Honnan tudjuk, hogy a csillagok és astronautika hírei tartalmaznak
Minden nap, már több milliárd évvel, a Nap a Föld horizontján felemelkedik. 150 millió kilométerre van tőlünk, de olyan fényesen ragyog az égen, hogy a szemek károsodásának veszélye nélkül lehetetlen nézni. A nap felszínén a hőmérséklet eléri az 5500 fokot - elegendő, hogy minden szonda bomlik jóval, mielőtt a felszínre repülne. Röviden, a Nap túl forró ahhoz, hogy az öklében tartsa. De ez nem jelenti azt, hogy nem lehet tanulmányozni. Galaxisunkban több mint 100 milliárd csillag van, melyeket nem is látogathatunk. Ezzel sikerül megtalálni és megtalálni a módját, hogy tanulmányozzuk őket.
Valójában van néhány okos módszer, amely lehetővé tette számunkra, hogy elkezdjük feloldani az éjszakai égbolton szétszórt csillagok titkait, mintha nem messze tőlünk. Hogyan lehetséges ez?
Kezdjük magával a fényt. Talán nem tekinthetünk biztonságosan a Napra, de a tudományos eszközök eléggé. Mint tudják, a "fehér" fény a szivárvány összes színéből áll, és ezeket a színeket - a sötétvöröstől a lilaig - láthatjuk, ha "fényt osztunk" prizmával.
1802-ben az angol tudós, William Hyde Wollaston ezt a Nap fényével tette, és valami váratlanul kiderült: sötét vonalak a spektrumban. Néhány évvel később a német optikus, Josef von Fraunhofer egy speciális műszert épített spektrométerhez, hogy jobban feloszthassa a fényt. És még többet láttam ezekből a kíváncsi sötét vonalakból.
Hamarosan a tudósok rájöttek, hogy a sötét vonalak megjelentek, ahol a színek eltűntek a spektrumból. Ezek eltűntek, mivel a Nap és a körülötte lévő elemek elnyelik ezeket a fénysűrűségeket. A sötét vonalak, kiderül, bizonyos elemek, hidrogén, nátrium és kalcium jelenlétét jelzik.
Ez a rendkívül okos, szép és egyszerű felfedezés azonnal elmondta nekünk a legközelebbi csillagunk legfontosabb elemeit. Ugyanakkor, ahogy Philippe Podsadlovskiy, az Oxfordi Egyetem fizikusa, ezt a megközelítést korlátozza. "Csak a felület összetételéről tud megmagyarázni, de nem mond el semmit a nap közepén lévő kompozícióról" - mondja.
A napenergia hatalmas hozamára vonatkozó megértésünk a 20. század elején kristályosodott meg, amikor arra a következtetésre jutottunk, hogy ha a hidrogénatomok összeolvadnának, teljesen új elemet alkotnának - a héliumot - és felszabadíthatnák az energiát ebben a folyamatban. Nyilvánvalóvá vált, hogy a Nap hidrogénnel és héliummal gazdag, és a hatalma miatt az előbbinek az utóbbiakra való átmenetét. Ezt az ötletet azonban még meg kellett erősíteni.
"Az 1930-as években az emberek felismerték, hogy a Nap valószínűleg táplálja a hidrogénszintézis energiáját, de eddig csak egy elmélet maradt" - magyarázza Podsadlovskiy.
És akkor a nap tanulmányozása valóban furcsa lett. Ahhoz, hogy jobban megértsük a csillagot, amely életet ad bolygónknak, el kellett mennünk a föld alatt. Kísérleteinket a hegyek alatt kellett elhelyezni. Tehát a japán Super Kamiokande (Super K) érzékelőt úgy tervezték meg, hogy az kiváló eredményeket nyújtson a hegynek.
1000 méterrel a felszín alatt furcsa piszkos szoba. Ebben a tóban rendkívül tiszta víz és 13.000 gömb alakú tárgyak fedik le a falakat, a padlót a víz alatt és a mennyezet. És ez nem egy fantasztikus beállítás: így működik a Super K, amely segít megérteni a Nap munkájának elveit.
Amint az érzékelő olyan mély, hogy nyilvánvalóan nem volt felépítve a fény felderítésére. Ehelyett olyan különleges részecskéket vár, amelyek a csillagunk közepén születnek és az anyagon keresztül repülnek, mint egy repülőgép, amely a levegőben repül.
A részecskék billiójai másodpercenként átmennek. Ha nem lenne különleges érzékelő, soha nem hallottunk róla. De a Super-K napi 40 részecskét képes elkapni, köszönhetően a különleges fénynek, amely akkor keletkezik, amikor ezek a részecskék-neutrínók kölcsönhatásba lépnek egy tiszta vízzel.
A létrehozott fény hihetetlenül gyenge, de egyfajta halogént generál a neutrínó körül, és ez a halo képes elkapni a fenomenálisan érzékeny fényérzékelőket, amelyek bőven rendelkezésre állnak a falakon.
A módszerrel meghatározott speciális neutrínos típusok közvetlen bizonyítékot szolgáltatnak arra, hogy a Napon belül a hidrogén termonukleáris szintézisét héliumgá alakítja. Nincs más magyarázatunk a neutrínók kialakulására.
"A neutrínónak csak egy kis részét érheti el, de azon számítás után, hogy hány neutrínó létezik, érvényes adatokra támaszkodva" - mondja Podsadlovskiy.
Ami még ennél is meglepőbb: ezek a neutrínók keletkeznek a szintézis során a Nap közepén, és nyolc perc után a Super-K detektor felveszi. A neutrínók tanulmányozása lehetővé teszi, hogy megfigyeljük, mi történik mélyen a nap mélyén, gyakorlatilag valós időben.
Ha ez nem elég, akkor a napot is ezzel a módszerrel ábrázolhatjuk. Lehetőség van a Nap belsejéről készült képek kizárólag a föld alatti mérésekre, ahol a napfény nem tud behatolni.
Ez az, amit Marie-Louise Aliotta, az atlanti fizikus az Edinburgh-i Egyetemen végez.
Ami különösen nehéz a szintézisreakciókban, magyarázza Aliotta, az, hogy "kényszerítse" a két atomot az egyesülés megegyezésére. Ennek valószínűsége elhanyagolható, annak ellenére, hogy mindenhol milliók milliói bámulnak.
De a Napnak két előnye van, amelyek a tálat a szintézis javára sújtják. Hatalmas, ezért nagyszámú atomot tartalmaz, és nagy gravitációs hatása is van, ami a hidrogént a plazmába tömöríti: a hidrogéngáz olyan erős nyomás alatt van, hogy az elektronok elválnak a magból származó protonoktól. Ilyen környezetben a szintézis reakció örömmel jelentkezik.
"Olyan csillagban, mint a Nap, az a valószínűség, hogy jelentős mennyiségű energiát szabadítanak fel a nukleáris reakció során, elég egyszerűen azért, mert sok proton van" - magyarázza Aliotta. "A laboratóriumban nincs annyi protonunk, ezért sokkal nehezebb az ilyen folyamatok tanulmányozása."
Mindazonáltal Aliotta képes szintézissel kísérletezni olyan helyeken, mint az olaszországi Underground Nuclear Astrophysics Laboratórium (LUNA). Ez a munka lehetővé teszi Aliotte és kollégái számára, hogy többet megtudjanak a szintézis létrejöttéről - milyen termékeket állítanak elő egyidejűleg, hogyan hatnak a részecskék.
Könnyű azt a benyomást kelteni, hogy a Nap állandó elem, amely örökkévalóan irigylésre méltó állandósággal ragyog. De ez nem így van. Valójában a csillagok ciklusokat és élettartamot tartalmaznak, ami a méretüktől és a benne lévő elemek pontos arányától függ, és nagyon különböző lehet.
Az utóbbi években többet tudhatunk meg arról, hogyan változik a nap, és megmagyaráz néhány sajátosságát. A foltok például sötét időbeli foltok, amelyek időről időre megjelennek a Nap felszínén. A szondák pontosan megvizsgálták, hogy mennyi sugárzás, köztük látható fény, több éven át bocsátja ki a Napot.
Az 1980-as években a Solar Maximális misszió küldetésén dolgozó tudósok felismerték, hogy 10 éven belül a Nap energiatermelése csökkenőben van, majd ismét növekedett. De ami igazán meglepte őket, ez volt a napfoltok száma, amelyek megfelelnek ennek a tevékenységnek: minél több volt, annál több energiát adott ki a nap. Mivel a foltok sötétebbek és hidegebbek, mint a napfelület többi része, meglepetés volt.
"Kiderült az ellenkezője" - mondja Simon Foster, a londoni Imperial College. "Nagyon furcsa volt, hogy a sötétebb és hidegbb jellemzők, annál erősebb a nap."
Végül a tudósok felfedezték ennek okait. A nap felszínén különleges fényes területek - fáklyák - amelyek egybeesnek a napfoltokkal, de különböznek tőlük, hogy mindkettő észrevehető legyen. Ezek a fáklyák felszabadítják a felesleges energiát.
A napfoltok mellett napfoltok is felderíthetők - a Nap felszínéről a mágneses energia felhalmozódása után jelentős anyagi villanások keletkeznek. Mivel a csillagok a teljes elektromágneses spektrumban sugárzást bocsátanak ki, ezek a fáklyák röntgensugárzási detektorok segítségével detektálhatók. De vannak más módok is. Például a rádióhullámok hallgatása az elektromágneses sugárzás egy másik formája.
A hatalmas rádiótávcső, az angol Jodrell Bank, az első fajta, felismeri a napfényt, mondja Tim O'Brien, a Manchester-i Egyetemen, aki távcsővel dolgozik.
A rádiótávcsövek nagyon jól megkülönböztetik az érdekes pillanatokat egy csillag életében. Amikor a csillag "normálisan" viselkedik anélkül, hogy túlzott aktivitást mutatna, nem bocsát ki sok rádióhullámot. De amikor a csillagok születtek, amikor meghalnak, sok rádióhullám van.
"Aktív eseményeket látunk. Látjuk a csillagok, a lökéshullámok, a csillagok szélének robbanását "- mondja O'Brien.
Rádió távcsöveket használtak Észak-Írország kutatója, Jocelyn Bell Burnell, a pulzárok érzékelésére - egy különleges típusú neutron csillagok.
A neutroncsillagok óriási szupernóva robbanások után születnek, amikor a csillag összeomlik és hihetetlenül sűrű lesz. A pulzárok példák olyan neutroncsillagokra, amelyek elektromágneses sugárzást bocsátanak ki a pólusokon, és rádiótávcsövek segítségével detektálhatók.
A rendszeres jelek miatt néhány ezredmásodpercenként egyes tudósok először úgy gondolják, hogy ez az intelligens fajok kommunikációjának ilyen formája az univerzumban.
Számos pulzár felfedezésének köszönhetően most nyilvánvaló, hogy egy rendszeres impulzus keletkezik a csillag forgatásával.
"A függőleges tengely körül forog, és ez a sugár átlósan jön ki - mintha söpört volna az égen" - magyarázza O'Brien. - Ha a látószögben van, normál villogni fog, ahogy a sugár forog. Mint egy világítótorony.
Egyes csillagok el vannak ítélve, hogy pulzárok legyenek. De a Napunk nem fog ilyen sorsot szenvedni: túl kicsi ahhoz, hogy felrobbanhasson a szupernóva reakcióban az életének végén. Mi lesz a sorsa milliárd években?
Más csillagok megfigyelései körülöttünk a galaxisban, tudjuk, hogy számos lehetséges megoldás létezik. De figyelembe véve a Nap tömegét, és hasonlítjuk össze hasonló csillagokkal, úgy döntöttünk, hogy napunk jövője teljesen nyilvánvaló.
Arra számítunk, hogy fokozatosan kibővül, mióta - a következő öt milliárd év alatt - vörös óriássá válunk. A sugárzás gyengébb lesz, mint a hidrogén-üzemanyag fogyasztása. A "gyenge" fénynek alacsonyabb frekvenciája, alacsonyabb energiája lesz, és a nap így elpirul.
Ezután egy sor robbanás után a maradék marad a Nap belső szén-magja - a Föld mérete. Ez a "fehér törpe" lassan lehűl, egy trillió évig.
Még mindig nem tudunk sokat a Napról, és számos projektet tervezünk hosszú távon problémás tudományos rejtvények megoldására.
Például Solar Probe Plus, amely megközelíti közelebb van a Naphoz, mint bármely más próba a történelemben, hogy próbálja meg többet arról, hogyan kell előállítani a napszél, és megérteni, hogy miért a napkorona - plazma aura a világ - melegebb, mint a tényleges felületét.
De ismerjük az alapokat. A nap fényét színes spektrumokba osztva, a mély sötét földalatti laboratóriumokban a neutrínóktól fogva tudtunk válaszolni számos fontos kérdést a mi természetünkre. Sok mindent tudunk arról, hogy a csillagok hogyan állnak, hogyan termelnek fényt, és hogy ez a folyamat számos olyan elemet eredményezett, amelyek szükségesek a Földön.
Honnan tudjuk, hogy a csillagok milyenek? Ilya Hel