#53 - Plazma, czyli 4 Stan Skupienia Materii.

 

0. Dobranoc. A raczej, dobri weczer.

Nie będę komentował 1 słowa w powyższym zdaniu. Jak wiedzą fani Pana Andrzeja Sapkowskiego oraz postaci przez niego stworzonej - wiedźmina Geralta - w jednym z fragmentów przygód słynnego Białego Wilka ktoś mówi dobranoc, i od razu, jednak skomentuję - nie jestem tym, który w tekście polskiego guru fantasy mówi 'Dobranoc'. Tzn, nie jestem odpowiednikiem tajemniczej postaci ze świata magii i miecza w świecie fanów fizyki.

Phi, ale się namęczył. Skomentował swoje słowo i uważa je za wstepniak?! - wrzasną niektórzy głodni 'ple-ple-plecenia' na wstępie (a mam bardzo cichą nadzieję, że tacy Tłukowie też istnieją). Wrzasną, zaraz tam, wrzasną. A jednak może wrzasną, bo jestesmy już, niepostrzeżenie, w świecie plazmy - wrzeszczą, bo gorąca jest owa plazma. 

I tym optymistycznym akcentem zachęcam do kontynuowania przygody z plazmą w @diesphys!

1. Czym jest plazma? Nie je się tego z niczym, za gorąca jest.

Plazma, brzmi jak coś w rodzaju dżemu, takie ciągnące, w najgorszym wypadku - jak jakaś wersja krówki. Krówka z plazmą? Brońcie się rękami i nogami! Przecież mówiłem, że tego się nie je.

To czwarty stan skupienia materii. Dziwne, conieco. Bo jak wiadomo ze szkoły podstawowej (Tłukowie) oraz ze szkoły średniej (szybki awans na Laika ;) ), są trzy stany skupienia materii, takie podstawowe. Podgrzewamy sobie na przykład czekoladę. Tyle, ile musimy podgrzać do kolejnego stanu skupienia, zależy od pierwiastka chemicznego - każdy z nich ma nieco inną temperaturę topnienia, krzepnięcia, ulatniania się, skraplania. 

Wiadomo, czekaloda i chemia to skorelowana zależność, czekolada kocha, rozumie, itp. - znowu jedzenie. Koniec (tego dobrego ;) )

Ciało stałe, ciecz, gaz, w miarę podgrzewania. A tu nagle - plazma, czwarty stan skupienia materii. Plazma to nic innego, jak podgrzany gaz, który 'wykroczył' poza pojęcie zwykłego gazu. Atomy materii rozbijają się na swoje składowe - elektrony i jądra atomowe. Taka trochę zniszczona materia klasyczna. Przykładem plazmy może być iskra z przewodu z prądem. Albo miecz Jedi... Albo plasma gun z gry Quake 3... Albo tarcze plazmowe rasy Protoss ze StarCrafta... Ech, stare czasy. Oczywiście te, w których byłem rycerzem Jedi ;)

Zapylamy dalej, przed siebie - bzzzz, i do przodu!

Plazma to jednak gaz. Ale taki trochę zdegenerowany. Coś jeszcze fajnego o plazmie. Znajduje się w lampach neonowych - już wiecie, skąd pomysł na miecz świetlny! Wygląda tak samo, jednak różni się temperaturą, a niestety nie ma takiej technologii, która pozwoliła by wymachiwać tubą neonową jak mieczem i ciąć, ciąć, ciąć! Przepraszam, to te wspomnienia ;)

Coś jeszcze cechu plazmę. Jest elektrycznie aktywna, a to z kolei wiedzie nas do wiedzy - można wpływać na plazmę za pomocą pól: magnetycznego i elektrycznego. Coś z tym mieczem jednak się zgadza!

2. Ok. Konkrety, jakie można obecnie zaobserwować, jeśli chodzi o plazmę.

Co dobrego może nam przyjść z rozgrzanego gazu, grubo powyżej temperatury skraplania zwykłej materii, z czegoś, co nawet nie jest już gazem, tak jest gorace. Czegoś niecodziennego, bo posiadającego strukturę samych jąder atomowych i elektronów. Taki gaz nie nadaje się do wdychania. Nie zrobi się z niego klimatyzacji, nie jest... zaraz, gdzieś lub kiedyś musiałem wspomnieć o plazmie, bo od razu, kiedy o niej piszę lub rozważam, staje mi przed oczami... problem energetyczny. Acha, już wiem. Fuzja nuklearna. Nagłe olśnienie, wspomnienie sprzed 3 lat. Czy ja już bredzę?

Nie w tym wypadku.

Pomówmy trochę o realnych korzyściach, jakie stwarza przed nami zastosowanie wiedzy o czwartym stanie skupienia. Zacznijmy od czegoś, co zostało powiedziane o plazmie w 1. akapicie - plazma jest aktywna elektrycznie i magnetycznie. Zanim zacznę bajdurzyć o źródłach energii, taka mała ciekawostka: plazmę można zniewolić, osaczyć i kontrolować dzięki niezwykle silnemu polu magnetycznemu, tzw. 'magnetycznym więzieniu'. Już przechodzą ciarki po plecach. Bardzo zajmujące stwierdzenie - więzienie magnetyczne.

3. Tokamaki, Słońce na Ziemi, kontrolowane reakcje termojądrowe!

Izotopy wodoru - tryt i deuter (tryt jest radioaktywny, występuje w naturze w śladowych ilościach, jednak można go wyżyłować z litu, którego mamy po pas, po ramiona, u nas, na Ziemi). Jak się robi elektrownię termojądrową? Bierzemy deuter i tryt, w olbrzymim ciśnieniu, polu magnetycznym i w kolosalnej temperaturze tworzymy z nich jądra helu. Jak? Tak, abyśmy mogli sobie zrobić coś takiego w domu, nałożyć gniazdka, i podłączać wtyczki ;)

Pierścień plazmy utrzymywany jest potężnym elektromagnesem; to właśnie ta energia, z plazmy, którą chcemy uzyskać. Jednak bilans energetyczny - zasilanie elektromagnesu a nadwyżka energii - niezupełnie się zgadza. Dlatego... Zjonizowany deuter lub mieszanina trytu i deuteru jest traktowana coraz silniej przez elektromagnes, którego działanie prowadzi do indukowania się prądu. Prąd sprawia, że wyładowania w gazie doprowadzają do powstania plazmy, dzięki coraz to gwałtowniejszej jonizacji tegoż gazu. I na koniec najpyszniejsze, gorąca plazma. Stan ten utrzymuje się, nabierając coraz wyższej temperatury. Gorąca plazma dostarcza z jednego grama materii tyle energii, co ze spalenia jedenastu ton węgla. Skąd brać deuter? Z litu, którego jest na Ziemi pod dostatkiem. Lub - z wody morskiej. I już wiecie, dlaczego ta energia, właśnie z takiego źródła i pozyskiwana właśnie w taki, jaki opisałem powyżej, sposób, jest oczkiem w głowie dzisiejszego świata nauki. Proces podgrzewania plazmy, kontrolowana reakcja temrojądrowa, dostarczyłby Ziemianom (Terranom =) kto wie cokolwiek o protosskich tarczach, wspomnianych na początku, skojarzy nazwę =] ) dostępu do niemal nieograniczonej czystej energii.

Taka energia - tylko z gwiazd. 

4. Z gwiazd... wymarłych? Również.

Co łączy czarne dziury i plazmę? Co takiego energetycznego może zachodzić w czarnych dziurach?

Odpowiedź jest prosta - dżety. To strumienie gorącej plazmy rozgrzanej do białości. Energia? Proszę bardzo - z takiego dżetu wystrzeliwuje w każdej sekundzie tyle dżuli, co ponad 500 bilionów razy więcej, niż ludzkość zużyłaby w dekadę.

No to do dzieła, lecimy do czarnej dziury, kierujemy się na dżet z dynamem, zasilamy długim drutem, aż do Ziemi, i mamy tyle energii, ile nam się zamarzy; właściwie, to mamy jej na pęczki, rozdajemy na prawo i lewo, jak energetyczni milionerzy, świeżo po wypłacie.

Nie całkiem tak to widzę, ale dobra, może, powtarzam - może, z pewnym marginesem błędu ;)

W jaki sposób zachodzi proces, która pozwala na emisję czegoś tak przerażającego, jak dżet z czarnej dziury? Gaz opada na czarną dziurę. Rotuje wokół niej, coraz szybciej, szybciej i szybciej, w końcu powoduje powstanie pola magnetycznego. (Chyba nie trzeba nikomu tłumaczyć, jaką grawitacją dysponuje wymarła gwiazda, i jak wielka siła może być generowana z ruchu okrężnego wokół owianego już niemal legendami miejsca w czasoprzestrzeni).

Z tego obracającego się gazu tworzy się dysk akrecyjny - to nic innego, jak rotująca wokół czarnej dziury materia, na dodatek - podgrzewająca się. Zostaje tak rozgrzana, że elektrony odrywają się od jąder atomowych, powstaje plazma. Oprócz tego, kreuje się małe pole magnetyczne, fluktuujące, bez ukierunkowania, ale ruchome względem cząsteczek plazmy.

Dzięki temu polu magnetycznemu cząsteczki z dysku akrecyjnego zderzają się, tracą moment pędu, co powoduje wpadanie ich do czarnej dziury, zamiast spokojnej zabawy w karuzelkę wokół kosmicznego monstrum. Takiej trochę studni bez dna, a właściwie z dnem, ale posiadającej odpowiadający jej rzeczownik, w zasadzie jedyny, jaki do niej pasuje - 'Tajemnica'.

Wpadające cząstki nadają czarnej dziurze linie pola magnetycznego. Linie dublują się, nabierają natężenia. Napływ plazmy powoduje, że pole magnetyczne utrzymuje się, hmmm, nawet przybiera na wartości. Czarna dziura nie wytrzymuje presji! Skręca to zaplątane pole magnetyczne i wystrzeliwuje dżet. Dzięki temu polu plazma jest ukierunkowana, to takie magnetyczne więzienie. Coś w rodzaju rury, z której wystrzeliwana jest gigantyczna energia.

Na dodatek, pole otaczające czarną dziurę nie tylko powoduje, że że wystrzeliwane są dżety. Powstrzymuje także plazmę przed wessaniem jej do środka wymarłej gwiazdy. 

5. Plazma. Miało być tylko o niej, a tu tokamaki, czarne dziury... Się porobiło.

A właściwie, trochę się nabroiło. Eeee tam, może następny temat zostanie utrzymany... w magnetycznym więzieniu, i w końcu przestanę wychodzić poza jego linie. Linie lotnicze. Odrzutowcem, 'jetem', dżetem Was energetycznie pozdrawiam!

Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)

patronite/DiesPhys

Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^

fanpage/DiesPhys

Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)

patronite/DiesPhys

Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^

fanpage/DiesPhys

#52 Kosmiczne Działo Zapromieniało, czyli Rozbłysk Gamma

0. Wstępnie słowo na dobri weczer.

Po długiej przerwie, wracamy na pole minowe, ziemię niczyją, czyli zagwózdki fizyczne, jakich nie znajdziecie, albo znajdziecie po długich poszukiwaniach na innych terytoriach.

Mam wielkie opóźnienie, ale, jak wiadomo, że zdąży zawsze podchorąży, ostatni będą pierwszymi, a Wy już wiecie, że nadal będę do Was strzelał tematami, tym razem podwójnie, tematami, w niniejszym wypadku jeszcze Rozbłyskiem Gamma.

Jak mawiał Krecik, Festina Lente, Bonjour, oraz just do it, to ostatnie już od Najki, które się waha. Raz w tę, raz w tamtę, ale pozostajemy w kontakcie, czekamy na prąd... Bzzzt! Ignition and lift-off -_- ^^^.

Co do termodynamiki kwantowej - poczekamy, zobaczymy, nie obiecuję, ale i nie zaprzeczam.

Ma się rozumieć, że nie jestem przeciwny, wręcz przeciwnie, nie mam nic naprzeciwko.

1. Wstępnie, mając już wstęp za sobą, wstępujemy w kolejny wstęp.

Rozbłyski Gamma. W skrócie GRB, z angielska - gamma ray bursts. To absolutnie niespotykane, najbardziej energetyczne fotony, związane w promienie gamma, torpedy wystrzeliwane - skąd?

Pierwsze pytanie nasuwa się, mając świetnie opracowane teorie - skąd się to bierze? Pomimo absolutnej pewności, że istnieje potężna energia, z dobrze poznaną budową, nie udaje się znikąd wziąć 100% pewności co do pochodzenia rozbłysków gamma. Wiadomo także, że jest to sam skraj przesunięcia ku fioletowi dobrze opisanego spektrum fal elektromagnetycznych. Jednak, to nie same promienie gamma są zagadką. Ponieważ - skoro wiadomo, że coś istnieje i całkiem nieźle udaje się zaobserwować naturę, skład i cechy rozbłysków, a nie da się rozpoznać źródła pochodzenia - wtedy jesteśmy w czarnej d...ziurze, całkowicie skołowani i niedowierzący faktom. 

Był 1967 rok, kiedy pierwsze raz zarejestrowano rozbłyski gamma. Uważano, że są pochodzą z układu słonecznego, inni naukowcy spierali się z heliocentrykami twierdząc, że może to nie takie proste, może źródło jest inne. I dopiero rok 1997 przyniósł pewność: rozbłyski gamma cechuje pochodzenie pozagalaktyczne, jakieś miliardy lat świetlnych od naszej Macierzy, Matrixu, Matce Ziemi - Fire in the hole! Padnij i nie ruszaj się =) Hmmm, dlaczego?

Dwa rodzaje rozbłysków - wolne i szybkie. W następnym akapicie wyjaśniłem, że rodzaj rozbłysku trafiającego w Ziemię może spowodować zaistnienie dwóch różnych scenariuszy zagłady.

Szybki rozbłysk: prawdopodobnie pochodzenie zderzenia gwiazdy neutronowej i czarnej dziury. Wolny rozbłysk - wybuch supernowej, kolaps gwiazdy. 2017 rok i detektor fal grawitacyjnych rozwiał wątpliwości.

Źródło i przyczyna - bardziej tzw. dżety, niż z samego wybuchu. Tak jakby, cytując skecz Monty Python - jajko niespodzianka z czekolady. Kiedy wybucha gwiazda, albo dochodzi do zderzenia 2 czarnych dziur lub czarnej dziury z gwiazdą neutronową, pojawiają się dżety niespodzianki - wystrzeliwują zabójcze promieniowanie w dwóch przeciwnych kierunkach - to te te kolce przebijające policzki.

Występowanie - około jednego dziennie w widzialnym Kosmosie. Stop. Teraz energia = ) Gdyż można umrzeć od samego czytania =/

2. Przestraszacz.

A gdyby tak wcelować w Ziemię, zaświadczając palcami swemi Tłucy, i kierując jew mój tekst... A gdyby tak się zdarzyło, że trafi nas rozbłysk gamma... Aha!

Bardzo szybkie wymarcie wszelkiego życia na Ziemi. To najlepszy rezultat trafienia w sam środek Życia. Inna sprawa, kiedy atmosferyczny ozon zostałby zapalony - mamy tragedię w postaci wolnej płonącej i rozżarzonej śmierci planety Ziemia. Zabójcza kombinacja - promienie gamma i ozon, którego trochę w atmosferze mamy =]

Ozon zatrzymuje większość GRB. Nie obserwujemy rozbłysków inaczej niż z samej przestrzeni kosmicznej, z powodu, a właściwie dzięki ozonowi, któremu cześć i pomniki.

3. Energia astronomicznej wartości. Donald T. żartuje, ja nie =)

Supernowa. Taka fajna, umierająca gwiazda, żegna się ze światem żywych gwiazd i robi rozpierduchę kosmiczną. Produkuje tyle energii, że uważano, iż nic jej nie przebije. Ale wyrzucenie z siebie ilości energii z supernowej nie może się równać rozbłyskom gamma. Dlaczego? A, bo tak!

Ilość energii w rozbłysku gamma, trwającego kilka sekund, w porywach minut, może się równać tej z supernowej. Pojawia się malutka adnotacja na dole: supernowa wyrzuca tę ilość w tygodnie'. o_0.

Ach, stąd porównanie do astronomicznej wartości, nie chodzi jednak o zasady moralne, niebo gwiaździste nade mną, etc., tylko o ilość energii. Mam nadzieję, że nie zamotałem Czytelnikowi filozoficznego węzła tytułem tematu.

Astronomiczna, totalna, wiercąca dziury w czaszkach naukowcom ilość energii. Niewyobrażalna. Nie ma porównania w całym zaobserwowanym... Kosmosie.

Rozbłysk gamma to 100 miliardów miliardów razy więcej, niż produkuje nasze Słońce. Miliardy razy więcej, niż najpotężniejsze supernowe. W zapodajce fejsbukowej wyjaśniłem, czym jest spektrum fali elektromagnetycznej, jakie są energie fotonów, proszę patrzeć na prawą stronę zamieszczonego poniżej  tekstu zapodajki grafiki. Dlatego - nie będę tłumaczył od początku, w wielkim skrócie jest tak, jak napisałem, cała wiedza nie jest potrzebna, żeby zamaścić... Ekhm, zamieścić w tekście kluczowe informacje.

4. Obserwacje rozbłysków z Ziemi, już nudy, i tak do końca =/

Dziś... miś. Jutro futro, ponieważ z Ziemi także można obserwować skutki promieniowania gamma, w tak zwanym rozproszeniu przez atmosferę Ziemi. Ziemia przytula nas płaszczem, a czasem daje futro na zimne noce obserwacji astronomicznych. Budzisz się rano, a tu dalej poświata Cherenkova, bo tak się nazywa obserwowany GRB, rozbłyszczający nasze niebo. I nie możesz iść spać, bo tę poświatę można obserwować przez długi poranek, w misiowym futrze. Nie ma lekko!

Dzięki rozbłyskom gamma można zbadać skład śmieciowiska pierwiastkowego po zderzeniu czarnej dziury i gwiazdy neutronowej. To intrygujące, bo dzięki powyższemu można mieć wgląd w coś, co daje ślad dawnych dziejów Wszechświata.

5. Pytanie na kolację, nowa ramówka, zamiast śniadać i się zastanawiać, można przysypiać patrząc w oko promieniowania gamma. Źródła tegoż.

Gwiazda neutronowa, czy czarna dziura?

Wybierzcie sami Czytelnicy, bo obserwacja Kosmosu może jeszcze długo nie rozwiązać zagadki. Ja stawiam na Misia. Miś jest teraz, rano lepiej odziać sie w futro, bo poranki na @diesphys bywają chłodne. Za to gorąco się żegnam, zamiast ozięble. Howgh!

Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)

patronite/DiesPhys

Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^

fanpage/DiesPhys