Guest Blog – Little Things

Guest Blog – Little Things.

A Medieval Christmas

A Medieval Christmas.

The nearby Medieval city of Bamberg is a popular regional tourist destination. My day trip there this fall gave me a chance to visit the sites and learn a little about the city’s history (A Fun Day in Bamberg).  This time, it was all about relaxing and enjoying the town’s Gemütlichkeit.

I snapped some pictures the other day while visiting the city.  Here are some shots of the main sites and Christmas market.  There is really nothing cozier than a medieval city draped in snow.

I just saw I am freshly pressed!  I am so excited!  Thanks to everyone for stopping by!!!

Link : http://bavariaundercover.wordpress.com/2010/12/20/a-medieval-christmas/

 

Solar cars: the future of road transport?

“I would like to tell you something about the first tour ever of a vehicle that drove around the world without petroleum-based fuel: it was a solar car,” says Louis Palmer, a Swiss mathematics teacher who travelled around the world in a solar car. He did it to make a point: at least in theory, all the energy necessary for powering cars could be derived directly from the Sun – with no need for polluting petroleum.

The chic, blue Solartaxi got most of its energy from the solar panels on its trailer. On a cloudy day, Palmer re-charged the car from the electricity grid, but he made sure that it was clean solar electricity by installing solar panels on his house and feeding the electricity produced into the grid. He claims that electric car technology is viable, and solar panels can fuel all of our road travel. “Sunshine is free,” he says.

Palmer says that he had wanted to do a road trip around the planet to “see the beauty of this world” since he was eleven, back in 1982. But his teacher warned him that such a trip would damage the planet – polluting gases from the exhaust pipe would contribute to the growing pollution and global warming of the very planet he was so eager to get to know better. By the time he was 14, Palmer made plans for an eco-friendly solar car; he figured that in 20 years time, everyone would be travelling in solar-powered electric cars anyway. With all the problems that petroleum-fuelled cars caused, such as global warming, polluted air and oil-based conflicts, he thought that electric solar cars would soon replace them. image
Louis Palmer and his Solartaxi in Monument Valley, Arizona, USA
Image courtesy of Louis Palmer and solartaxi.com

Some 20 years later, in 2004, Palmer decided: “OK, if I cannot buy a solar car, I will build it myself. But then I realised I had no idea how to build a car and no money to do it.” These two problems might have discouraged a less optimistic person, but not Palmer: “I thought that if it was a good idea, I would get support.” And indeed he did: more than 200 friendly individuals and several corporations helped him make a car that would take him across 38 countries in 18 months, without emitting any carbon dioxide and using only clean solar energy.

Of course, building the car and its solar panels requires energy and causes carbon dioxide emissions, but once built, Palmer’s Solartaxi did not emit any carbon dioxide. He believes, therefore, that solar cars have an important role to play in slowing global warming. Furthermore, three years after his world tour in 2007, Palmer is still using the Solartaxi as his personal vehicle, driving on the same batteries, paying nothing for fuel and spending nothing on repairs (there have been none).

image
Cambridge University Eco Racing car
Image courtesy of Cambridge University Eco Racing
To design and construct the Solartaxi, Palmer had the help of students from four Swiss universities. Similar student efforts have helped build many different solar racecars for the World Solar Challengew1 since 1987. More than 40 universities have solar car teams that compete at this biennial event in Australia. The 2007 winners averaged speeds of more than 90 km/h, were powered solely by the Sun, and covered 3021 km from Darwin to Adelaide.

Similar races take place elsewhere, such as the American Solar Challengew2(Plano in Texas, USA, to Calgary, Canada, biennially since 2001) or the South African Solar Challengew3 (from Johannesburg to Pretoria via Cape Town and Durban, since 2008). But with some of the brightest young engineers working on designing solar cars for more than 20 years now, an obvious question springs to mind: Why aren’t we seeing more of these cars available for purchase at our local car dealerships?

David Sims-Williams, an engineer from the University of Durham, UK, and a technical advisor to Durham University’s solar car team, another undergraduate team of solar racecar engineers, says that solar racecars “are not intended to be prototypes of future road vehicles”. For the small solar panels on their roofs to be enough to power them, solar cars have to be extremely light and aerodynamic. As a result, most solar racecars are single-seaters, looking more like space rockets than normal cars – they are built to win races, not to accommodate families on their shopping trips. Although they do not translate directly into commercial cars because their purpose is so different, they are still important in raising public awareness of this technology.

At the moment, it would be very difficult to power large, heavy cars purely with solar panels on their roofs. The solar panels that racecars use are expensive and easily damaged, so most commercial solar cars have thus far used less efficient (but cheaper and less sensitive) solar panels that can only partially power them, for example by supplying just the energy to run the car’s air conditioning, such as in Toyota’s Solar Prius or Pininfarina’s BlueCar. image
Cambridge University Eco Racing car
Image courtesy of Cambridge University Eco Racing

Nonetheless, says Sims-Williams, the technology developed for solar racecars will find its way into mainstream motoring eventually, as big car manufacturers pick up on technological advances made by the specialised race teams, and start implementing them in commercial cars, usually with a lag of about 10 years.

Everyone Palmer talked to in every corner of the globe would love to buy a completely solar car, but “to bring this technology to the mainstream market, the cost of straightforward, non-solar electric cars has to come down,” he says. This would require more investment in the mass production of electric cars to overcome some of the associated problems. Like all electric cars, solar cars need an electric battery, which has a limited range, especially when the Sun isn’t shining. So far, these batteries have been rather heavy and expensive to fit into cars – a limitation that has turned buyers away from electric (and thus solar) cars in the past.

image
Solar Taxi and Louis Palmer on Taupo Racetrack in New Zealand
Image courtesy of Louis Palmer and solartaxi.com
So far, although a few solar cars such as Palmer’s Solartaxi, the French company Venturi’s Astrolabw4 or the Australian UltraCommuterw5exist, the vast majority of cars in use today are not solar or even electric. Commercialising the solar car technology is still in its infancy. So will the solar electric car technology ever revolutionise the way we drive? Palmer says this is up to us. For him, it already has.

As we speak, Palmer’s next quest is to organise an electric car race – the Zero Emissions Racew6 – in which international teams of engineers will design cars dependent on renewable energy and capable of racing at fast speeds, again to raise awareness of electric cars’ capability. As we go to press, the race is planned to start on 15 August 2010 and will go around the world in 80 days, returning to its starting point in Geneva, Switzerland.

Web references

w1 – To find out more about the World Solar Challenge in Australia, now the Global Green Challenge, see: www.globalgreenchallenge.com.au

w2 – Learn more about the American Solar Challenge here:http://americansolarchallenge.org

w3 – For more information about the South African Solar Challenge, see:www.solarchallenge.org.za

w4 – The French automobile manufacturer Venturi built the electro-solar hybrid concept car Astrolab. See: www.venturi.fr/electric-vehicules-astrolab-concept.html

w5 – Find out more about the Australian car manufacturer HybridAuto’s Ultracommuter here: www.hybridauto.com.au

w6 – Learn more about the Zero Emissions Race here: www.zero-race.com

w7 – Bluesci is a student-run science magazine at Cambridge University. See:www.bluesci.org

w8 – To learn more about SciDev.Net, see: www.scidev.net

Resources

The Suntrek website enables you to ’take a journey into space and find out more about the Sun and its effect on the Earth’, including a range of school activities and projects. See: www.suntrek.org

‘Formula Sun’ is a project for UK secondary-school students to build solar boats and race them in a national challenge, delivered by the ‘Engineering your future’ initiatives. See: www.engineeringyourfuture.com

Solar-Active offers educational resources, workshops and courses in sustainable development, energy efficiency and renewable energy technologies, including solar power. See: www.solar-active.com


Born in Rijeka, Croatia, Mico Tatalovic did a bachelor’s degree in biology at Oxford University, UK, and then a master’s in zoology at Cambridge University. While working on Cambridge University’s BlueSciw7 magazine, he developed a love for science writing and went on to do a master’s in science communication at Imperial College, London. He is currently the deputy news editor at SciDev.Net, the Science and Development Networkw8.

Review

Renewable energy is an important topic, discussed in all European countries; students hear about it not only at school but also in the media. The topic is an exciting one for young people, and this article could be used for all topics involving energy – not only physics but also in interdisciplinary discussions (e.g. physics, chemistry and social studies). Since the author highlights how it is possible to build and use solar cars, the students could discuss the problem of storing energy for night or cloudy days.

Alessandro Iscra, Italy

Δίνοντας νέα πνοή στη σωματιδιακή φυσική: κατασκευάστε το δικό σας θάλαμο νέφωσης

Η σωματιδιακή φυσική θεωρείται συχνά ότι αφορά μόνο τα πελώρια ερευνητικά ινστιτούτα και όχι το γενικό κοινό. Οι Francisco Barradas-Solas και Paloma Alameda-Meléndezεπιδεικνύουν πώς μπορείτε να καταρρίψετε αυτό το μύθο, με τη βοήθεια ενός ανιχνευτή σωματιδίων που φτιάχνεται στο σπίτι, δίνοντας νέα πνοή στη σωματιδιακή φυσική μέσα στην τάξη.

Ο στόχος της φυσικής στοιχειωδών σωματιδίων είναι να ανακαλύψει τα βασικά δομικά στοιχεία από τα οποία φτιάχνονται τα πάντα καθώς και να διερευνήσει τη συμπεριφορά αυτών των δομικών στοιχείων. Μολονότι η σωματιδιακή φυσική μπορεί να θεωρηθεί ως ακρογωνιαίος λίθος της επιστήμης, συχνά παραβλέπεται ή γίνεται ελάχιστα κατανοητή στα σχολεία, εν μέρει επειδή θεωρείται ότι δε σχετίζεται με πράγματα με τα οποία αλληλεπιδρούμε σε καθημερινή βάση. Ωστόσο, οι φυσικοί στοιχειωδών σωματιδίων ανιχνεύουν και μετρούν ηλεκτρόνια, φωτόνια και μιόνια κάθε μέρα με την ίδια σιγουριά που όλοι οι υπόλοιποι «ανιχνεύουμε» αγελάδες, τραπέζια ή αεροπλάνα. Επιπλέον, ανιχνευτές σωματιδίων (π.χ., σαρωτές PET) χρησιμοποιούνται καθημερινά, για παράδειγμα, από γιατρούς για να ανιχνεύσουν όγκους και να καταγράψουν τη λειτουργία εσωτερικών οργάνων.

Εδώ περιγράφουμε πώς μπορείτε να δώσετε νέα πνοή στη σωματιδιακή φυσική μέσα στην τάξη, χρησιμοποιώντας πιθανόν τον απλούστερο τύπο ανιχνευτή σωματιδίων: έναν διαρκούς ευαισθησίας θάλαμο νέφωσης. Αυτή η σπιτική εκδοχή αποτελείται από ένα αεροστεγές δοχείο ενυδρείου γεμισμένο με αέρα και ατμούς αλκοόλης, που έχουν ψυχθεί σε πολλή χαμηλή θερμοκρασία, και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ανιχνεύσει φορτισμένα σωματίδια, συγκεκριμένα μιόνια της κοσμικής ακτινοβολίας, εφόσον έχουν αρκετή ενέργεια.

Στοιχειώδη σωματίδια

Τα στοιχειώδη σωματίδια είναι τα απλούστερα στοιχεία από τα οποία είναι φτιαγμένα τα πάντα. Δεν είναι απλά οι δομικοί λίθοι της ύλης και της ακτινοβολίας, αλλά προκαλούν επίσης τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους (για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τα στοιχειώδη σωματίδια, δείτε Landua & Rau, 2008). Αυτά τα σωματίδια μεταφέρουν ενέργεια και ορμή κι επομένως μπορούν να καταγραφούν από ανιχνευτές. Αν θέλουμε να είμαστε ακριβείς, δεν μπορείτε να δείτε απευθείας κανένα σωματίδιο, αλλά η διέλευσή τους μέσα από τους ανιχνευτές συνάγεται από τα αποτελέσματα που προκαλούν, όπως είναι ο ιονισμός (για τα φορτισμένα σωματίδια). Αυτό ακριβώς κάνουμε κι όταν παρατηρούμε την ουρά συμπύκνωσης που αφήνει ένα αεροπλάνο στον ουρανό το οποίο δεν μπορούμε να δούμε, και αυτό που μπορούμε να κάνουμε με το σπιτικό μας θάλαμο νέφωσης.

Ο διαρκούς ευαισθησίας θάλαμος νέφωσης

Αυτός ο θάλαμος νέφωσης είναι βασικά ένα αεροστεγές δοχείο γεμισμένο με ένα μίγμα αέρα και ατμών αλκοόλης. Υγρή αλκοόλη εξατμίζεται από έναν ταμιευτήρα και διαχέεται μέσα στον αέρα από την κορυφή προς τον πυθμένα του δοχείου. Η ψύξη της βάσης του δοχείου με ξηρό πάγο (στερεό διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο βρίσκεται σε σταθερή θερμοκρασία περίπου –79 ºC ενώ εξαχνώνεται) προκαλεί ισχυρή διαφοροποίηση της θερμοκρασίας καθ’ ύψος, με αποτέλεσμα να σχηματίζεται μια ζώνη υπέρκορων ατμών αλκοόλης κοντά στον πυθμένα. Αυτό τοευαίσθητο στρώμα είναι ασταθές, διαθέτοντας περισσότερους ψυχρούς ατμούς αλκοόλης από ό,τι μπορεί να διατηρήσει. Η διαδικασία της συμπύκνωσης των ατμών σε υγρό μπορεί να προκληθεί από τη διέλευση ενός φορτισμένου σωματιδίου με αρκετή ενέργεια για να ιονίσει άτομα που θα βρεθούν στην πορεία του. Αυτά τα ιόντα αποτελούν τους πυρήνες συμπύκνωσης γύρω από τους οποίους δημιουργούνται σταγονίδια που σχηματίζουν μία τροχιά.
Σχέδιο ενός διαρκούς ευαισθησίας θαλάμου νέφωσης
Η εικόνα προσφέρθηκε από Francisco Barradas Solas

Κατασκευή και λειτουργία

Υλικά

  • Ένα ορθογώνιο δοχείο από καθαρό πλαστικό ή γυαλί (π.χ. ένα ενυδρείο) με βάση περίπου 30 cm x 20 cm και ύψος περίπου 20 cm (μπορούν να χρησιμοποιηθούν και διαφορετικά μεγέθη, αλλά τα αποτελέσματα ενδέχεται να διαφέρουν)
  • Φύλλο αλουμινίου (με πάχος, περίπου, 1 mm, όσο και το πάχος της βάσης του ενυδρείου)
  • Ρηχός δίσκος λίγο μεγαλύτερος από τη βάση του ενυδρείου
  • Δύο λάμπες, μία εκ των οποίων ισχυρή
  • Λωρίδα τσόχας (πλάτους περίπου 3 cm και μήκους αρκετού για να τυλίξει τριγύρω το εσωτερικό του ενυδρείου, δηλαδή λίγο παραπάνω από 1 m)
  • Κόλλα (να μην είναι διαλυτή από αλκοόλη)
  • Μαύρη μονωτική ταινία ή πλαστική ταινία
  • Ισοπροπυλική αλκοόλη (ισοπροπανόλη)
  • Ξηρός πάγος

Μέθοδος

  1. Κολλήστε μία λωρίδα τσόχας (ο ταμιευτήρας της αλκοόλης) τριγύρω από το εσωτερικό του πυθμένα του ενυδρείου (το σώμα του θαλάμου νέφωσης). Λίγη τσόχα μπορεί να κολληθεί επίσης στον πυθμένα του δοχείου.
  2. Κόψτε το φύλλο αλουμινίου ώστε να μπορεί να καλύψει (όσο το δυνατό καλύτερα) την οροφή του ενυδρείου, και καλύψτε τη μία πλευρά του φύλλου με μονωτική ταινία, σχηματίζοντας μια μαύρη επιφάνεια.
  1. Εμποτίστε την τσόχα με ισοπροπυλική αλκοόλη (όχι όμως με τόση πολύ ώστε να στάζει από τα άκρα του θαλάμου).
    Σημείωση ασφαλείας: Να το κάνετε σε ένα καλά αεριζόμενο δωμάτιο και να θυμάστε ότι η αλκοόλη είναι εύφλεκτη.
  2. Γυρίστε το ενυδρείο ανάποδα και τοποθετήστε το πάνω από το φύλλο αλουμινίου. Βεβαιωθείτε ότι η μαύρη πλευρά του φύλλου κοιτάει προς τα πάνω (ώστε να είναι πιο εύκολα ορατές οι τροχιές των σωματιδίων).
  3. Χρησιμοποιήστε τη μονωτική ή την πλαστική ταινία για να δέσετε το φύλλο αλουμινίου στο στόμιο του ενυδρείου,σφραγίζοντας το θάλαμο ώστε να είναι αεροστεγής. Αυτό είναι το πιο κρίσιμο βήμα και πρέπει να γίνει προσεκτικά, καθώς η σύνδεση θα υγραθεί και θα κρυώσει πολύ κατά τη λειτουργία.

Τομή του θαλάμου νέφωσης. Κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση
Η εικόνα προσφέρθηκε από Francisco Barradas Solas
  1. Φτιάξτε ένα επίπεδο στρώμα ξηρού πάγου μέσα στο δίσκο και τοποθετήστε το θάλαμο πάνω από αυτό, επιβεβαιώνοντας ότι η βάση του είναι οριζόντια. Για ναεξασφαλίσετε καλή θερμική επαφή μεταξύ της μεταλλικής πλάκας και του ξηρού πάγου, αποφύγετε μεγάλα κομμάτια ξηρού πάγου: επίπεδα φύλλα ή κόκκοι είναι το καλύτερο, αλλά και μικροί σβώλοι κάνουν.
    Σημείωση ασφάλειας: Ο ξηρός πάγος έχει θερμοκρασία γύρω στους –79 ºC και θα πρέπει να τον χειρίζεστε μόνο με χοντρά γάντια.
  2. Διατηρείστε το πάνω μέρος του θαλάμου ζεστό, για παράδειγμα φωτίζοντάς το με μία λάμπα. Αποφύγετε να χρησιμοποιήσετε το θάλαμο σε κρύο περιβάλλον, επειδή αυτό θα μπορούσε να παρεμποδίσει το σχηματισμό της σωστά μεταβαλλόμενης θερμοκρασίας με το ύψος, που σημαίνει ότι δεν θα μπορείτε να δείτε τροχιές.

Ο θάλαμος. Κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση
  1. Αφήστε το θάλαμο χωρίς να το διαταράσσετε για περίπου 10 λεπτά, μέχρι να σταθεροποιηθεί η διαφοροποιημένη καθ’ ύψος θερμοκρασία στο εσωτερικό του. Φέξτε με μία φωτεινή λάμπα μέσα στο θάλαμο με μικρή γωνία και κοιτάξτε στον πυθμένα του θαλάμου. Αρχικά πρέπει να δείτε μόνο να σχηματίζεται ένα συμπύκνωμα αλκοόλης, αλλά σταδιακά, τροχιές φορτισμένων σωματιδίων πρέπει να εμφανιστούν σαν τριχοειδείς συμπυκνώσεις μέσα στον αχνό. Σημείωση: Οι τροχιές είναι καλύτερα ορατές μέσα σε σκοτεινό δωμάτιο.

Τροχιές ιονίζουσας ακτινοβολίας σε έναν θάλαμο νέφωσης (παχιές και κοντές: σωματίδια α, λεπτές και μακριές: σωματίδια β). Κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση
Η εικόνα προσφέρθηκε από Bionerd; image source: Wikimedia Commons

Κοσμικές ακτίνες. Κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση
Image prepared by Alberto Izquierdo; Η εικόνα προσφέρθηκε απόf Francisco Barradas Solas
Αν και κάθε φορτισμένο σωματίδιο με αρκετή ενέργεια, για παράδειγμα από την ραδιενέργεια περιβάλλοντος, μπορεί να αφήσει το ίχνος του μέσα στο θάλαμο, οι περισσότερες τροχιές θα σχηματιστούν από δευτερεύουσες κοσμικές ακτίνες: σωματίδια που σχηματίζονται όταν άλλα σωματίδια (κυρίως πρωτόνια) έρχονται από το εξωτερικό διάστημα και χτυπούν την ανώτερη ατμόσφαιρα. Οι δευτερεύουσες κοσμικές ακτίνες ταξιδεύουν σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός και απορροφούνται από την ατμόσφαιρα ή διασπώνται εν πτήση, σχηματίζοντας νέα σωματίδια μεταξύ των οποίων και μιόνια, τα οποία μπορεί να φτάσουν στην επιφάνεια της Γης. Τα μιόνια είναι φορτισμένα στοιχειώδη σωματίδια που μοιάζουν πολύ με τα ηλεκτρόνια εκτός από τη μάζα τους (η οποία είναι 200 φορές μεγαλύτερη).

Τι μπορείτε να κάνετε με το θάλαμο;

Προκειμένου ο θάλαμος να αξιοποιηθεί πραγματικά, δεν μπορούμε να περιοριστούμε στο να τον δείχνουμε και να περιγράφουμε πώς λειτουργεί. Για να υποστηρίξουμε την παρουσίαση της ερμηνείας, έχουμε ετοιμάσει ένα σύντομο, απλά γραμμένο κόμικw1 (δείτε παρακάτω), που δείχνει πώς λειτουργεί ο θάλαμος και αναπαριστά την προέλευση και τη σύσταση των κοσμικών ακτινών μέσω της ιστορίας ενός κοσμικού πρωτονίου και των διασπάσεών του.

Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτό το θάλαμο στο σχολείο με τους μαθητές μας ηλικίας από 12 έως 16 ετών, ως μέρος της προσπάθειας να τους βοηθήσουμε να δουν τα σωματίδια ως πραγματικά φυσικά αντικείμενα. Βλέποντας τις ορατές τροχιές που αφήνουν αόρατα σωματίδια και συγκρίνοντας αυτές τις τροχιές με εκείνες που αφήνουν οι μηχανές αεριωθούμενων αεροπλάνων (στις οποίες εμπλέκεται πολλή από την ίδια φυσική) κάνουμε το πρώτο βήμα σε μια διαδικασία που συνεχίζουμε εισάγοντας πραγματικά δεδομένα και εικόνες της φυσικής υψηλών ενεργειών σε κατά τα άλλα καθιερωμένες ασκήσεις και ερωτήσειςw2w3 (Cid, 2005Cid & Ramón, 2009) και που ολοκληρώνουμε με έναν άλλο, πιο περίπλοκο, ανιχνευτή για σχολική χρήση: έναν σπινθηριστή κοσμικών ακτινών ο οποίος επιτρέπει στους ίδιους τους μαθητές να καταγράψουν και να μελετήσουν δεδομένα s (Barradas-Solas, 2007).
Κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση
Από το κόμικ για το θάλαμο νέφωσης: η εικόνα είναι ευγενική χορηγία της Paloma Alameda-Meléndez

Γιατί να μη χρησιμοποιήσουμε το φόρουμ συζητήσεων του ScienceinSchool για να ανταλλάξουμε ιδέες σχετικά με τη χρήση του θαλάμου νέφωσης στο σχολείο; Δείτε: www.scienceinschool.org/forum/cloudchamber

Ευχαριστίες

Οι συγγραφείς επιθυμούν να ευχαριστήσουν την Dr Eleanor Hayes, επικεφαλούς εκδότριας του ScienceinSchool, για τη βοήθειά της για την τελική μορφή αυτού του άρθρου.

Αναφορές

Barradas-Solas F (2007) Giving new life to old equipment. Physics Education 42: 9-11. doi: 10.1088/0031-9120/42/1/F03
Για να αποκτήσετε πρόσβαση σε αυτό το άρθρο, το οποίο είναι ελεύθερα διαθέσιμο, επισκεφτείτε το δικτυακό τόπο του Ινστιτούτου Τεχνολογικής Εκπαίδευσης της Μαδρίτης, στην Ισπανία (http://palmera.pntic.mec.es) ή χρησιμοποιείστε τον απευθείας σύνδεσμο: http://tinyurl.com/y8ssyc5

Cid R (2005) Contextualized magnetism in secondary school: learning from the LHC (CERN). Physics Education 40: 332-338. doi: 10.1088/0031-9120/40/4/002

Cid X, Ramón C (2009) Taking energy to the physics classroom from the Large Hadron Collider at CERN. Physics Education 44: 78-83. doi: 10.1088/0031-9120/44/1/011

Landua R, Rau M (2008) LHC: ένα βήμα πιο κοντά στη Μεγάλη Έκρηξη. Science in School 10: 26-33. www.scienceinschool.org/2008/issue10/lhcwhy/greek

Αναφορές στο διαδίκτυο

w1 –Το κόμικ (στα Αγγλικά και στα Ισπανικά) καθώς και πλήρεις οδηγίες κατασκευής (στα Ισπανικά) είναι διαθέσιμα στο δικτυακό μας τόπο:http://palmera.pntic.mec.es/~fbarrada/cc_supp_mat.html

w2 – Δείτε, για παράδειγμα, εισαγωγικές πληροφορίες σχετικά με τον LHC και απλούς φυσικούς υπολογισμούς οι οποίοι γίνονται σε όλους τους επιταχυντές σωματιδίων στο ‘Taking a closer look at LHC’: http://www.lhc-closer.es

w3 – Ο δικτυακός τόπος του CERN για τους καθηγητές λυκείου (http://teachers.web.cern.ch) περιλαμβάνει επίσης μια συλλογή φωτογραφιών θαλάμων φυσαλίδων που ταιριάζουν όμορφα με το δικό μας έργο. Δείτε το σύνδεσμο: http://tinyurl.com/yfbv8ls

Πηγές

Για συνοπτικές, απλές επισκοπήσεις σωματιδιακής φυσικής που απευθύνονται στο γενικό κοινό, δείτε:

Close FE (2004) Particle Physics: A Very Short Introduction. Oxford, UK: Oxford University Press. ISBN: 9780192804341

Το διαθέσιμο στο διαδίκτυο αλληλεπιδραστικό οδηγό του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Berkeley, ‘The Particle Adventure: the Fundamentals of Matter and Force’: www.particleadventure.org

Το ηλεκτρονικό κέντρο επισκεπτών του SLAC National Accelerator Laboratory (ειδικά τις παραγράφους για τη θεωρία, τους ανιχνευτές και τις κοσμικές ακτίνες): www2.slac.stanford.edu/vvc

Το δικτυακό τόπο του CERN:http://public.web.cern.ch/public/en/Research/Detector-en.html

Για μια παρουσίαση του τρόπου με τον οποίο θα απαντηθούν μερικά από τα μεγάλα ερωτήματα της σωματιδιακής φυσικής από το Μεγάλο Αδρονικό Συγκρουστή του CERN, δείτε:

Landua R (2008) Ο LHC: μια ματιά μέσα του. Science in School 10: 34-47. www.scienceinschool.org/2008/issue10/lhchow/greek

Για λεπτομερέστερες, αν και κατανοητές, οδηγίες για ανθρώπους με επιστημονική εκπαίδευση που δε φοβούνται τα μαθηματικά, συστήνουμε:

Barnett RM et al. (2000) The Charm of Strange Quarks: Mysteries and Revolutions of Particle Physics. New York, NY, USA: AIP Press. ISBN: 0387988971

Treiman SB (1999) The Odd Quantum. Princeton, NJ, USA: Princeton University Press. ISBN: 0691009260
Το βιβλίο του Treiman είναι ένα από τα καλύτερα για ξεκινήσει κανείς να αντιμετωπίσει τις εκλεπτυσμένες έννοιες της κβαντικής μηχανικής που υπεισέρχονται στη σωματιδιακή φυσική (τις οποίες αποφύγαμε σε αυτό το άρθρο), που μεταξύ άλλων περιλαμβάνουν εν δυνάμει και ασταθή σωματίδια καθώς και τη σχέση πεδίων-σωματιδίων.

Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τις κοσμικές ακτίνες, δείτε το δικτυακό τόπο της NASAa: http://helios.gsfc.nasa.gov/cosmic.html

Εμείς, αλλά και πολλοί άλλοι, μάθαμε να κατασκευάζουμε θαλάμους νέφωσης από την αντίστοιχη ιστοσελίδα του Andy Foland:www.lns.cornell.edu/~adf4/cloud.html

Ο δικτυακός τόπος του Αμερικανικού Μουσείου Φυσικής Ιστορίας περιέχει εικόνες από τα κύρια στάδια κατασκευής ενός θαλάμου νέφωσης:www.amnh.org/education/resources/rfl/web/einsteinguide/activities/cloud.html

Δεν είναι εύκολο να εξηγηθεί λεπτομερώς η διαδικασία του υπερκορεσμού και του σχηματισμού τροχιών ή η υπεράσπιση της επιλογής ενός ενεργού υγρού (ισοπροπανόλης, στη δική μας περίπτωση), καθώς εξαρτώνται με έναν περίπλοκο τρόπο, για παράδειγμα, από τις ενέργειες ιονισμού, τις τάσεις ατμών, τους ρυθμούς διάχυσης και διάφορες άλλες μηχανικές ιδιότητες του θαλάμου. Εάν επιθυμείτε να ενημερωθείτε περισσότερο, δείτε τη συμπληρωματική βιβλιογραφία στο δικτυακό μας τόπο:http://palmera.pntic.mec.es/~fbarrada/cc_supp_mat.html

Για ένα άρθρο του Science in School που περιγράφει πώς μπορείτε να μετρήσετε ραδιενέργεια από το ραδόνιο σε ένα σπίτι, δείτε:

Budinich M, Vascotto M (2010) Η «Σχολική Έρευνα για το Ραδόνιο»: μετρώντας ραδιενέργεια στο σπίτι. Science in School 14: 54-57.www.scienceinschool.org/2010/issue14/radon/greek

Εάν σας άρεσε αυτό το άρθρο καθώς και άλλες εκπαιδευτικές δραστηριότητες σε αυτό το τεύχος του Science in School, θα θέλατε ίσως να περιηγηθείτε στη συλλογή παλαιότερα δημοσιευμένων δραστηριοτήτων. Δείτε:www.scienceinschool.org/teaching


Ο Francisco Barradas-Solas είναι πτυχιούχος φυσικός και διδάσκει φυσική και χημεία στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση, μολονότι επί του παρόντος είναι αποσπασμένος, εργαζόμενος ως σχολικός σύμβουλος στην εθνική εκπαιδευτική υπηρεσία της Μαδρίτης στην Ισπανία. Ένα από τα κύρια ενδιαφέροντά του είναι η εισαγωγή της σωματιδιακής φυσικής στα σχολεία κι έχει συμμετάσχει σε διάφορα προγράμματα για εκπαιδευτικούς που έχει οργανώσει το CERN.

Η Paloma Alameda-Meléndez είναι πτυχιούχος χημικός και διδάσκει φυσική και χημεία στο Λύκειο του El Álamo, κοντά στη Μαδρίτη.

Κριτική

Οι κοσμικές ακτίνες περιέχουν υποατομικά σωματίδια τα οποία προέρχονται από το διάστημα και χτυπούν την ατμόσφαιρα της Γης, δημιουργώντας ένα «καταράκτη» από σωματίδια που μπορούν να μελετηθούν στην επιφάνεια της Γης. Οι μαθητές του Λυκείου μπορούν συνήθως να διαβάζουν μόνο για αυτά τα σωματίδια στα βιβλία ή να τα μελετούν μέσω προσομοιώσεων, μολονότι τα σωματίδια αυτά διαπερνούν συνεχώς το σώμα μας.

Εδώ, οι Francisco Barradas-Solas και Paloma Alameda-Meléndez παρουσιάζουν την ιδέα ότι οι θάλαμοι νέφωσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν από μαθητές ως πειραματικό εργαλείο, που τους δίνει τη δυνατότητα να πραγματοποιήσουν τη δική τους έρευνα στην ακτινοβολία. Παρέχουν επίσης λεπτομέρειες σχετικά με τη κατασκευή ενός θαλάμου νέφωσης, εξοπλισμός που μπορεί να κατασκευαστεί στο σχολείο χωρίς ιδιαίτερη δυσκολία, επιτρέποντας στους μαθητές να παρατηρήσουν αυτά τα υποατομικά σωματίδια μέσα στην τάξη κάνοντας ορατές τις τροχιές τους.

Vangelis Koltsakis, Ελλάδα

 

Μετρώντας ραδιενέργεια στο σπίτι.

Ο Marco Budinich και ο Massimo Vascotto παρουσιάζουν ένα σχολικό πείραμα μέτρησης των επιπέδων ραδονίου στο δικό σας σπίτι.

Η απλή λέξη «ραδιενεργό» παραπέμπει σε κάτι εξίσου μυστηριώδες και τρομακτικό, και λίγοι είναι αυτοί που συνειδητοποιούν ότι τις περισσότερες φορές, η ραδιενέργεια είναι ένα φυσικό φαινόμενο με το οποίο πρέπει να ζήσουμε. Το ραδόνιο είναι ένα φυσικά εμφανιζόμενο ραδιενεργό αέριο και είναι η πιο συχνή αιτία του καρκίνου του πνεύμονα μετά το κάπνισμα, αντιπροσωπεύοντας τη μορφή ραδιενέργειας με το μεγαλύτερο κοινωνικό αντίκτυπο.

Το ραδόνιο διαρρέει από πετρώματα και, επειδή είναι αέριο, αναμειγνύεται με τον αέρα που αναπνέουμε. Όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωσή του, σε τόσο υψηλότερα επίπεδα ραδιενέργειας είμαστε εκτεθειμένοι. Η συγκέντρωση ραδονίου δεν είναι η ίδια παντού: ένα σπίτι μπορεί να είναι γεμάτο με ραδόνιο ενώ τα γειτονικά σπίτια να μην έχουν ανιχνεύσιμα επίπεδα ραδονίου. Μιας και το ραδόνιο προέρχεται κυρίως από πετρώματα, η συγκέντρωσή του σχετίζεται με τη σύσταση του εδάφους, την ύπαρξη νερού και γενικά με τη γεωλογία. Γνωρίζοντας πόσο ραδόνιο εισπνέουμε σπίτι, είναι σημαντικό για την υγεία μαςw1. Η «Σχολική Έρευνα για το Ραδόνιο» (‘Radon school survey’ – RSS) projectw2w3 περιλαμβάνει μαθητές λυκείου που μετράνε τη συγκέντρωση ραδονίου στο δικό τους σπίτι.


Εικόνα 1: Ακατέργαστο CR39
Η εικόνα προσφέρθηκε από Πανεπιστημίου της Τριέστης
Συνήθως, η μέτρηση ραδονίου απαιτεί εξοπλισμό πολύ πιο ακριβό από τον προϋπολογισμό ενός σχολείου. Αντί για αυτό, χρησιμοποιούμε μια απλή, ασφαλή και σταθερή μέθοδο για να παράγουμε αποτελέσματα με ουσία, ανιχνεύοντας α-ραδιενέργεια από το ραδόνιο. Ο πυρήνας ενός ατόμου ραδονίου – 222 διασπάται σε πολώνιο-218, εκπέμποντας ένα «βαρύ» σωματίδιο α (ένα πυρήνα ηλίου-4). Όταν το σωματίδιο ασυγκρούεται με ένα στερεό σώμα, προκαλεί τοπικές φθορές, όπως μια σφαίρα σε ένα τοίχο, αφήνει μια μικρή τρύπα ή ένα πυρηνικό ίχνος. Ο «τοίχος» μας ήταν ένας πολύ μικρός πλαστικός στόχος. Αφού τον εκθέσουμε σε ραδιενέργεια, μπορούσαμε απλά να μετρήσουμε τον αριθμό των τρυπών που άφησαν τα σωματίδια α και από αυτή την πληροφορία, να υπολογίσουμε τη μέση συγκέντρωση ραδονίου κατά τη διάρκεια του χρόνου έκθεσης.
Το πλαστικό που χρησιμοποιήσαμε, CR39, (γνωστό επίσης και ως PADC – poly allyl diglycol carbonate), αναπτύχθηκε για την κατασκευή πιλοτηρίων αεροπλάνων στο Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο και τώρα χρησιμοποιείται σε άθραυστους οπτικούς φακούς και επίσης στην πυρηνική φυσική για να ανιχνεύσει σωματίδια α και νετρόνια.

Υλικό

  • Για κάθε μαθητή, ένα δοσίμετρο ραδονίου CR39 σε ένα πλαστικό κουτί που βιδώνει από πάνω (βλ Εικόνα 3). (Δείτε τη λίστα των προμηθευτών για περισσότερες πληροφορίες)
  • Υδροξείδιο του Νατρίου (NaOH)
  • Απεσταγμένο νερό
  • Ένα λουτρό νερού (ή ένα φθηνό βραστήρα με θερμοστάτη)
  • Ένα μικροσκόπιο με μικρο-κάμερα (δείτε ‘Suppliers’)

Εικόνα 2: Δοσίμετροομετρητής CR39
Η εικόνα προσφέρθηκε από Πανεπιστημίου της Τριέστης
Μέθοδος

  1. Για να μετρήσουμε ποσοτικά το επίπεδο του ραδονίου, αφήστε το δοσίμετρο για ένα με έξι μήνες στο ίδιο σημείο. Το υπνοδωμάτιο είναι μια καλή επιλογή που αντικατοπτρίζει την έκθεσή μας στο ραδόνιο, μιας και είναι το μέρος όπου περνάμε τον περισσότερο χρόνο μας. Μετά από αυτό, ο ανιχνευτής είναι έτοιμος για ανάλυση.

 

Για να μετατρέψουμε σε ορατά με μικροσκόπιο τα ίχνη που άφησαν πυρήνες α, πρέπει πρώτα να διευρυνθούν με χημική χάραξη.


Εικόνα 3: CR39 μέσα στην «κάμερα έκθεσης»
Η εικόνα προσφέρθηκε από Πανεπιστημίου της Τριέστης
  1. Τοποθετήστε το δοσίμετρο σε ένα δοχείο και καλύψετε το με ένα διάλυμα των 240 γρ. υδροξειδίου του νατρίου ανά λίτρο απιονισμένου νερού. Θερμάνετε στους 80°C για τουλάχιστον 4 ώρες. (Αν χρησιμοποιείται θερμοστατικό βραστήρα, δοκιμάστε τη θερμοκρασία νερού πρώτα.) Αν προετοιμάζετε διάφορα δοσίμετρα, χρησιμοποιήστε νέο διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου κάθε φορά.

 

Σημείωση ασφάλειας: Το υδροξείδιο του νατρίου είναι διαβρωτικό και πρέπει να χειριστεί με προσοχή.

  1. Αφήστε το δοσίμετρο να διαβρωθεί για 4 ώρες και μετά ξεπλύνετέ τον καλά. Τα ίχνη είναι τώρα περίπου 10 μm σε διάμετρο και μπορούν να παρατηρηθούν με ένα μικροσκόπιο.
  2.  

  3. Τοποθετήστε το δοσίμετρο κάτω από το μικροσκόπιο, πάρτε μερικές φωτογραφίες και χρησιμοποιήστε τες για να μετρήσετε τα ίχνη πυρήνων και για να καθορίσετε τη μέση πυκνότητά τους (Εικόνα 5).

Εικόνα 4: Μικροσκόπιο με μικροκάμερα
Η εικόνα προσφέρθηκε από Πανεπιστημίου της Τριέστης

Η συγκέντρωση ραδονίου υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο:

Rn = D fc / Δt

 

όπου

Rn είναι η συγκέντρωση ραδονίου (Bq/m3)

D είναι η πυκνότητα ιχνών (αριθμός ιχνών/m2)

fc είναι ο παράγοντας κανονικοποιήσης (η πυκνότητα ιχνών που αντιστοιχεί σε 1 Bq/m3 ανά ημέρα έκθεσης. Αυτή η πληροφορία παρέχεται από τον κατασκευαστή)

Δt είναι ο χρόνος έκθεσης.

 


Εικόνα 5: Ίχνη πυρήνων 10x (οι τρύπες που δείχνουν τα βέλη)
Η εικόνα προσφέρθηκε από Πανεπιστημίου της Τριέστης

Αποτελέσματα δειγμάτων

Η συγκέντρωση ραδονίου που βρέθηκε στα σπίτια μας μπορεί να διαφέρει κατά 4 τάξεις μεγέθους κατά τη διάρκεια μιας ημέρας και εξαρτάται από πολλούς παράγοντες συμπεριλαμβανομένου του καιρού και άλλες εποχιακές αλλαγές. Ωστόσο, αυτό που είναι σημαντικό από τη σκοπιά της υγείας είναι η μέση συγκέντρωση ραδονίου. Για αυτό το λόγο οι μετρήσεις ραδονίου γίνονται τυπικά για μεγάλες χρονικές περιόδους.

Από την έναρξη του προγράμματος το 2003, περίπου 2000 μαθητές Λυκείου στη Friuli Venezia-Giulia (βόρειο-ανατολική Ιταλία) έλαβαν μέρος. Χρησιμοποιώντας βαθμονομημένα δοσίμετρα CR39, διεξήγαμε τέσσερις μελέτες μακράς διαρκείας, μερικές μετρήσεις μικρής διάρκειας και μερικές επιβεβαιώσεις σημείων με υψηλά επίπεδα ραδονίου. Το πείραμα συνεχίζεται ακόμα και τα σχολεία που διεξάγουν μετρήσεις είναι ευπρόσδεκτα να υποβάλουν τα δεδομένα τους στο πρόγραμμά μας.

Το καλοκαίρι του 2005, 89% από τις 897 μετρήσεις ραδονίου που έγιναν από μαθητές ήταν κάτω από 200 Bq/m3, δηλ. μικρότερες από το όριο που συνιστά η Ευρωπαϊκή Επιτροπή για τα νέα κτήρια (The Commission of the European Community, 1990). Μόνο 2% (22 μετρήσεις) ξεπέρασαν το όριο των 400 Bq/m3που συνιστάται για κτήρια που κτίστηκαν πριν το 1990. Από αυτά 0.4% (4 μετρήσεις) ξεπέρασαν τα 1000 Bq/m3, με υψηλότερη μέτρηση να είναι 5699 Bq/m3 (δείτε γράφημα).


Μετρήσεις που έγιναν το καλοκαίρι του 2005. n=897, 7 σχολεία. Μέσος όρος 130, τυπική απόκλιση 292, μέγιστο 5699, ελάχιστο 0, μέσος 87

Το χειμώνα του 2007, οι 850 μετρήσεις ήταν γενικά λίγο υψηλότερες: 70% κάτω από 200 Bq/m3 και ένα 20% ανάμεσα σε 200 και 400 Bq/m3. Σε αυτή την έρευνα, 10% (88 μετρήσεις) ξεπέρασαν το όριο των 400 Bq/m3. Παρόλα αυτά η υψηλότερη μέτρηση που έγινε ήταν χαμηλότερη από αυτή του καλοκαιριού του 2005: μόνο 3227 Bq/m3 (δείτε γράφημα).


Μετρήσεις που έγιναν το χειμώνα του 2007. n=860, 10 σχολεία. Μέσος όρος 208, τυπική απόκλιση 275, μέγιστο 3227, ελάχιστο 0, μέσος 14

Μέτρηση ραδονίου (Bq/m3) Έρευνα Καλοκαίρι2005 (n=897) Έρευνα Χειμώνας 2007 (n=860)
Rn≤200 (όριο για κτήρια παλαιότερα του 1990) 89% (795) 70% (604)
200<Rn≤400 (όριο για κτήρια νεότερα του 1990) 9% (80) 20% (168)
Rn>400 2% (22) 10% (88)

Πίνακας 1: Αποτελέσματα δειγμάτων από το πείραμα RSS

Στις περιπτώσεις που τα επίπεδα ραδονίου ήταν πάνω από τα όρια, η μέτρηση επαναλήφθηκε και αν τα επίπεδα ήταν ακόμα πολύ υψηλά, προτρέψαμε τους μαθητές να επικοινωνήσουν με το τοπικό παράρτημα περιβαλλοντικής προστασίας, το οποίο θα μπορούσε να τους συμβουλέψει πως να κρατήσουν το ραδόνιο έξω από το σπίτι. Ένα παράδειγμα μιας απλής μεθόδου μείωσης ραδονίου είναι ο αερισμός των δωματίων. Μέθοδοι πιο απαιτητικοί σε εργασία περιλαμβάνουν τη μόνωση του σπιτιού από το έδαφος.

Προμηθευτές

Το CR39 μπορεί να αγοραστεί από κατασκευαστές οπτικών φακών ή από προμηθευτές ανιχνευτών ραδονίουw4 (βλ Εικόνα 1 και 2). Κατασκευαστές οπτικών φακών πωλούν το πλαστικό υλικό (CR39) κομμένο σε οποιοδήποτε μέγεθος (περίπου €1), ενώ οι προμηθευτές ανιχνευτών πουλούν ένα βαθμονομημένο, έτοιμο να χρησιμοποιηθεί, δοσίμετρο ραδονίου CR39 (περίπου €7). Μια πρόταση είναι να χρησιμοποιήσετε τη φθηνότερη μέθοδο για μια ναι/όχι μέτρηση, κρατώντας τους πιο ακριβούς ανιχνευτές για μέρη που το ραδόνιο έχει ήδη ανιχνευτεί.

Χρησιμοποιούμε ένα φθηνό μικροσκόπιο Konus Academyw5 (μοντέλα 5304 και 5829) με μια μικροκάμερα και το συνοδευόμενο λογισμικό απεικόνισης (βλ Εικόνα 4).

Το πείραμα RSS

Το πείραμα RSS είναι διεπιστημονικό και περιλαμβάνει όχι μόνο φυσική αλλά και χημεία, γεωλογία (χαρακτηριστικά του εδάφους), μαθηματικά (περιλαμβάνοντας για παράδειγμα, τον εκθετικό υποδιπλασιασμό και την κατανομή Poisson των ιχνών), και κοινωνικούς προβληματισμούς (περιπτώσεις κινδύνων ραδονίου).

Το θέμα ρίχνει φως στα «σκοτεινά μυστήρια» της ραδιενέργειας και είναι κοινωνικά χρήσιμο, ειδικά σε μια περιοχή υποψήφια πλούσια σε ραδόνιο, σαν τη δική μας. Οι μαθητές και οι γονείς τους είναι συνήθως περίεργοι να μάθουν τα επίπεδα ραδονίου στο σπίτι τους. Μέχρι τώρα, το πείραμα είχε συμμετοχές από σχεδόν 5000 άτομα της περιοχή μας, μαθητές, οικογένειες, δάσκαλοι και σχολικό προσωπικό, ενημερώνοντας τους για τους κινδύνους στην υγεία.

Εκτός από τη μέτρηση ραδονίου, ο άλλος κύριος στόχος του πειράματος είναι να προκαλέσει το ενδιαφέρον σε μαθητές λυκείου για την επιστήμη και τις επιστημονικές καριέρες, με το να τους ωθήσει να συμμετέχουν σε μια πραγματική επιστημονική μελέτη, παίρνοντας μόνοι τους τις μετρήσεις. Οι μαθητές ενημερώνονται ότι περιστοιχιζόμαστε από την επιστήμη και ότι είναι δυνατό να διεξάγουμε σοβαρή επιστήμη στην καθημερινή ζωή με απλό εξοπλισμό.

Οι διοργανωτές του πειράματος και πολλοί από τους συμμετέχοντες συμμετέχουν τώρα σε ένα επόμενο πείραμαw7 – να μελετήσουν τα επίπεδα του137caesium που απέμειναν στην περιοχή τους ως αποτέλεσμα του ατυχήματος του Chernobyl το 1986.

Ευχαριστίες

Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε όλους τους μαθητές, δασκάλους, σχολικό προσωπικό και τις οικογένειες που συμμετείχαν στο πείραμα και τους συνεργάτες μας, την τοπική οργάνωση περιβαλλοντικής προστασίας, ARPAF-VGw6.

Με ευγνωμοσύνη ευχαριστούμε για την υποστήριξη τους χρηματοδότες μαςw3, Progetto Lauree Scientifiche, INFN, και το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου της Τριέστης.

Αναφορές

Η Επιτροπή της Ευρωπαϊκής Κοινότητας (1990) Συστάσεις της Επιτροπής για την Προστασία του Κοινού κατά της έκθεσης σε ραδόνιο σε εσωτερικούς χώρους(90/143/Euratom).http://ec.europa.eu/energy/nuclear/radioprotection/doc/legislation/90143_en.pdf

Αναφορές στο διαδίκτυο

w1 – Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το ραδόνιο, δείτε τις ιστοσελίδες της Αρχής Προστασίας της Υγείας του Ηνωμένου Βασιλείου (www.hpa.org.uk), την Αμερικάνικη Αρχή Περιβαλλοντικής Προστασίας (www.epa.gov) και το Ελβετικό Ομοσπονδιακό Γραφείο Δημόσιας Υγείας (www.bag.admin.ch, στα αγγλικά, ιταλικά, γαλλικά και γερμανικά).

w2 – Περισσότερες πληροφορίες για το πείραμα RSS και λεπτομερείς περιγραφές για τις μετρήσεις και για τη συλλογή δεδομένων είναι διαθέσιμες στις παρακάτω ιστοσελίδες.
Για μια παρουσίαση του πειράματος (στα Ιταλικά), δείτε:www.ts.infn.it/eventi/ComunicareFisica/presentazioni/vascotto.pdf

Για παρουσιάσεις σχετικά με το πείραμα (στα Αγγλικά και Ιταλικά), δείτε επίσης τη σελίδα του Fisica a Trieste:http://physics.units.it/didattica03/orientamento/laboratori.php

 

w3 – Το πείραμα RSS χρηματοδοτήθηκε από:
ένα Ιταλικό εθνικό πρόγραμμα για να διαδώσει την επιστημονική κουλτούρα και να αυξήσει το ενδιαφέρον στις επιστημονικές αρχές και σταδιοδρομίες, δείτε:www.progettolaureescientifiche.it

INFN, το Ιταλικό Εθνικό Ίδρυμα Πυρηνικής Φυσικής, δείτε:www.infn.it

Το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου της Τριέστης, δείτε:http://physics.units.it

 

w4 – Στους προμηθευτές του CR39 περιλαβάνονται:

Intercast Europe (φθηνοί CR39 χωρίς βαθμονόμηση):www.intercast.it

FGM Ambiente (βαθμονομημένα δοσίμετρα CR39):www.fgmambiente.it

Radosys (βαθμονομημένα δοσίμετρα CR39): www.radosys.com

TASL (κατασκευαστής CR39): www.tasl.co.uk

 

w5 – Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το Konus (συμπεριλαμβανομένων των μικροσκοπίων και των μικροκαμερών), δείτε: www.konus.com

w6 – ARPA-FVG είναι η τοπική αρχή περιβαλλοντικής προστασίας του Friuli Venezia Giulia. Για περισσότερες πληροφορίες, δείτε: www.arpafvg.it

w7 – Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το πείραμα Καισίου, δείτε την ιστοσελίδα του (ιταλικού) πειράματος (http://physics.units.it/didattica03/orientamento/laboratori.php#cesio) ή επικοινωνήστε με το Marco Budinich απευθείας (marco.budinich@ts.infn.it)

w8 – Δείτε την ιστοσελίδα του Marco Budinich:wwwusers.ts.infn.it/~mbh/MBHgeneral.html

Πηγές

Αν σας άρεσε το άρθρο, μπορεί να θέλετε να διαβάσετε άλλα άρθρα σχετικά με εκπαιδευτικά πειράματα επιστήμης στο ScienceinSchool. Δείτε:www.scienceinschool.org/projects

 


 

O Marco Budinichw8 είναι φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Τριέστης, στην Ιταλία, όπου είναι υπεύθυνος για τις δραστηριότητες προσέγγισης του κοινού του τμήματος φυσικής.

Ο Massimo Vascotto, ο συντονιστής του πειράματος, έχει πτυχίο φυσικής και διδάσκει Αρχές Θαλασσογραφίας (π.χ. Πλοήγηση, μετεωρολογία και ωκεανογραφία) σε Λύκειο Ναυπηγικής (για δόκιμους ναύτες) στην Τριέστη. Έχει συνεργαστεί για πολλά χρόνια με το τμήμα φυσικής στην Τριέστη και με το INFN, το Ιταλικό Εθνικό Ίδρυμα Πυρηνικής Φυσικής, όπου είναι επίκουρος φυσικός σε προγράμματα επικοινωνίας της επιστήμης.

Κριτική

Αυτό το πείραμα δείχνει πως η διδασκαλία της ραδιενέργειας, η οποία είναι συνήθως ένα θέμα για την τάξη, μπορεί να διευρυνθεί εκτός σχολείου. Οι μαθητές εξετάζουν την παρουσία ραδονίου στα δικά τους σπίτια και μετά διεξάγουν πιο λεπτομερείς αναλύσεις στο σχολικό εργαστήριο. Το γεγονός ότι μπορούν να «δουν» στην πράξη την ακτινοβολία, την κάνει λιγότερο αυθαίρετη. Αυτό θα κινήσει τους μαθητές να ερευνήσουν τις επιπτώσεις του ραδονίου και άλλων πηγών ραδιενέργειας και να διεξάγουν προσεκτικές αναλύσεις και λεπτομερή ερμηνεία των αποτελεσμάτων.

Οι περισσότερες συσκευές και υλικά που αναφέρονται από τους συγγραφείς βρίσκονται εύκολα σε ένα επιστημονικό εργαστήριο. Αυτό προτρέπει τους δασκάλους να δοκιμάσουν αυτό το πείραμα με τους δικούς τους μαθητές έτσι ώστε να μπορούν να δουν στην πραγματικότητα τις επιδράσεις της ακτινοβολίας στα δικά τους σπίτια. Αυτό το πείραμα ενσταλάζει στους μαθητές την ερευνητική προσέγγιση της επιστήμης.

Το άρθρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μαθήματα φυσικής για να εισάγει το θέμα της ραδιενέργειας (είδη ραδιενέργειας, ακτινοβολία υποβάθρου, επιπτώσεις της ραδιενέργειας). Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και στη Χημεία (ραδιενεργά υλικά), γεωλογία (ιδιότητες εδάφους και πετρωμάτων) ή προχωρημένα Μαθηματικά (εκθετικός υποδιπλασιασμός και κατανομή Poisson). Επιπλέον, μιας και είναι ένα ευαίσθητο θέμα, μπορεί να επεκταθεί στην τάξη συζήτηση στο πως η ραδιενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να υπηρετήσει την ανθρωπότητα και τι μπορεί να συμβεί αν η ραδιενέργεια φτάσει σε ανησυχητικά επίπεδα.

Catherine Cutajar, Μάλτα

 

Πως εξηγούνται τα μετεωρολογικά φαινόμενα, χρησιμοποιώντας καθημερινά υλικά.

Η Karen Bultitude προτείνει μια σειρά απλών,διασκεδαστικών και αξέχαστων επιδείξεων για να εξηγήσει μετεωρολογικά φαινόμενα, χρησιμοποιώντας καθημερινά υλικά.

Κατανοώντας την επίδρασή μας στο περιβάλλον είναι όλο και πιο σημαντικό, τώρα που οι επιστημονικές και κοινωνικές επιπτώσεις καλύπτονται σε διάφορα τμήματα της διδακτικής ύλης του σχολείου. Με τόση συζήτηση περί κλιματικών αλλαγών είναι χρήσιμο να μάθουμε για μερικά ατμοσφαιρικά φαινόμενα που πράγματι επηρεάζουν το κλίμα.

Οι παρακάτω επιδείξεις βοηθούν στη διευκρίνιση μερικών χαρακτηριστικών αυτών των φαινομένων και ζωντανεύουν έννοιες με έναν διασκεδαστικό και αξέχαστο τρόπο. Αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο της εκστρατείας του Βρετανικού Συμβουλίου ZeroCarbonCityw1 για να βοηθήσουν διδάσκοντες και επιστήμονες σε όλο τον κόσμο στην εξήγηση βασικών εννοιών της περιβαλλοντολογικής επιστήμης. Οι επιδείξεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν με διάφορους τρόπους: ατομικά για να δοθεί έμφαση σε συγκεκριμένες έννοιες κατά τη διάρκεια ενός μαθήματος, ως μια ομάδα σαν εργαστήρι ή διάλεξη επιδείξεων, ή ως ασκήσεις για τους μαθητές για να λύσουν μόνοι τους. Περαιτέρω προτάσεις για ασκήσεις σχετιζόμενες με την περιβαλλοντολογική επιστήμη μπορούν να βρεθούν στο διαδίκτυοw2.

Σύννεφο στο μπουκάλι

Δημιουργήστε το δικό σας μικρό σύννεφο.

Υλικά

  • Ένα 500 ml άχρωμο πλαστικό μπουκάλι με καπάκι
  • Νερό
  • Ένα κουταλάκι του τσαγιού
  • Ένα σπίρτο

Οδηγίες

  1. Βάλτε περίπου μια κουταλιά του τσαγιού νερό στο πλαστικό μπουκάλι και ανακατέψτε το με κυκλικές κινήσεις.
  2.  

  3. Ανάψτε το σπίρτο και όταν αρχίσει να καίγεται καλά, ρίξτε το μέσα στο μπουκάλι.
  4.  

  5. Γρήγορα βάλτε το καπάκι καλά στο μπουκάλι και συμπιέστε το μπουκάλι 5-6 φορές με το χέρι σας. Θα πρέπει να βλέπετε ένα σύννεφο να σχηματίζεται στο μπουκάλι και να εξαφανίζεται καθώς το συμπιέζετε.
  6.  

  7. Να δοθεί το μπουκάλι σε όλη την τάξη και κάθε μαθητής να συμπιέσει και να αφήσει το μπουκάλι μέχρι να δει το σύννεφο.

Μπορείτε να δείτε και ένα βίντεο της άσκησης στο διαδίκτυοw3.

Πώς λειτουργεί;

Τα σύννεφα σχηματίζονται όταν οι υδρατμοί στην ατμόσφαιρα κρυώσουν λόγω διαστολής ανερχόμενης αέριας μάζας και έπειτα συμπυκνωθούν σε σταγονίδια πάνω σε πυρήνες συμπύκνωσης, όπως σωματίδια σκόνης, πάγος ή αλάτι. Σε αυτή την επίδειξη, οι πυρήνες συμπύκνωσης προέρχονται από τον καπνό του σπίρτου, ο οποίος περιέχει σωματίδια άκαυστων υδρογονανθράκων. Η θερμοκρασία αλλάζει με τη συμπίεση στο μπουκάλι: η ποσότητα του αέρα μέσα στο μπουκάλι είναι σταθερή, αλλά συμπιέζοντάς το, μειώνεται ο όγκος του αερίου και αυξάνεται ελαφρώς η θερμοκρασία. Όταν σταματάς τη συμπίεση στο μπουκάλι, ο όγκος αυξάνεται και έτσι μειώνεται ελαφρώς η θερμοκρασία. Αν ο αέρας μέσα στο μπουκάλι έχει σχετικά υψηλή υγρασία (το οποίο εξασφαλίζεται βάζοντας μία κουταλιά του τσαγιού νερό στην αρχή), τότε η πτώση θερμοκρασίας είναι αρκετή για να υπάρξει συμπύκνωση του νερού πάνω στα σωματίδια σκόνης, σχηματίζοντας ένα σύννεφο.
Η εικόνα προσφέρθηκε από Bryngelzon / iStockphoto

Παραδείγματα σχετιζόμενα με ατμοσφαιρικά φαινόμενα

Την επόμενη φορά που θα δείτε ένα εντυπωσιακό ηλιοβασίλεμα σε μια αστική περιοχή, να κάτσετε μία στιγμή να σκεφτείτε τι είναι αυτό που δημιουργεί τα πανέμορφα χρώματα. Πράγματι, προέρχονται από μικροσκοπικά σωματίδια καπνού και άλλων ρυπαντικών ουσιών που έχουν βρεθεί στην ατμόσφαιρα. Όπως και στο πλαστικό μπουκάλι, αυτά τα σωματίδια καπνού βοηθούν στην συμπύκνωση υδροσταγονιδίων, σχηματίζοντας σύννεφα. Οι ακτίνες του ηλίου που πέφτουν στα σύννεφα είναι ο λόγος του πανέμορφου ηλιοβασιλέματος. Υπάρχουν κάποιες ανησυχίες ότι η ατμοσφαιρική ρύπανση θα έχει αρνητικές συνέπειες για τις καιρικές συνθήκες, επειδή περισσότερη ατμοσφαιρική ρύπανση οδηγεί σε αυξανόμενο σχηματισμό σύννεφων, το οποίο μπορεί να αυξήσει τις βροχές σε κάποιες περιοχές και να υπάρξει σημαντική αλλαγή σε ευρύτερα πρότυπα καιρικών συνθηκών (πλημμύρες σε κάποιες περιοχές, ξηρασία σε άλλες).

Περιστρεφόμενη σφαίρα

Αυτή είναι μια όμορφη και συναρπαστική επίδειξη των επιπτώσεων θυελλωδών καιρικών συνθηκών.

Υλικά

  • Ένα μικρό διάφανο πλαστικό μπουκάλι (όσο πιο στρόγγυλο, καλύτερα), μαζί με το καπάκι
  • Υγρό πλύσης χεριών (σαπούνι) που περιέχει στεατική γλυκερίνη
  • Χρωστική τροφής
  • Νερό (από βρύση)

Οδηγίες

  1. Γεμίστε το μπουκάλι περίπου ένα τέταρτο με το υγρό σαπουνιού και έπειτα προσθέστε μερικές σταγόνες χρωστικής.
  2.  

  3. Η επίδειξη δεν θα λειτουργήσει εάν το μείγμα αφρίσει: ανοίξτε τη βρύση ώστε να τρέχει πάρα πολύ λίγο και προσεκτικά γεμίστε το μπουκάλι με νερό μέχρι πάνω.
  4.  

  5. Βάλτε και σφίξτε καλά το καπάκι στο μπουκάλι και ανακατέψτε το με κυκλικές κινήσεις (μην αναποδογυρίστε το μπουκάλι). Αν σχηματιστεί αφρός, βγάλτε το καπάκι και βάλτε λίγο ακόμη νερό μέχρι να βγει ο αφρός. Βάλτε πάλι το καπάκι (σφιχτά).
  6.  

  7. Στριφογυρίστε το μπουκάλι: θα μπορέστε να δείτε πρότυπα καιρικών αναταράξεων (ραβδώσεις και στροβιλισμούς) στο υγρό.

Πώς λειτουργεί;


Η περιστρεφόμενη σφαίρα σε λειτουργία
Η εικόνα προσφέρθηκε από Jonathan Sanderson
Στριφογυρίζοντας το μπουκάλι, το μείγμα σαπουνιού και νερού κουνιέται. Η στεατική γλυκερίνη κάνει ορατά τα πρότυπα ροής, ώστε να μπορείτε να δείτε την κατεύθυνση προς την οποία κινούνται διάφορα τμήματα του μείγματος. Οι λείες γραμμές που σχηματίζονται στο υγρό υποδεικνύουν στρωτή ροή, η οποία προκύπτει όταν το υγρό κινείται αργά. Αν κάνετε το υγρό να κινηθεί πιο γρήγορα (ή αν αλλάξετε την κατεύθυνση απότομα), τότε οι παρατηρούμενες γραμμές του ρευστού γίνονται πιο περίπλοκες: αυτή είναι η τυρβώδης ροή.

Παραδείγματα σχετιζόμενα με ατμοσφαιρικά φαινόμενα

Η ατμόσφαιρα της γης είναι είδος ρευστού που κινείται σαν το υγρό μέσα στη περιστρεφόμενη σφαίρα. Οι άνεμοι αλληλεπιδρούν με την ατμόσφαιρα και δημιουργούν σύνθετα πρότυπα κυκλοφορίας. Η κατανόηση της γενικής κυκλοφορίας της ατμόσφαιρας είναι θεμελιώδης για τη δουλειά πολλών διαφορετικών τομέων της επιστήμης της κλιματικής αλλαγής. Για παράδειγμα, στην κατανόηση και τη μείωση των επιπτώσεων τόσο των τυφώνων όσο και της ρύπανσης.

Πύραυλος από φακελάκι τσαγιού

Αυτή είναι μια καλή οπτική επίδειξη θερμικών – ανοδικά ρεύματα θερμού αέρα.

Υλικά

  • Ένα κλασσικό σακουλάκι τσαγιού
  • Σπίρτα
  • Ένα πιάτο

Οδηγίες

  1. Λύστε το φακελάκι τσαγιού, βγάζοντας το σύρμα συρραφής και την κλωστή και πετώντας το περιεχόμενο (το τσάι). Ανοίξτε καλά το φακελάκι τσαγιού ώσπου να γίνει ένας μακρύς κύλινδρος από χαρτί.
  2. Βάλτε το ανοιχτό φακελάκι τσαγιού όρθιο, πάνω στο πιάτο.
  3. Χρησιμοποιείστε το σπίρτο για να ανάψτε το πάνω μέρος από το φακελάκι.
  4. Παρακολουθήστε καθώς η φλόγα καίει το φακελάκι τσαγιού: λίγο πριν φτάσει το πιάτο, το φακελάκι θα απογειωθεί. Η φλόγα θα σβήσει, αλλά το φακελάκι τσαγιού θα συνεχίσει να ανυψώνεται.

Συμβουλές για επιτυχία

  • Αυτή η επίδειξη έχει καλύτερο αποτέλεσμα σε ένα δωμάτιο όπου δεν υπάρχουν ρεύματα αέρα, μακριά από παράθυρα και κλιματιστικά.
  • Προσέξτε να χρησιμοποιείστε το κατάλληλο φακελάκι τσαγιού. Όταν ξεδιπλωθεί πρέπει να σχηματίζει έναν μακρύ κύλινδρο από χαρτί. Συνήθως δεν λειτουργούν τα φακελάκια τσαγιού που δεν έχουν κλωστή.

Πώς λειτουργεί;

Το φακελάκι τσαγιού που καίγεται ζεσταίνει τον αέρα ακριβώς από πάνω του. Ο θερμός αέρας ανεβαίνει, γι’αυτό ο πιο ζεστός αέρας θα ανέβει σταδιακά πιο πάνω από το φακελάκι τσαγιού, δημιουργώντας ένα ανοδικό ρεύμα θερμού αέρα – ένα θερμικό. Όταν το φακελάκι τσαγιού έχει καεί αρκετά, η απόσπαση του θερμικού από το έδαφος θα είναι αρκετή για να ξεπεράσει τη δύναμη της βαρύτητας, διατηρώντας το φακελάκι τσαγιού στο πιάτο, και έτσι θα απογειωθεί.

 

Φτιάχνοντας έναν πύραυλο από φακελάκι τσαγιού
Οι εικόνες προσφέρθηκαν από Elin Roberts και Jonathan Sanderson

Παραδείγματα σχετιζόμενα με ατμοσφαιρικά φαινόμενα

Τα θερμικά αποτελούν τη βάση για διάφορα πρότυπα καιρικών συνθηκών. Ο ήλιος ζεσταίνει τη γη, προκαλώντας τα θερμικά να μετακινούνται ανοδικά σαν έλικας. Οι καταιγίδες είναι τεράστια θερμικά συστήματα, και ο σχηματισμός δίνης ανεμοστρόβιλων και τυφώνων βασίζεται επίσης στα θερμικά. Ως επίπτωση της υπερθέρμανσης του πλανήτη, αναμένονται πιο πολλές καταιγίδες.

Εξημερωμένος ανεμοστρόβιλος

Αυτή είναι μια καλή οπτική επίδειξη που δείχνει πώς σχηματίζονται οι ανεμοστρόβιλοι.

Υλικά

  • Δύο μεγάλα (~2 l) άδεια μπουκάλια αναψυκτικών (πρέπει να έχουν στρογγυλούς λαιμούς)
  • Έναν προσαρμογέα «σωλήνα ανεμοστρόβιλου» (διαθέσιμος σε πολλά μουσεία επιστήμης ή στο διαδίκτυοw4).
    Αν δεν μπορείτε να βρείτε έναν προσαρμογέα ανεμοστρόβιλου, τότε δοκιμάστε να τοποθετήστε μια μεγάλη ροδέλα (από μέταλλο ή σκληρό ελαστικό δακτύλιο) μεταξύ των δύο μπουκαλιών και κολλώντας ταινία. Η ιδέα είναι να ενώσετε τα δύο μπουκάλια, ώστε να υπάρξει ροή νερού και στα δύο και να παραμείνουν δύσκαμπτα (δείτε τις εικόνες αριστερά και κάτω).
  •  

  • Νερό
 


Φτιάχνοντας έναν εξημερωμένο ανεμοστρόβιλο με έναν προσαρμογέα «σωλήνα ανεμοστρόβιλου»
Οι εικόνες προσφέρθηκαν από Elin Roberts και Jonathan Sanderson

Οδηγίες

  1. Γεμίστε ένα από τα μπουκάλια με νερό μέχρι τη μέση.
  2.  

  3. Βιδώστε τον προσαρμογέα «σωλήνα ανεμοστρόβιλου» στο άδειο μπουκάλι.
  4.  

  5. Αναποδογυρίστε το άδειο μπουκάλι και βιδώστε τον προσαρμογέα και στο μπουκάλι με νερό.
  6.  

  7. Γυρίστε ολόκληρο το αντικείμενο ανάποδα.
  8.  

  9. Πιάστε την κορυφή και τη μέση του αντικειμένου και κουνήστε το με κυκλικές κινήσεις – είτε δεξιόστροφα, είτε αριστερόστροφα.
  10.  

  11. Μόλις σχηματιστεί μία δίνη (υδροστρόβιλος) στο πάνω μπουκάλι, σταματήστε να κουνάτε. Θα πρέπει να βλέπετε τη δίνη να σχηματίζετε σε ολόκληρο το υγρό και να φαίνεται όσο υπάρχει υγρό στο πάνω μπουκάλι.

Μπορείτε να δείτε και ένα βίντεο της άσκησης στο διαδίκτυοw5.

Συμβουλές για επιτυχία

  • Αν η δίνη δεν λειτουργήσει αμέσως, προσπαθήστε να μειώσετε το μέγεθος και να αυξήσετε την ταχύτητα των κύκλων. Βεβαιωθείτε ότι τα μπουκάλια τα κρατάτε κάθετα και το κέντρο των κύκλων σας είναι πάνω στον επιμήκη άξονα του αντικειμένου (συνηθίζεται το λάθος να κουνάτε το αντικείμενο γύρω από το σημείο όπου τα μπουκάλια συνδέονται μεταξύ τους).
  •  

  • Βεβαιωθείτε ότι αντικαθιστάτε τα πλαστικά μπουκάλια όταν χάσουν τη μορφή τους ή χαλάσουν. Πρέπει να είναι κυκλικά για να υπάρξει μια σωστή δίνη.
  •  

  • Τα προβλήματα διαρροής είναι συνηθισμένα. Δοκιμάστε να βάλετε μεμβράνη ή υδραυλική ταινία (PTFE, πολυτετραφθοροαιθυλένιο) γύρω από τον προσαρμογέα για να σφραγιστεί καλύτερα.

Πώς λειτουργεί;

Η επίδειξη αυτή παράγει μια δίνη παρόμοια με αυτές που έχουν παρατηρηθεί σε κυκλώνες, ανεμοστρόβιλους και υδροστρόβιλους. Καθώς το νερό γυρίζει στο μπουκάλι, σχηματίζεται μία έλξη προς τα κάτω λόγω του νερού που περνάει μέσα από το άνοιγμα, κάτω στο άδειο μπουκάλι. Η αρχική μικρή περιστροφή που προκαλείται γυρίζοντας τα μπουκάλια, κερδίζει ταχύτητα καθώς το νερό απορροφάται από το άνοιγμα. Καθώς η περιστροφή επιταχύνεται, έτσι σχηματίζεται η δίνη.


Φτιάχνοντας έναν εξημερωμένο ανεμοστρόβιλο με μία μεγάλη ροδέλα αντί για έναν ειδικό προσαρμογέα
Οι εικόνες προσφέρθηκαν από Nicola Graf

Αναφορές στο διαδίκτυο

Μία από τις προβλέψιμες επιπτώσεις της αλλαγής του κλίματος είναι η υπερθέρμανση του πλανήτη: υψηλότερες θερμοκρασίες του αέρα σημαίνει ότι είναι πιο πιθανό να σχηματιστούν καταιγίδες, και οι ανεμοστρόβιλοι σχηματίζονται σε καταιγίδες, όπου ο αέρας αρχίζει να κινείται κυκλικά. Ανοδικά και καθοδικά ρεύματα στην καταιγίδα αναγκάζουν την περιστρεφόμενη στήλη του αέρα να γίνει κάθετη, δημιουργώντας τον ανεμοστρόβιλο. Ένας αυξημένος αριθμός καταιγίδων είναι πιθανόν να προκαλέσει περισσότερους τυφώνες και ανεμοστρόβιλους σε όλο τον κόσμο.

Αναφορές στο διαδίκτυο

w1 – Παραπάνω πληροφορίες για την εκστρατεία του Βρετανικού Συμβουλίου ZeroCarbonCity είναι διαθέσιμες εδώ: www.britishcouncil.org/zerocarboncity.htm

w2 – Η πλήρη σειρά των δέκα επιδείξεων, περιλαμβάνοντας και μια μετάφραση στα Ρώσικα, βρίσκεται εδώ: www.scu.uwe.ac.uk/index.php?q=node/180

w3 – Για να δείτε ένα βίντεο της επίδειξης «σύννεφο στο μπουκάλι», δείτε:www.physics.org/interact/physics-to-go/cloud-in-a-bottle/index.html

w4 – Για διεθνείς προμηθευτές του πρσαρμογέα «σωλήνα ανεμοστρόβιλου, δείτε:www.101gear.com

w5 – Για να δείτε ένα βίντεο εξημερωμένου ανεμοστρόβιλου, δείτε:www.physics.org/interact/physics-to-go/tame-tornado/index.html

w6 – Για παραπάνω πληροφορίες των οδηγών STEM, δείτε:www.stemdirectories.org.uk

Πηγές

ΤοClimateChallengeείναι ένα παιχνίδι στο διαδίκτυο με συσχετιζόμενες πηγές στήριξης του BBC: www.bbc.co.uk/sn/hottopics/climatechange/climate_challenge

Η Oxfam έχει αναπτύξει ασκήσεις και δραστηριότητες μιας βδομάδας σχετικά με την κλιματική αλλαγή για παιδιά ηλικίας 9-11:www.oxfam.org.uk/education/resources/climate_chaos

Η NASA έχει μια σειρά καταπληκτικών κινούμενων σχεδίων που σχετίζονται με την κλιματική αλλαγή:www.nasa.gov/centers/goddard/earthandsun/climate_change.html

—————————-

Κριτική

Αυτό το άρθρο παρέχει διασκεδαστικά πειράματα φυσικής που συνδέονται με τη διδασκαλία περιβαλλοντικών επιστημών και ειδικότερα μετεωρολογικών φαινόμενων, και τα οποία δεν είναι πολύ μεγάλα για να εκτελεστούν μέσα σε μία τάξη.

Οι προτεινόμενες επιδείξεις είναι απλές, οικονομικές, ελκυστικές και επιπλέον δεν χρειάζονται ειδικό εξοπλισμό. Έτσι μπορούν να προταθούν σε μαθητές διαφορετικών ηλικιών και να αναπτύσσονται ανάλογα διαφορετικών επιπέδων.

Προτείνω αυτό το άρθρο σε διδάσκοντες θετικών επιστημών της πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης. Τα πειράματα είναι κατάλληλα ως ασκήσεις για την αντιμετώπιση διαφόρων θεμάτων της διδακτικής ύλης της φυσικής και γεωλογίας, όπως: κατάσταση της ύλης, μετάβαση φάσης, αέρια, δυναμική ρευστών, η ατμόσφαιρα της Γης (θερμοκρασία, πίεση, υγρασία, σύννεφα, γενική κυκλοφορία, κυκλώνες και ανεμοστρόβιλοι, για παράδειγμα), ατμοσφαιρική ρύπανση και η κλιματική αλλαγή. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για συζήτηση περί της κλιματικής αλλαγής και της βιώσιμης ανάπτυξης.

Ερωτήσεις κατανόησης:

  1. Ποια από τα παρακάτω δεν είναι παράδειγμα πυρήνα συμπύκνωσης:

α) σωματίδιο σκόνης β) μόριο αερίου γ) κρύσταλλος πάγου δ) σωματίδιο αλατιού

 

  1. Τα θερμικά είναι:

α) καθοδικά ρεύματα θερμού αέρα β) ανοδικά ρεύματα κρύου αέρα γ) καθοδικά ρεύματα κρύου αέρα δ) ανοδικά ρεύματα θερμού αέρα

 

Το άρθρο είναι κατάλληλο και για ασκήσεις και δραστηριότητες σχετικά με την επιστήμη και την αγγλική γλώσσα.

Άσκηση Τα θέματα που σχετίζονται με τη διδακτική ύλη θετικών επιστημών Σχολικό επίπεδο
Σύννεφο στο μπουκάλι Ο υδρολογικός κύκλος Πρωτοβάθμια/ δευτεροβάθμια
Κατάσταση της ύλης και μετάβαση φάσης (μεταφορά θερμότητας, θερμοδυναμική, σύνδεση χημικών) Πρωτοβάθμια/ δευτεροβάθμια
Φυσική νερού (ειδική θερμοχωρητικότητα, θερμότητα σύντηξης, θερμότητα εξάτμισης) Δευτεροβάθμια
Φυσική της ατμόσφαιρας: υγρασία (απόλυτη και σχετική), θερμοκρασία (αδιαβατική κλίση θερμότητας), πίεση, σημείο δρόσου, νέφη (κατάταξη σχηματισμού) Δευτεροβάθμια
Περιστρεφόμενη σφαίρα και εξημερωμένος ανεμοστρόβιλος Η περιστροφή της Γης και η επίδραση της δύναμης Coriolis (ωκεάνια ρεύματα) Δευτεροβάθμια (επιστήμες γης: γεωλογία, γεωγραφία)
Ωκεάνια ρεύματα, ατμοσφαιρικά ρεύματα και ανταλλαγές ενέργειας στη γη
Γενική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας, άνεμοι, κυκλώνες και αντικυκλώνες
Κυκλώνες: τυφώνες, ανεμοστρόβιλοι,κυκλώνες μέσου πλάτους
Πύραυλος από φακελάκι τσαγιού Ενέργεια, θερμότητα και θερμοκρασία Δευτεροβάθμια
Μεταφορά θερμότητας και θερμοδυναμική
Φυσική αερίων
Πυκνότητα
Φυσική της ατμόσφαιρας
Δυναμική ρευστών

Giulia Realdon, Ιταλία

 

Ηλιακός άνεμος;

Η ηλιακή και η αιολική ενέργεια αποτελούν εδώ και καιρό δύο δυνατούς ανταγωνιστές στην κούρσα για την επόμενη σημαντικότερη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας. Προκειμένου να μην υπάρξει δίλημμα για την επιλογή μίας εκ των δύο, επιστήμονες από το Washington State University αποφάσισαν να συνδυάσουν και τις δύο.

Χρησιμοποιώντας ένα γιγάντιο ηλιακό πανί, φάρδους 8.400 χιλιομέτρων, για να συλλέξουν ενέργεια από τον ηλιακό άνεμο, η ομάδα ελπίζει πως θα καταφέρει να παράγει 1 δισεκατομμύριο δισεκατομμυρίων gigawatts ενέργειας, δηλαδή σημαντικά μεγαλύτερη ενέργεια από αυτήν που χρειάζεται η ανθρωπότητα – εάν καταφέρουν να φέρουν την ενέργεια αυτή στη Γη.

«Είναι εκπληκτικό το πόση ενέργεια μπορεί να παράγει»,υποστηρίζει ο Dirk Schulze-Makuch, επιστήμονας στο Washington State University και ένας από τους συγγραφείς της μελέτης. «Γενικά, ευελπιστούμε ότι θα δουλέψει αρκετά καλά, αλλά υπάρχουν κάποια πρακτικά ζητήματα που θα πρέπει να επιλύσουμε».

Ο ηλιακός άνεμος δεν ενεργεί με τον ίδιο τρόπο όπως ο κανονικός άνεμος στη Γη, και ο δορυφόρος δεν μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια όπως οι ανεμογεννήτριες. Αντί να περιστρέφονται με φυσικό τρόπο τα πτερύγια, που είναι συνδεδεμένα με μία τουρμπίνα, ο δορυφόρος θα διαθέτει ένα φορτισμένο καλώδιο χάλκινου αγωγού, που θα δεσμεύει ηλεκτρόνια, τα οποία θα απομακρύνονται από τον ήλιο με αρκετές εκατοντάδες χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο.

Σύμφωνα με τους υπολογισμούς της ομάδας, ένα χάλκινο καλώδιο 300 μέτρων, συνδεδεμένο με έναν δέκτη, φάρδους 2 μέτρων, και ένα πανί 10 μέτρων, θα μπορεί να παράγει αρκετή ενέργεια για 1.000 νοικοκυριά.

Ένας δορυφόρος με 1.000 μέτρα καλώδιο και ένα πανί 8.400 χιλιομέτρων, τοποθετημένο στην ίδια τροχιά, θα μπορεί να παράγει ένα δισεκατομμύριο δισεκατομμυρίων gigawatts ενέργειας. Το μέγεθος αυτό αντιστοιχεί σε περίπου 100 δισεκατομμύρια φορές την ενέργεια που χρησιμοποιεί αυτήν τη στιγμή η Γη.

Και μετά;

Φυσικά, όλη αυτή η ενέργεια θα πρέπει να μπορεί να φτάσει στη Γη. Ένα τμήμα της ενέργειας που θα παράγει ο δορυφόρος θα διοχετεύεται πίσω στο χάλκινο καλώδιο και θα δημιουργείται μαγνητικό πεδίο για τη δέσμευση των ηλεκτρονίων. Η υπόλοιπη ενέργεια θα διοχετεύεται σε μία υπέρυθρη ακτίνα λέιζερ, που θα μπορεί να καλύπτει πλήρως τις ανάγκες ενέργειας στη Γη, ανεξαρτήτως των καιρικών συνθηκών.

Το κύριο πρόβλημα αυτής της προσέγγισης είναι πως, λόγω των εκατομμυρίων χιλιομέτρων μεταξύ του δορυφόρου και της Γης, ακόμα και η πιο ισχυρή ακτίνα λέιζερ θα διαχέεται και θα χάνει ένα μεγάλο μέρος της αρχικής της ενέργειας. Παρόλο που το μεγαλύτερο μέρος της τεχνολογίας για τη δημιουργία του δορυφόρου υπάρχει ήδη, θα πρέπει να επινοηθεί μία πιο εστιασμένη δέσμη, όπως προσθέτει ο Schulze-Makuch.

Ο Greg Howes, επιστήμονας στο Πανεπιστήμιο της Αϊόβα, συμφωνεί πως «η ενέργεια σίγουρα υπάρχει» στον ηλιακό άνεμο και πως για να παραχθεί μια πρακτική ποσότητα ενέργειας από τον ηλιακό άνεμο χρειάζεται ένας πάρα πολύ μεγάλος δορυφόρος, «αλλά τα πρακτικά εμπόδια είναι σημαντικά».

Πηγή: pathfinder.gr

Ο ιαπωνικός δορυφόρος Hinode αποκάλυψε ότι ο ηλιακός άνεμος εξαπολύεται από τα ισχυρά μαγνητικά κύματα μέσα στο φορτισμένο αέριο που περιβάλλει τον ήλιο και αποτελείται κυρίως από ιονισμένο υδρογόνο.

Οι μηχανισμοί που προκαλούν τον ηλιακό άνεμο είχαν μπλέξει τους επιστήμονες για δεκαετίες, αλλά αποκαλύφθηκαν μετά από παρατηρήσεις του δορυφόρου Hinode (Ανατολή στα ιαπωνικά).

Η εικόνα από την άκρη της ορατής επιφάνειας του ήλιου λήφθηκε με το Ηλιακό Οπτικό Τηλεσκόπιο στο δορυφόρο Hinode. Έχει δε εφαρμοστεί ένα ειδικό φίλτρο στην εικόνα για να παρουσιάσει πιο φωτεινή τη φωτόσφαιρα και πιο εξασθενημένες τις δομές στο στέμμα του ήλιου.

“Είναι πρωτοφανής η εικόνα της δυναμικής του ήλιου που μας έδωσε ο δορυφόρος Hinode,” λέει ο Jonathan Cirtain, ένας ηλιακός φυσικός της NASA που βοήθησε στην έρευνα.

Ο ηλιακός άνεμος είναι ένα ρεύμα φορτισμένου αερίου — συνήθως υδρογόνο — που εκτοξεύεται από τον ήλιο προς όλες τις κατευθύνσεις με μια ταχύτητα περίπου 1,6 εκατομμύρια χιλιόμετρα την ώρα. Η θεωρία για την ύπαρξη του ηλιακού ανέμου ξεκίνησε πριν μισό αιώνα και η παρουσία του επιβεβαιώθηκε στη δεκαετία του ’70.

Ο Hinode έδειξε ότι δύο μηχανισμοί εμφανίζονται να τροφοδοτούν τον ηλιακό άνεμο.

Οι οδηγοί του ηλιακού ανέμου είναι τα κύματα Alfvén — ισχυρά μαγνητικά κύματα — που κινούνται μέσα στο πλάσμα της ατμόσφαιρας του ήλιου, ή το στέμμα, που μεταφέρει ενέργεια από την επιφάνεια του άστρου, στον ηλιακό άνεμο, εξηγούν οι ερευνητές.

Η θερμική ενέργεια του αραιού πλάσματος του στέμματος είναι τόσο υψηλή ώστε να υπερνικά το πεδίο βαρύτητας του ήλιου και διαστέλλεται στον μεσοπλανητικό χώρο με την μορφή ανέμου. Ο ηλιακός άνεμος που έχει χαρακτηριστεί και σαν ηλιακή σωματιδιακή ακτινοβολία αποτελείται κυρίως από ηλεκτρόνια και πρωτόνια που εκπέμπονται σχεδόν ακτινικά από το στέμμα του ήλιου με υπερηχητικές ταχύτητες. Οι στεμματικές οπές είναι τα κύρια σημεία διαφυγής και επιταχύνσεως του ηλιακού ανέμου δεδομένου ότι οι στεμματικές οπές βρίσκονται σε περιοχές που χαρακτηρίζονται από ανοικτές μαγνητικές γραμμές, χαμηλή θερμοκρασία και πυκνότητα σε σύγκριση με της αντίστοιχες τιμές του στέμματος. Ο ηλιακός άνεμος εκτοξεύεται από διαφορετικά σημεία της επιφάνειας του ήλιου και με διαφορετική αρχική ταχύτητα λόγω των διαφορετικών συνθηκών που επικρατούν στις στρεμματικές οπές και ως εκ τούτου λόγω της περιστροφής του ήλιου φτάνει στη γη κατά ριπές ή αλλιώς ως ρεύματα ή κύματα ηλιακού ανέμου.

Ερευνώντας την ατμόσφαιρα του Ήλιου

Αναρωτηθήκατε ποτέ τι σημαίνει για εμάς στη Γη ο ηλιακός άνεμος ή τι συμβαίνει όταν η επιφάνεια του Ήλιου εκρήγνυται σποραδικά; Η Lucie Green από το Εργαστήριο Mullard της Επιστήμης του Διαστήματος του Πανεπιστημιακού Κολλεγίου του Λονδίνου στο Ηνωμένο Βασίλειο, περιγράφει μερικές από τις πρόσφατες έρευνες στην ατμόσφαιρα του Ήλιου

Ένα ειδικό ερευνητικό πρόγραμμα που μελετάει τον Ήλιο και την επιρροή του στο Ηλιακό Σύστημα είναι αυτήν την περίοδο σε εξέλιξη. Υπό την αιγίδα των Ηνωμένων Εθνών, το πρόγραμμα καλείται Διεθνές Έτος Ηλιακής Φυσικήςw1 και συμμετέχουν επιστήμονες από όλη την Ευρώπη. Ένα από τα θέματα προς διερεύνηση είναι η ατμόσφαιρα του Ήλιου ενώ υπάρχουν πολλές ακόμη αναπάντητες ερωτήσεις σχετικά με το γειτονικό μας αστέρι.

Μια από αυτές τις ερωτήσεις προέκυψε το 1869, όταν φασματοσκοπικές παρατηρήσεις κατά τη διάρκεια μιας ηλιακής έκλειψης αποκάλυψαν μια φασματική γραμμή που δεν είχε παρατηρηθεί στα εργαστήρια. Αρχικά θεωρήθηκε ότι επρόκειτο για ένα νέο χημικό στοιχείο το οποίο ονομάστηκε προσωρινά ‘κορώνειο’ (coronium), όμως αργότερα βρέθηκε ότι παραγόταν από ισχυρά ιονισμένα ιόντα σιδήρου, τα οποία απαιτούσαν πολύ υψηλές θερμοκρασίες (περίπου ενός εκατομμυρίου Kelvin) για να σχηματιστούν. Αυτή η ανακάλυψη το 1939 ήταν η πρώτη ένδειξη ότι τα αέρια στην ηλιακή ατμόσφαιρα ήταν πολύ πιο θερμά από τη θερμοκρασία επιφάνειας των 6000 Kelvin.

Αυτό αποτέλεσε έναν γρίφο. Καθώς απομακρύνεστε από την πηγή θερμότητας (τον πυρήνα του Ήλιου), η θερμοκρασία πρέπει να μειώνεται. Αυτό συμβαίνει έως ότου φθάνετε στην κορυφή της φωτόσφαιρας, αλλά έπειτα η θερμοκρασία αρχίζει να αυξάνεται με την απόσταση από τον πυρήνα. Αυτό παραβιάζει το δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής: ένα κρύο σώμα δεν μπορεί να θερμάνει ένα θερμότερο. Οπότε προκύπτει το ερώτημα, τι θερμαίνει το ηλιακό στέμμα;

Το πρόβλημα αυτό είναι πλέον γνωστό ως το πρόβλημα της θέρμανσης του στέμματος.

Παρά το γεγονός ότι η ανακάλυψη της πρώτης γραμμής εκπομπής από το στέμμα αντιστοιχούσε σε μήκος κύματος του ορατού φωτός, το μεγαλύτερο μέρος της εκπομπής από το στέμμα γίνεται στα μήκη κύματος της υπεριώδους ακτινοβολίας και των ακτινών X. Με την έναρξη της διαστημικής εποχής, το 1957, τηλεσκόπια ακτινών X που μεταφέρονταν από πυραύλους και δορυφόρους ήταν σε θέση να συλλέξουν δεδομένα έξω από την απορροφητική ατμόσφαιρα της Γης επιτρέποντας στους επιστήμονες να αρχίσουν να μελετούν αυτά τα ηλιακά φαινόμενα. Οι παρατηρήσεις γρήγορα έδειξαν ότι ισχυρή εκπομπή ακτινών X καταγράφονταν στις περιοχές της ατμόσφαιρας του Ήλιου όπου τα μαγνητικά πεδία εμφάνιζαν υψηλή συγκέντρωση. Υπάρχει άραγε σχέση μεταξύ των μαγνητικών πεδίων και της θέρμανσης;

Οι παρατηρήσεις που έγιναν από διαστημικά σκάφη όπως η αποστολή SOHO, το 1995, της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας (ESA) και της NASA χρησιμοποιούνται για να ελέγξουν διάφορες θεωρίες. Οι θεωρίες εμπίπτουν σε δύο κατηγορίες: μοντέλα στα οποία η ενέργεια εξάγεται από μαγνητικά πεδία που διαπερνούν το στέμμα, και κυματικά μοντέλα στα οποία η ενέργεια αποτίθεται από κύματα που διαδίδουν από κάτω προς τα επάνω. Η ιδέα που προς το παρόν φαίνεται να ευνοείται είναι ότι η ενέργεια προέρχεται από τα μαγνητικά πεδία που «σπρώχνονται» και κινούνται συνεχώς τριγύρω, αλλά η έρευνα βρίσκεται ακόμη σε εξέλιξη.

Μια συνέπεια του θερμού ηλιακού στέμματος και ταυτόχρονα της υψηλής θερμικής αγωγιμότητάς του, είναι ότι αυτό επεκτείνεται συνεχώς στο διάστημα. Αυτή η επέκταση είναι γνωστή ως ηλιακός άνεμος και υπάρχουν δύο τύποι: ο αργός άνεμος που ταξιδεύει με ταχύτητα περίπου 400 km/s και ο ταχύς ηλιακός άνεμος που ταξιδεύει με ταχύτητα περίπου 800 km/s. Προς το παρόν, ούτε οι μηχανισμοί επιτάχυνσης ούτε οι θέσεις αυτών των δύο τύπων δεν γίνονται πραγματικά κατανοητοί, ωστόσο και οι δύο διερευνώνται.

Ο ηλιακός άνεμος εκτείνεται σε όλους τους πλανήτες και τα υπόλοιπα σώματα του ηλιακού συστήματος. Μερικοί πλανήτες, όπως τη Γη, παράγουν το δικό τους μαγνητικό πεδίο: πρόκειται για εκείνους που έχουν είτε έναν πυρήνα από λειωμένο σίδηρο (όπως η Γη) είτε μια ατμόσφαιρα υδρογόνου που είναι τόσο συμπυκνωμένη που συμπεριφέρεται ως μέταλλο (όπως ο Δίας). Αυτό σχηματίζει μια μαγνητική φυσαλίδα γύρω από τον πλανήτη, γύρω από την οποία ο ηλιακός άνεμος ρέει κανονικά. Ο πλανήτης και το μαγνητικό πεδίο του ενεργούν όπως μια πέτρα σε έναν ποταμό, που εκτρέπει το ρεύμα. Εντούτοις, ο ηλιακός άνεμος μεταφέρει μαζί του ένα μαγνητικό πεδίο και όταν αυτό έχει έναν ισχυρό νότιο προσανατολισμό, ευθυγραμμίζεται με το γήινο μαγνητικό πεδίο. Τότε, παράγεται το σέλας (τα Βόρεια και τα Νότια φώτα). Γίνεται έρευνα για να κατανοηθεί ο τρόπος με τον οποίο η ενέργεια του ηλιακού ανέμου μεταφέρεται στο μαγνητικό πεδίο και την ατμόσφαιρα της Γης. Έρευνα διεξάγεται επίσης για να κατανοηθεί πώς ο ηλιακός άνεμος επηρεάζει τους πλανήτες που δεν διαθέτουν μαγνητικό πεδίο. Για παράδειγμα, η αποστολή Venus Express είναι αυτή την περίοδο σe τροχιά γύρω από την Αφροδίτη και μετρά την επίδραση του ηλιακού ανέμου στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης.

Η πιο δραματική δραστηριότητα που συμβαίνει στην ατμόσφαιρα του Ήλιου είναι τεράστιες εκρήξεις πλάσματος και του μαγνητικού του πεδίου γνωστών ως εκτινάξεις στεμματικού υλικού (CME). Το φαινόμενο παρατηρήθηκε για πρώτη φορά στη δεκαετία του ’70 και από τότε έχει αποδειχθεί ότι η συχνότητα εμφάνισής του μεταβάλλεται κυκλικά (με αυτό που είναι γνωστό ως ηλιακός κύκλος): Οι CME εμφανίζονται τουλάχιστον μία φορά κάθε τρεις ημέρες, και το μέγιστο τρεις έως πέντε φορές ανά ημέρα. Αυτές οι εκρήξεις μπορούν να κατευθυνθούν προς τη Γη και, όπως ακριβώς συμβαίνει με τον ηλιακό άνεμο, μπορούν να επηρεάσουν το γήινο μαγνητικό πεδίο. Υπό αυτές τις συνθήκες παρατηρούνται διάφορες συνέπειες στη Γη: η θέρμανση και η διαστολή της γήινης ατμόσφαιρας οδηγεί σε μεταβολές των τροχιών των δορυφόρων. Οι πραγματικά πολύ σοβαρές συνέπειες των CME καθιστά απίστευτα ενδιαφέρουσα τη μελέτη τους, με αποτέλεσμα να υπάρχει αυτήν την περίοδο ένας στόλος διαστημικών σκαφών που παρατηρούν τον Ήλιο και τη Γη.

Η αιτία που προκαλεί τις CME είναι γνωστό ότι συνδέεται με τα μαγνητικά πεδία του Ήλιου, τα οποία δημιουργούνται από ηλεκτρικά ρεύματα βαθιά μέσα στο εσωτερικό του Ήλιου, με ένα μηχανισμό που αποκαλείται ηλιακό δυναμό. Δέσμες συμπιεσμένων πεδίων δημιουργούνται και αναδύονται μέσα από τη φωτόσφαιρα και επεκτείνονται προς το στέμμα. Αυτό το μαγνητικό πεδίο εγχέεται συνεχώς στην ατμόσφαιρα και θεωρείται ότι οι CME παρέχουν έναν τρόπο για να απομακρυνθεί και να αποτραπεί μια συσσώρευσή του. Μελέτες που πραγματοποιούνται με διαστημικά σκάφη, όπως το SOHO, το TRACE, το STEREO και το Hinode, σκοπεύουν να αποτυπώσουν πώς οι δομές των μαγνητικών πεδίων αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου.

Η αποστολή STEREO αποτελείται από δύο διαστημικά σκάφη που περιφέρονται γύρω από τον Ήλιο με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούν να απομακρυνθούν από τη Γη στο διάστημα (η μια τροχιά είναι ελαφρώς πιο κοντά στον Ήλιο απ’ ό,τι στη Γη, και η άλλη ελαφρώς πιο μακριά). Αυτό σημαίνει ότι τα δύο διαστημικά σκάφη βλέπουν τον Ήλιο από διαφορετικές θέσεις στο διάστημα και ακριβώς όπως τα δύο μάτια μας μάς δίνουν μια αίσθηση του βάθους και της προοπτικής, το διαστημικό σκάφος STEREO δίνει μια τρισδιάστατη άποψη των εκτινασσόμενων μαγνητικών δομών Η τρισδιάστατη άποψη χρησιμοποιείται για να ελέγξει και να βοηθήσει στην κατανόηση του φυσικού μηχανισμού της εκτίναξης χρησιμοποιώντας τη γνώση της δομής των μαγνητικών πεδίων. Το STEREO βοηθά επίσης να προβλεφθεί ποια CME θα συγκρουστεί με τη Γη. Αυτή η πληροφορία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί από τους χειριστές δορυφόρων ή τους οργανισμούς παροχής ηλεκτρικής ενέργειας: για παράδειγμα, οι τροχιές των δορυφόρων θα μπορούσαν να ελεγχθούν με ιδιαίτερη προσοχή όταν θεωρείται ότι μια CME θα συγκρουστεί με τη Γη.

Το διαστημικό σκάφος Hinode είναι το αντίστοιχο του Διαστημικού Τηλεσκοπίου Hubble για τον Ήλιο, και επιτρέπει τη μελέτη της εξέλιξης των τεράστιων ατμοσφαιρικών μαγνητικών δομών με την πάροδο του χρόνου με μεγάλη λεπτομέρεια. Θεωρείται ότι ο μόνος τρόπος να αποκτηθεί αρκετή ενέργεια για να εκτινάξει τα δισεκατομμύρια των τόνων του ηλιακού υλικού που αποτελούν μια CME είναι με τη χρήση της ενέργειας που αποθηκεύεται στα συνεστραμμένα και συμπιεσμένα μαγνητικά πεδία. Το Hinode μετράει το πόσο συνεστραμμένο είναι το μαγνητικό πεδίο και τα αποτελέσματα συγκρίνονται με εκείνα που συλλέγονται από το STEREO. Μόλις καταλάβουμε γιατί δημιουργούνται οι CME, μπορούμε να αρχίσουμε να προβλέπουμε ποιες μαγνητικές δομές θα εκραγούν και ποια τελικά θα έχει τη μεγαλύτερη επίδραση στη Γη.

Ο διαρκής ηλιακός άνεμος και οι σποραδικές CME σημαίνουν ότι η Γη αισθάνεται πάντα την παρουσία του Ήλιου. Στην πραγματικότητα, μπορεί να ειπωθεί ότι καθόμαστε μέσα στην ατμόσφαιρα του Ήλιου, η οποία εκτείνεται μέσα στο ηλιακό σύστημα. Έτσι, όπως η επιστήμη προσπαθεί να κατανοήσει το γειτονικό μας αστέρι, θέλουμε κι εμείς να καταλάβουμε τη θέση μας στο ηλιακό σύστημα.

Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το Διεθνές Έτος Ηλιακής Φυσικής (2007-2009), δείτε: http://ihy2007.org/ καθώς και www.sunearthplan.net

 

 

Follow

Get every new post delivered to your Inbox.