρηθεί και εδώ στους κυκλώνες. Η πιο θεαματική επίδειξη ήταν ο κυκλώνας Isabel του 2003.
Στον κυκλώνα αυτό παρατηρήθηκε, πεντακάθαρα, με την βοήθεια δορυφόρου ένας πενταγωνικός σχηματισμός γύρω από την κεντρική περιοχή, δηλαδή το μάτι, όπως φαίνεται και στις παρακάτω φωτογραφίες:
Το πολύ ενδιαφέρον είναι ότι αυτοί οι σχηματισμοί είχαν προβλεφθεί θεωρητικά λίγα χρόνια νωρίτερα από τους Kossin and Schubert (2001) (άλλο λίνκ). Το μοντέλο τους, που περιγράφεται σ' αυτήν την εργασία, είναι παρόμοιο με το μοντέλο για τον εξαγωνικό σχηματισμό του Κρόνου, με την διαφορά ότι είναι 2D αντί για 3D. Στην δεύτερη εικόνα, το 2D plot που βλέπουμε δεξιά είναι το αποτέλεσμα της αριθμητικής ολοκλήρωσης που πραγματοποίησαν οι Kossin και Schubert. Η ομοιότητα είναι εντυπωσιακή, ενώ ο κυκλώνας στην εξέλιξή του παρουσίασε τα ίδια χαρακτηριστικά,την ίδια δυναμική, με το αριθμητικό μοντέλο, όπως περιγράφεται στην ανακοίνωση, MESOVORTICES IN HURRICANE ISABEL (άλλο λίνκ).
Αυτό που έχει πλάκα είναι ότι η ύπαρξη τέτοιον πολυγωνικών σχηματισμών στους κυκλώνες στη Γη, όπως παρουσιάζει και η εργασία των Kossin και Schubert (με τις σχετικές αναφορές), ήταν γνωστή από παλιά και έχουν την ονομασία "vortex-crystals", ενώ παρατηρείται και σε άλλες φυσικές περιπτώσεις όπου έχουμε τέτοιους σχηματισμούς δινών(σε πλάσμα ηλεκτρονίων).
Το πολύ όμορφο της όλης ιστορίας είναι ότι η φυσική από πίσω από όλα αυτά τα φαινόμενα είναι λίγο-πολύ η ίδια και είναι απλή και όμορφη.
Ελπίζω να ήταν διασκεδαστικά και ενδιαφέροντα όλα αυτά.
Physics Rulz...
------------------------------------------------- Update (4/5/10): Ένα από τα video που σας έλεγα:
Χθες είχαμε πάνω από την Αθήνα ένα αρκετά ενδιαφέρον και όμορφο ατμοσφαιρικό φαινόμενο. Στο χρονικό διάστημα από τις 11:00 πμ μέχρι και μετά τις 12:00 μπορούσε να δει κανείς ένα φωτεινό δακτύλιο γύρω από τον Ήλιο, ο οποίο είχε και έναν ιριδίζον χαρακτήρα. Ακόμα, ανατολικά και ανάμεσα στον ορίζοντα και τον δακτύλιο γύρω από τον Ήλιο, φαινόταν ένα "ουράνιο τόξο" που φυσικά δεν ήταν ουράνιο τόξο και φαινόταν να είναι τμήμα τόξου παράλληλου στον ορίζοντα (προοπτικά φαινόταν να έχει το κοίλο μέρος προς τα επάνω). Τέλος, για τους πιο παρατηρητικούς, υπήρχε και ένας φωτεινός δακτύλιος που εφαπτόταν στον Ήλιο και έτεμνε τον πρώτο δακτύλιο περνώντας έξω από αυτόν. Το φαινόμενο ήταν αρκετά όμορφο και είναι από τα φαινόμενα που είχα διαβάσει μόνο μέχρι χθες. Ok, δακτύλιο γύρω από τον Ήλιο και τη Σελήνη έχω ξαναδεί, αλλά τα άλλα δύο ήταν πρώτη φορά.
Προσπάθησα να έχω μερικές φωτογραφίες του φαινομένου, αλλά δεν ήταν εύκολο. Μερικές τράβηξα με το κινητό, που δεν έχει και καμία φοβερή camera, και κάποιες άλλες έδωσα οδηγίες από το τηλέφωνο να τις τραβήξουν για χάρη μου. Παρακάτω παραθέτω τις φωτογραφίες:
Ελπίζω να διακρίνονται, στις όχι και τόσο καλές φωτογραφίες, αυτά που περιέγραψα παραπάνω. Με το γυμνό μάτι ήταν πολύ πιο καθαρά τα πράγματα.
Όπως και να έχει, τα παραπάνω οπτικά φαινόμενα, προκαλούνται από παγοκρυστάλλους που σχηματίζονται στην ατμόσφαιρα.
Το πρώτο φαινόμενο που περιγράφω είναι ο δακτύλιος γύρω από τον Ήλιο. Αυτό είναι και το πιο εμφανές και το πιο σύνηθες. Οφείλεται σε εξαγωνικούς πρισματικούς κρυστάλλους, στους οποίους διαθλάται το φώς. Μία πολύ όμορφη παρουσίαση της αρχής υπάρχει εδώ.
Αυτό είναι λογικά το δεύτερο φαινόμενο που περιγράφω και οφείλεται στην δημιουργία πλατιών πολυγωνικών κρυστάλλων στην ατμόσφαιρα, οι οποίοι διαθλούν το φως του Ήλιου. Μια πολύ καλή φωτογραφία που είναι συνδυασμός ενός simulation και μιας πραγματικής φωτογραφίας, υπάρχει εδώ και δείχνει περίπου αυτό που είδαμε και εδώ στην Αθήνα.
Αυτό είναι το τρίτο και το πιο δυσδιάκριτο από τις φωτογραφίες. Η περίπτωση που παρατήρησα χ8ες ήταν με τον Ήλιο σχετικά ψηλά στον ουρανό όπως παρουσιάζεται και εδώ. Αυτό το φαινόμενο οφείλεται στην αντανάκλαση του φωτός από τις κατακόρυφες επιφάνειες των παγοκρυστάλλων.
Αυτά για το χθεσινό φαινόμενο. Το site Atmospheric Optics είναι πραγματικά πολύ ενδιαφέρον και αξίζει να το ψάξει κανείς και με αφορμή το χθεσινό. Ελπίζω μόνο να μην ξεσάλωσαν χθες οι διάφοροι που έχουν μανία με τα chemtrails...
