Historia badania kosmosu

ZSRR zaszokował świat wystrzeleniem w 1957 roku pierwszego sztucznego satelity Ziemi. Sputnik – 1 krążył wokół Ziemi i nadawał przeciągłe pi-pip. To był nokaut dla USA, które uważało się za pierwsze mocarstwo świata. Miesiąc później w Sputniku-2 Rosjanie wysłali jako pierwsi na orbitę żywą istotę – psa Łajkę. Potem kolejno w kabinie statku Wostok wystrzelili w kosmos dwa psy: Biełkę i Striełkę, po czym sprowadzili je bezpiecznie na Ziemię. To samo udało się z Czarnuszką i Zwiozdoczką w marcu 1961 roku. Podobnie było z pierwszym udanym przelotem, którego w odległości kilku tysięcy km od powierzchni Srebrnego Globu dokonała radziecka sonda Łuna 1 wystrzelona z Ziemi 2 stycznia 1959 r. Ona pierwsza osiągnęła drugą prędkość kosmiczną i do dziś krąży wokół Słońca jako sztuczna planetoida. Dwa miesiące później amerykańska sonda Pioneer 3 też uzyskała prędkość ucieczki, ale minęła Księżyc w odległości aż kilkudziesięciu tysięcy km (w październiku i listopadzie 1958 r. wystrzelono sondy Pioneer 1 i Pioneer 2, których celem był Księżyc, ale zdołały się one oddalić od Ziemi na odległość tylko ponad 100 tysięcy km. We wrześniu tego samego roku Łuna 2 trafiła w Księżyc, stając się pierwszym zbudowanym przez człowieka obiektem o masie 390 kg, który przeleciał z Ziemi na inne ciało niebieskie. Z kolei Łuna 3, wystrzelona 4 października 1959 r., znalazła się na orbicie okołoziemskiej o tak dużym apogeum, że 6 października obleciała Księżyc w odległości około 6200 km od jego powierzchni i przekazała na Ziemię pierwszy, ale bardzo niewyraźny obraz fragmentu niewidocznej z Ziemi, odwrotnej strony Księżyca.

Po tych pionierskich próbach sięgnięcia Księżyca zaczęły powstawać coraz bardziej skonkretyzowane programy jego eksploracji.
Niewątpliwie jednak największym osiągnięciem było wystrzelenie w Kosmos pierwszego człowieka, którym był radziecki kosmonauta Jurij Gagarin. Stało się to 12 kwietnia 1961 roku. Jego historyczny lot trwał niecałe dwie godziny i było to jedno okrążenie Ziemi na wahadłowcu Discovery (rys. nr 6).

Amerykanie postanowili odpowiedzieć na te radzieckie sukcesy czymś bardzo spektakularnym. Po dyskusjach w gronie doradców prezydent John F. Kennedy 25 maja 1961 roku, zaledwie w sześć tygodni po locie Gagarina, powiedział w Kongresie: “Wierzę, że nasze państwo powinno poświęcić się realizacji następującego celu – ażeby przed końcem bieżącej dekady człowiek wylądował na Księżycu i bezpiecznie powrócił na Ziemię. Żaden inny projekt kosmiczny nie będzie bardziej ekscytujący, nie wywrze na ludzkości większego wrażenia i nie będzie ważniejszy dla dalszej eksploracji kosmosu. Żaden też nie okaże się tak trudny ani tak kosztowny”. Strategie były dwie: budowa stacji orbitalnej, z której człowiek poleciałby na Księżyc i druga: budowa potężnej rakiety, która bezpośrednio wyniesie statek kosmiczny na tor ku Księżycowi. Amerykanie przyjęli to drugie rozwiązanie. Budżet NASA został natychmiastowo powiększony o 89%, a liczba współpracowników z 60 do 200 tysięcy. Prace ruszyły bardzo szybko, bowiem Ameryknie bali się, że ZSRR będzie w stanie wysłać ludzi na Księżyc już około roku 1966-67. Dziś wiemy, że ZSRR rzeczywiście “podjął rękawicę”. Z niedawno odtajnionych dokumentów wynika, że radzieccy konstruktorzy zaczęli myśleć o konstrukcji księżycowych lądowników już w 1961 roku, a 3 sierpnia 1964 roku Komitet Centralny KPZR zatwierdził program lotu na Księżyc. Kosmonauci mięli tam dotrzeć na rok przed Amerykanami. Rok później amerykańska agencja wywiadowcza CIA informowała o wzmożonych pracach na kosmodromie Bajkonur, budowie nowych stanowisk startowych i hal. W Gwiezdnym Miasteczku pod Moskwą trenowała już załoga, która miała lądować na Srebrnym Globie. Przygotowano lądownik księżycowy i skafander do spacerów. Ale ZSRR nie zdążył wskutek zatrudnienia kilku rywalizujących ze sobą biur konstrukcyjnych, a także małej ilości pieniędzy.

Stany Zjednoczone zaczęły natomiast swoją drogę do Księżyca serią sond księżycowych Ranger, której celem było zrobienie fotografii powierzchni satelity Ziemi. Zdjęcia miały wykonywać pokładowe kamery telewizyjne podczas zbliżania się sondy do powierzchni i drogą radiową natychmiast transmitować je na Ziemię. Uderzenie w powierzchnię Księżyca kończyło pracę sondy. Jak trudnym okazała się realizacja tego zadania świadczy chociażby to, że udało się je wykonać dopiero Rangerom o numerach 7, która miała start 28 lipca 1964 (rys. nr 8) i 8 (start 17 lutego 1965), oraz 9 (start 21 marca 1965). Starty dwóch pierwszych Rangerów w sierpniu i listopadzie 1961 r. nie powiodły się, a cztery następne albo nie trafiły w Księżyc, albo spadły na jego powierzchnię, nie przekazując na Ziemię żadnych obrazów. Program Ranger dostarczył w sumie ponad 10 tysięcy zdjęć powierzchni Księżyca, przy czym najdokładniejsze, wykonane z wysokości około 500 m, miały zdolność rozdzielczą rzędu kilkudziesięciu centymetrów.

Szczegółowe poznanie topografii niemal całej powierzchni Księżyca zawdzięczamy pięciu amerykańskim sztucznym satelitom Księżyca Lunar Orbiter, które zostały wystrzelone z Ziemi w okresie od 10 sierpnia 1966 do 1 sierpnia 1967 r. i okrążały Księżyc na wysokościach od 40 km do kilku tysięcy km. Wykonane przez nie zdjęcia, których zdolność rozdzielcza sięgała 1 m, nie tylko umożliwiły wybór miejsc lądowania przyszłych statków załogowych, lecz także ukazały zdumiewające piękno ukształtowania powierzchni naszego naturalnego satelity (rys. nr 7). Warto dodać, że precyzyjna analiza torów, po których poruszały się sondy Lunar Orbiter, pozwoliła sprecyzować model pola grawitacyjnego Księżyca, co doprowadziło m.in. do odkrycia tzw. maskonów, czyli obszarów koncentracji masy wewnątrz Srebrnego Globu.

Równolegle z programem Lunar Orbiter w okresie od 30 maja 1966 do 7 stycznia 1968 r. wysłano na powierzchnię Księżyca siedem sond Surveyor, których zadaniem było łagodne lądowanie w różnych miejscach i poznanie własności fizycznych oraz składu chemicznego gruntu księżycowego. Misja dwóch sond nie powiodła się, bo nie udało się miękkie lądowanie Surveyorów 2 i 4, ale pozostałe dostarczyły niezbędnych informacji do ostatecznego przygotowania wyprawy załogowej, znacznie wzbogacając jednocześnie naszą wiedzę o Księżycu.
Trzy programy – Gemini (załogowe loty okołoziemskie), Lunar Orbiter (sztuczne satelity Księżyca) i Surveyor (próbniki gruntu księżycowego) – były głównymi elementami przygotowań do realizacji programu Apollo, którego celem było lądowanie człowieka na Srebrnym Globie. Program ten rozpoczął się lotami bezzałogowymi po torze balistycznym statków Apollo 1 i 2 w 1966 r. Podczas przygotowań do lotu Apollo 3 w dniu 27 stycznia 1967 r. w kabinie statku wybuchł pożar, w którym zginęli astronauci: Roger Chaffee, Virgil I. Grissom i Edward H. White. Pierwszy lot ludzi statkiem Apollo 7 (rys. nr 9) wokół Ziemi odbył się dopiero w październiku 1968 r. Ale już w grudniu 1968 r. Apollo 8 z trzyosobową załogą poszybował w kierunku Księżyca. Po raz pierwszy człowiek obleciał Księżyc i spojrzał na jego powierzchnię z wysokości nieco ponad 100 km. Apollo 9 w marcu 1969 r. przeprowadził na orbicie okołoziemskiej pierwsze próby z lądownikiem księżycowym. Podobne manewry, ale już na orbicie wokół Księżyca, wykonała załoga statku Apollo 10 w maju 1969 r. Dwóch astronautów w lądowniku księżycowym, który odłączył się od macierzystego statku, zbliżyło się wtedy do powierzchni Księżyca na odległość zaledwie 15 km.

I wreszcie 16 lipca 1969 r. z Centrum Lotów Kosmicznych im. Kennedy’ego na Florydzie wyruszył “Saturn-Apollo”, który składał się z kilku części. Pierwszą była trzystopniowa rakieta, a właściwie trzy rakiety, jedna na drugiej, każda z innymi silnikami o różnej mocy, przystosowanymi do pracy w rzedniejącej atmosferze, stawiającej coraz mniejszy opór, coraz lżejszemu, bo zużywającemu paliwo, statkowi. Stopnie te kolejno odpalane, spadały do oceanu. W dalszą podróż poleciał człon załogowy Columbia, a pod nim upakowany, jak w puszce konserw “Lunar Module”, popularnie zwany Lemem – była to łódź wiosłowa do lądowania na Księżycu.

Na orbicie, gdzie Lemowi nie groziło już zniszczenie w ziemskiej atmosferze, przewidziane było wydobycie go i umieszczenie na szczycie całego zespołu. W tym celu Apollo musiał obrócić się o 180 stopni i dopiero potem połączyć się z lądownikiem księżycowym. Podczas lotu wokół Księżyca Lem odłączył się od Columbii, w której pozostał astronauta Mike Collins, by ubezpieczać kolegów. Ponieważ zgubiono drogę, Neil Armstrong w ostatniej chwili musiał zrezygnować z automatycznego sterowania i manewr lądowania wykonał ręcznie, by nie rozbić się o krawędź krateru. Był moment gdy z Ośrodka Lotów Załogowych w Houston padło ostrzeżenie: “Zostało wam paliwa na 30 sekund”.

Lem także składał się z dwóch części. Niższa została na Srebrnym Globie, służąc jako platforma startowa drugiej, w której kosmonauci opuścili Księżyc by połączyć się z czekającą na nich na orbicie Columbią. W pobliżu Ziemi oddzieliła się od niej stożkowa kabina lądująca i na spadochronach opadła do Oceanu Spokojnego. Ze 118 metrowego zespołu, jaki wystartował z Ziemi, powróciła kapsuła niespełna czterometrowej średnicy. Mirosław Hermaszewski – polski astronauta powiedział, że “To była niezwykle finezyjnie zaplanowana i mistrzowsko wykonana, koronkowa operacja”.

Bezpośrednią transmisję oglądało pół miliarda ludzi. Na powierzchnię Księżyca jako pierwszy zszedł Neil Armstrong. Zestawiając nogę z drabinki, wypowiedział historyczne słowa: “Dla człowieka to jeden mały krok, a dla ludzkości skok ogromny”. Ale tak naprawdę nikt dobrze tych słów nie słyszał, ani tego kroku nie widział. Kamera umieszczona w Lemie pokazywała z góry niewyraźną postać w skafandrze i ze zbiornikiem tlenu na plecach (rys. nr 10). Najpierw Armstrong musiał nauczyć się chodzić, bo ważył sześć razy mniej niż na Ziemi. Potem zszedł Buzz Aldrin. Doświadczenia jakie wykonali, z trudem zasługują na to miano – tak były proste. Zainstalowali kamerę telewizyjną, arkusz folii aluminiowej do chwytania wiatru słonecznego, sejsmograf i reflektor do pomiaru odległości. Rozstawili też sztandar amerykański wykonany ze sztywnego plastiku, by imitował dumny łopot w bezwietrznej, księżycowej przestrzeni. Gdyby sztandar był z płótna, zwisałby smętnie. Na jego tle odbyła się rozmowa telefoniczna z prezydentem Nixonem. Potem astronauci zebrali 20 kg księżycowych kamieni, obfotografowali teren i zbadali właściwości gleby.

Cały pobyt na Księżycu trwał 22 godziny, z czego astronauci spędzili chodząc po powierzchni, nie oddaliwszy się od pojazdu lądującego więcej niż 30 metrów. Było to wydarzenie dziejowe.
Do końca 1972 r. odbyło się jeszcze sześć lotów załogowych na Księżyc w ramach programu Apollo. Wszystkie przebiegały według tego samego schematu jak wyprawa Apollo 11, ale każdy następny pobyt ludzi na Księżycu trwał dłużej i był bogatszy w różne eksperymenty. Astronauci ze statku Apollo 12 (19 listopada 1969 r.) – Alan Bean i Charles Conrad wylądowali w odległości 180 m od przebywającego na Księżycu od 20 kwietnia 1967 r. próbnika Surveyor 3, więc go, oczywiście, szczegółowo obejrzeli i przywieźli na Ziemię fragmenty jego aparatury. Umożliwiło to zbadanie wpływu, jaki wywarł na nią długotrwały pobyt na Księżycu. Podczas lotu do Księżyca statku Apollo 13 (11-17 kwietnia 1970) – nastąpiła awaria jednego ze zbiorników tlenu, co uniemożliwiło lądowanie i o mało nie zakończyła się śmiercią astronautów Freda Haise’a, Jamesa Lovella i Johna Swigerta. Statek szczęśliwie jednak wodował na Oceanie Spokojnym. Załoga statku Apollo 14 (31 stycznia-9 lutego 1971) – Edgar Mitchell i Alan Shepard przebywała na Księżycu 33,5 godziny i odwiedziła krater odległy od miejsca lądowania o 1,5 km, posługując się przy tym wózkiem, którym rozwożono różne instrumenty pomiarowe do pozostawienia na Księżycu i do którego zbierano próbki gruntu, aby przywieźć je na Ziemię. Astronauci kolejnej wyprawy, Apollo 15 (26 lipca-7 sierpnia 1971) – James Irwin (rys. nr 11) i David Scott przebywali na Księżycu 67 godzin i poruszali się po nim przywiezionym ze sobą pojazdem, zwanym Rover, o napędzie elektrycznym; przejechali nim łącznie 36 km. Dwa ostatnie pobyty ludzi na Księżycu – Apollo 16 (16-27 kwietnia 1972)z udziałem Charlesa Duke i Johna Young’a i Apollo 17 (7-19 grudnia 1972) Eugene Cernan i Harrison Schmitt- trwały, odpowiednio, 71 i 75 godzin. Astronauci również posługiwali się Roverem (osiągając prędkość 18 km/h), a wśród przeprowadzonych eksperymentów było m.in. sztuczne wywoływanie fal sejsmicznych poprzez detonacje ładunków wybuchowych, co umożliwiło penetrację skorupy globu księżycowego do głębokości około 900 m. Apollo 16 przywiózł na Ziemię rekordową ilość prawie 100 kg próbek gruntu.

Po powierzchni Srebrnego Globu stąpało łącznie 12 ludzi. Przywieźli oni na Ziemię 380 kg księżycowych skał i kamieni. W księżycowym pyle, którego nigdy nie omiata wiatr pozostawili ślady butów. Po locie Apolla 17 prezydent Richard Nixon powiedział “dość” i odwołał następne planowane wyprawy. Administracja uznała, że 25 mln dolarów, które wydano na urzeczywistnienie marzenia o lądowaniu na Księżycu, to zbyt dużo. Na fali sukcesu Apolla 11 amerykańska agencja kosmiczna NASA planowała dalsze podboje. Myślano o szybkim locie na Marsa (rys. nr 14), budowie promu kosmicznego, stałej zamieszkałej bazy na orbicie okołoziemskiej, a potem na Księżycu. Wszystko to stać się miało jeszcze przed końcem lat siedemdziesiątych. Ale entuzjazm szybko wygasł z powodu braku pieniędzy.

Rosjanie, nie mogąc wcześniej od Amerykanów odwiedzić Księżyca, ograniczyli się do wysłania bezzałogowych sond – całej serii statków Łuna. Po raz ostatni spokój Księżyca zakłóciła Łuna 24 w roku 1976. Jeszcze przez jakiś czas nadawały sejsmografy, pozostawione przez astronautów na Księżycu, lecz w 1977 roku i one ostatecznie umilkły. Srebrny Glob popadł w zapomnienie na niemal ćwierć wieku. USA i ZSRR zarzuciły plany załogowych i bezzałogowych lotów na Księżyc, a także budowy bazy księżycowej (rys. nr 12 i 13).

W połowie lat siedemdziesiątych po raz pierwszy USA i ZSRR zaczęły myśleć o współpracy. Dopiero jednak rozpad ZSRR, kłopoty Rosji z finansowaniem swojego programu kosmicznego i stacji Mir sprawiły, że oba mocarstwa w końcu połączyły siły. 17 lipca 1975 nastąpiło połączenie na orbicie radzieckiego Sojuza i amerykańskiego Apolla. 29 czerwca 1995 Wahadłowiec Atlantis zacumował do rosyjskiej stacji Mir. Amerykanie i Rosjanie podali sobie ręce w kosmosie po raz pierwszy od połączenia Apolla z Sojuzem w lipcu 1975 r. Operacja wymagała wielkiej precyzji. Po raz pierwszy takie kolosy, każdy o wadze 100 ton, łączyły się w kosmosie. Amerykańskie wahadłowce łącznie dziewięć razy cumowały do Mira – było to przygotowanie do wspólnej budowy Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

W drugiej połowie lat 90 XX wieku przypomniano sobie o Księżycu. W jego kierunku w poleciało kilka nowych sond. Zaczęto na nowo rozważać budowę tam stałej, zamieszkanej bazy. Ludzie mogą ponownie się pojawić na Księżycu najwcześniej za 20 lat, a pierwsza stała baza – l0 lat później.

Księżyc byłby wymarzoną stacją dla astronomów. Mogłyby tam stanąć teleskopy bez przeszkód obserwujące kosmos. Dna kraterów to wymarzone miejsce na rozpostarcie czasz radioteleskopów, które nie byłyby zagłuszane kakofonią fal radiowych, telewizyjnych, rozmów z telefonów komórkowych na Ziemi. Jednak zasadniczą przeszkodą w planach wykorzystania Księżyca są pieniądze, bo ile może kosztować założenie tam bazy? Wymienia się sumy od 30 mld dolarów do 300 mld. Być może jednak skuszą kogoś naturalne bogactwa naszego satelity. Jest tam krzem, żelazo, wapń, aluminium, tytan i magnez. A największym bogactwem, które moglibyśmy tam wydobywać, jest hel-3 – świetne paliwo jądrowe. Zdaniem fizyków reakcja połączenia jąder helu-3 z jądrami deuteru (izotopu wodoru) może się okazać wspaniałym i bezpiecznym źródłem energii. Energia z księżycowego helu-3 wystarczyłaby Ziemi na wiele tysięcy lat. Naukowcy proponują też zbudowanie elektrowni słonecznej na Księżycu. Energia zebrana przez wielkie panele słonecznych baterii byłaby przesyłana na Ziemię strumieniem mikrofal. Ponadto z Księżyca wygodniej byłoby startować w kosmos niż z Ziemi, gdyż na jego powierzchni panuje sześć razy mniejsza siła ciążenia. Jeśli chcemy kolonizować inne planety Układu Słonecznego, polecieć np. na Marsa, to Księżyc jest najbliższym poligonem, gdzie można będzie założyć bazę startową i wypróbować nowe technologie. Orędownicy założenia stałej bazy na Księżycu zatarli ręce, gdy odkryto ślady wody w księżycowych kraterach podbiegunowych. To mogłoby znacznie obniżyć koszty osiedlania się i ułatwić życie mieszkańcom stałej bazy. Woda może służyć do picia, mycia i zasilania plantacji roślin. Można uzyskać z niej tlen do oddychania, a z mieszanki wodoru i tlenu – paliwo rakietowe. Przyszła baza nie będzie wykonana z betonu. Przyszli inżynierowie międzyplanetarni mogą się raczej wzorować na budowie eskimoskich igloo. Na Księżycu są pokłady regolitu – zbitego pyłu, który powinien kroić się tak jak lód na Grenlandii. Wystarczy więc przywieźć z Ziemi nadmuchiwane domy i pokryć je blokami z regolitu, by powstało przyzwoite schronienie dla astronautów.

Omawiając historię lotów w Kosmos, nie sposób pominąć Mirosława Hermaszewskiego – Polaka, który odbył w charakterze kosmonauty badacza 8-dniowy lot kosmiczny. Jego partnerem, a zarazem dowódcą statku Sojuz 30 był kosmonauta Piotr Klimiuk. Po połączeniu się ze stacją orbitalną, na której pokładzie przebywali W. Kowalonok i A. Iwańczenkow, wykonał szereg eksperymentów z dziedziny medycyny i technologii kosmicznej. Lądowanie nastąpiło w Kazachstanie po 19 godzinach lotu, tj. 126 okrążeniach Ziemi.

Bardzo ciekawym jest fakt, że w roku 1999 do grona mocarstw zdolnych do wysłania człowieka na orbitę dołączyli Chińczycy. Pierwszy chiński statek załogowy, nazwany Shenzhou, choć jeszcze bez ludzi na pokładzie, wystartował 21 października 1999. Bezzałogowy lot trwał 21 godzin i 11 minut, w tym czasie Shenzhou 14 razy okrążył Ziemię. Nie wiadomo, kiedy pierwszy taikonauta (“taikong” w języku chińskim oznacza niebo) zostanie wystrzelony na ziemską orbitę. Program lotów załogowych jest w Chinach otoczony ścisłą tajemnicą. Wiadomo tylko, ze zdjęć, że chiński statek przypomina rosyjskiego Sojuza.

Ale to nie koniec podboju Kosmosu. Ciągle myśli się o Marsie, który w porównaniu z innymi ciałami niebieskimi ma bardzo dogodne warunki do kolonizacji. Jego cykl dobowy jest prawie identyczny z ziemskim. Od 1965 roku datujemy historię badań Marsa, gdzie wypuszczane są zmechanizowane sondy, które penetrują Czerwoną Planetę. Od kilkunastu lat rozważa się jednak możliwość wysyłania ludzi. Pierwszy taki plan SIĘ (Space Exploration Initiative) został opracowany w latach 80 przez NASA. Zakładał on wybudowanie stacji orbitalnej i koloni na Księżycu, gdzie można by uzupełnić zapasy. Plan był ambitny i spójny, wszystko jednak rozbiło się o koszty. Potem na dłuższy czas zarzucono takie plany. Wreszcie w połowie lat 90 inżynier z firmy Lockheed Martin opracował plan Mars Direct, zgodnie z którym lot będzie bezpośredni, bez zatrzymywania się ani na orbicie Marsa, ani na Księżycu. Planuje się wykorzystanie zasobów Czerwonej Planety do wytworzenia paliwa na lot powrotny oraz wody pitnej. Dzięki temu powinno się uniknąć transportowania olbrzymich zapasów. Plan zakłada wysłanie dwóch rakiet co dwa lata. Pierwsza z nich będzie zawierać pojazd powrotny i instalację do produkcji paliwa, a druga moduł mieszkalny. Pierwsza osiągnie cel po 6 miesiącach lotu i po wylądowaniu natychmiast rozpocznie produkcję paliwa. Następnie wysłani będą ludzie w module mieszkalnym, a także rakieta z wyposażeniem i pojazdem powrotnym dla drugiej ekspedycji. Program ten bardzo szczegółowo opisuje wszystkie kolejne kroki, czy jednak to kiedykolwiek nastąpi? Na najbliższy okres planowane są jednak tylko misje zautomatyzowane. Najważniejsze jest jednak to, że już dziś jesteśmy w stanie wysłać ludzi na Czerwoną Planetę i niewątpliwie wcześniej czy później to nastąpi.

Bibliografia
Encyklopedia Multimedialna PWN
www.onet.pl
www.wiw.pl
Encyklopedia Powszechna – Wydawnictwo Naukowe PWN

Posted in Uncategorized | Leave a comment

OSCYLOSKOP ZASADY DZIALANIA I RODZAJE (wiadomości ogólne)

1. Cel

Celem ćwiczenia jest poznanie budowy, zasady działania i obsługi oscyloskopu

2.WSTĘP

Oscyloskop jest uniwersalnym przyrządem pomiarowym, stosowanym do obserwacji odkształconych przebiegów elektrycznych i pomiaru ich parametrów używanym w pracach badawczych, naprawach, strojeniu i kalibracji wszelkiego rodzaju urządzeń
elektronicznych. Oscyloskop jest przyrządem stosowanym najczęściej do obserwacji na ekranie
przebiegu napięcia w funkcji czasu. Poza tym stosowany może być do pomiaru napięcia, prądu,
czasu, częstotliwości, kąta przesunięcia fazowego, mocy, wyznaczania charakterystyk diod
i tranzystorów i badania wielu innych elementów. Obecnie produkowany oscyloskopy dzielą się na grupy:
- oscyloskopy analogowe, [postać ciągła]
- oscyloskopy z lampą pamiętającą, [zapamiętuje pojemność sygnału]
- oscyloskopy próbkujące, [do szybkich przebiegów]
- oscyloskopy cyfrowe. [sygnał 0/1 cyfrowy]
a) jednokanałowe
b) dwukanałowe
c) dwustrumieniowe

Ekrany
-ciekłokrystaliczne
-lampowe

Najbardziej rozpowszechnione są oscyloskopy analogowe. W oscyloskopie analogowym obraz
przebiegu rysowany jest na ekranie lampy oscyloskopowej w czasie rzeczywistym, tzn. plamka
świetlna porusza się na ekranie w takt zmian przebiegu i upływu czasu. Szybkość zmian
ograniczona jest jedynie bezwładnością elektronów.

Podstawowe parametry oscyloskopu
- częstotliwość pracy
- czułość napięciowa [mV/dz]
- podstawa czasu [s/dz]

Lampa oscyloskopowa składa się z trzech podstawowych części: wyrzutni elektronowej,
systemu odchylającego strumień elektronów i ekranu i ma postać zamkniętej bańki szklanej,
z której usunięto powietrze.

BUDOWA LAMPY OSCYLOSKOPOWEJ

Budowa lampy oscyloskopowej: K – katoda, G – grzejnik katody, W – siatka,
- anody, X – płytki odchylania poziomego, Y – płytki odchylania pionowego
ekranująca, E- ekran, P – powłoka grafitowa, O – osłona szklana

POMIAR NAPIĘCIA

Oscyloskop stosowany jest do obserwacji kształtu i pomiaru wartości chwilowych napięcia
zmiennego. Przy sprzężeniu stałoprądowym można mierzyć wartości chwilowe łącznie z wartością stałą. Chcąc uzyskać możliwie największą dokładność pomiaru napięcia należy przestrzegać następujących reguł:
- pokrętło płynnej regulacji czułości powinno być ustawione na pozycje CAL. (do oporu zgodnie z kierunkiem ruchu wskazówek zegara), (KALIBROWANA/PŁYNNA (CAL/VAR))
- przełącznikiem czułości odchylania wybrać taką pozycje, aby obraz był możliwie największy;
pokrętłem położenia POSITION można przesunąć przebieg do wybranej linii siatki, aby ułatwić
odczyt pomiaru,
- obraz należy dobrze zogniskować,
- z pomiaru należy wyeliminować grubość linii, stale odczytując wartość odchylania w kierunku
pionowym przy tej samej krawędzi obrazu.

Wartość międzyszczytową napięcia pp U (pik – pik) przebiegu wyznaczyć można ze wzoru:
U pp = d *K
gdzie:
d – wysokość obrazu badanego napięcia w działkach lub w cm
K – aktualna wartość współczynnika odchylania pionowego (wzmocnienia w torze Y)
w V./cm lub V/dz.

Wartość skuteczną U napięcia wyznaczyć można ze wzoru:

Pomiar wartości międzyszczytowej i skutecznej napięcia obarczony jest błędem:

gdzie:
∆d – niedokładność odczytu długości odcinka d ( na ogół nie lepsza od 0,5 mm),
dk- niedokładność określenia współczynnika odchylenia pionowego (błąd kalibracji
wzmocnienia toru Y).

POMIAR CZĘSTOTLIWOŚCI PRZEZ POMIAR OKRESU

Pomiar częstotliwości przez pomiar okresu wymaga ustawienia pokrętła płynnej regulacji
podstawy czasu w pozycję CAL (obrót pokrętła zgodnie z ruchem wskazówek zegara aż do
zaskoku) i wybrania takiej pozycji przełącznika skokowej regulacji podstawy czasu, aby na ekranie
wystąpiła jak najmniejsza liczba okresów, jednak nie mniejsza niż jeden okres.

Częstotliwość badanego przebiegu określa się ze wzoru:

gdzie:
l – odczytana z ekranu oscyloskopu długość w cm odcinka odpowiadająca okresowi
badanego przebiegu.
C – wartość współczynnika podstawy czasu w μs, ms lub s.
Błąd pomiaru częstotliwości jest równy:

Dane znamionowe obiektów

WNIOSKI:

- oscyloskop jest urządzeniem, które umożliwia obserwowanie odkształceń przebiegów elektrycznych i pomiaru ich parametrów
- używamy go w pracach badawczych, naprawach, strojeniu i kalibracji wszelkiego rodzaju urządzeń elektronicznych
- umożliwia on zaobserwowanie na ekranie napięcia, prądu, czasu, częstotliwości, kąta przesunięcia fazowego, mocy
- praca z oscyloskopem jest ciekawym sposobem nauki
-z oscyloskopem należy obchodzić się bardzo delikatnie, gdyż są to wyjątkowo drogie urządzenia

Całość wraz z rysunkami w załączniku

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Materia międzyplanetarna; planetoidy, meteory, komety

Panuje pogląd, że Wszechświat powstał wskutek potężnej eksplozji, tzw. Wielkiego Wybuchu, przed około 10-15 miliardów lat. Cała istniejąca materia powstała w ułamek sekundy w nieskończenie małej przestrzeni, rozpraszając się we wszystkich kierunkach z niewiarygodnie wielką prędkością. W miarę rozszerzania się Wszechświata, wyrzucona w przestrzeń materia, rozgrzana pierwotnie do bardzo wysokich temperatur, zaczęła stygnąć. Podczas jej schładzania powstały cząstki elementarne, które łączyły się, tworząc protony i neutrony. Dokonywała się także synteza atomów wodoru i tlenu. Współczesny wszechświat składa się większości tych gazów. Jednak te gazy są bardzo rozrzedzone. We wszechświecie oprócz gazów znajduje się również pył międzygwiezdny, który pod wpływem działania grawitacji z czasem tworzy kulę, gdzie pod wpływem zagęszczania może stać się gwiazdą lub planetą, które z kolei tworzą galaktyki. Jedną z takich galaktyk jest Droga Mleczna, a w niej nasz Układ Słoneczny, który składa się z jednej centralnej gwiazdy (Słońca), 9 planet, wielu księżyców różnej wielkości otaczających planety, oraz jeszcze większej ilości mniejszych ciał niebieskich- PLANETOID.

PLANETOIDY

Nazywane są też asteroidami lub planetkami. Mają one nieregularny kształt o średnicach od kilkudziesięciu metrów do kilkuset kilometrów. Uważa się, że przed 4,5 miliarda lat temu powstało z nich Słońce i planety. Ogólnie pochodzenie planetoid jest nieznane, jednakże przypuszcza się, że mogą być odłamkami powstałymi z rozpadu jednej, większej planety. W Układzie Słonecznym znanych jest około 2000 planetoid obiegających Słońce; orbity większości planetoid (99,8%) zawarte są między orbitami Marsa i Jowisza w tzw. pasie planetoid. Zdaniem naukowców, planetoidy uległyby skupieniu w planetę, gdyby nie wpływ potężnego pola grawitacyjnego Jowisza. Okresy obiegu wokół Słońca wynoszą około 2 do 6 lat ziemskich. Jak już pisałem, większość znajduje się w pasie głównym między Marsem a Jowiszem, jednak są też takie planetoidy które “zwiedzają” nasz Układ Słoneczny zbliżając się znacznie do Ziemi. Jedną z takich planetoid jest Eros, który ma średnicę 35 km i który co około 2 lata zbliżając się do naszej planety umożliwia przeprowadzenie przez bezpośredni pomiar jego odległości od Ziemi wyznaczanie odległości Słońce – Ziemia. Wiele planetoid wykazuje okresowe zmiany blasku, o okresach rzędu kilku godzin i niewielkich amplitudach, świadczące o wydłużonym kształcie planetoidy oraz o obrocie dookoła własnej osi. W sprzyjających warunkach z pomocą teleskopu można dostrzec wiele planetoid, które wyglądają jak drobne punkciki światła. Jeżeli jednak zbliżą się na dostateczną odległość od Ziemi to można je zobaczyć nawet gołym okiem. Największe znane planetoidy to:
·Ceres (768 km średnicy)
·Pallas (492 km średnicy)
·Juno (204 km średnicy)
·Eros (35 km średnicy)
Zdarza się, że planetoidy zderzają się ze sobą wytrącając się ze swoich orbit i czasami pod wpływem zderzenia rozpadają się na jeszcze mniejsze ciała niebieskie zwane kometami.

KOMETY

Komety są bardzo ciekawymi obiektami astronomicznymi. Zwane są “gwiazdami z warkoczem” i gdy tylko pojawią się na niebie tworzą niepowtarzalne zjawisko. Pochodzą one z najbardziej odległych rejonów Układu Słonecznego zlokalizowanych w tzw. pasie Kuipera (w tym pasie znajduje się Pluton) oraz Obłoku Oorta znajdującego się daleko poza orbitą Plutona, ostatniej planety naszego Układu Słonecznego. Obłok Oorta nazywany jest “wylęgarnią” komet, ponieważ to właśnie stamtąd obserwuje się coraz to nowe pojedyncze komety zmierzające do wewnętrznej strefy Układu Słonecznego. Jądra komet składają się z kul lodowych zawierających pył, a także z tlenku i dwutlenku węgla, metanu i amoniaku oraz krzemianów i metali. Są nieregularnymi bryłami, które mają rozmiary rzędu kilku kilometrów i gęstość materii jąder kometarnych jest prawdopodobnie wyraźnie mniejsza od gęstości wody, co wydaje się wskazywać na ich porowatą strukturę. Gdy taki obiekt znajdzie się w odległości kilku jednostek astronomicznych, od Słońca, rozpoczyna się sublimacja lodów z jego powierzchni, (czyli bezpośrednie przejście ze stanu stałego do gazowego). Wyzwalane gazy porywają ze sobą cząsteczki pyłu i w ten sposób wokół jądra zaczyna tworzyć się otoczka gazowo-pyłowa, zwana komą. Komety obiegają one Słońce zwykle po mocno spłaszczonej orbicie eliptycznej (kometa okresowa) lub orbicie bardzo zbliżonej do paraboli (kometa jednopojawieniowa), charakterystyczne ze względu na swój niecodzienny wygląd i szybki ruch po niebie. Kometa staje się widoczna dopiero wtedy, gdy zbliży się do Ziemi i Słońca na nieznaczną odległość, początkowo – jako słaby rozmyty obłoczek, z coraz bardziej jaśniejącym jądrem w środku. Wzrost jasności komety jest spowodowany coraz silniejszym jej ogrzewaniem przez Słońce, bowiem złożone głównie z lodu jądro komety zaczyna parować, które tworzy mglistą otoczkę. W miarę zbliżania się do Słońca kometa staje się coraz jaśniejszym ciałem niebieskim, rozwijając coraz dłuższy i jaśniejszy warkocz kometarny (niekiedy niepoprawnie nazywany ogonem), skierowany zwykle od Słońca. Warkocze komet osiągają czasem długości nawet setek milionów kilometrów. I właśnie z racji tych niezwykłych warkoczy komety przykuły uwagę ludzi od najdawniejszych czasów. Komety były widoczne na niebie nawet w dzień. Najlepiej poznana kometa nazywaną Halleya, jest kometą okresową, i obiega Słońce co około 76 lat. Obecnie jest znanych ponad 900 komet, w tym ok. 170 okresowych, co roku odkrywa się kilka nowych. Warto podkreślić, że często komety są odkrywane przez miłośników astronomii a nie przez zawodowych obserwatorów. Lodowe jądro podczas każdego przelotu w pobliżu Słońca systematycznie traci nieco ze swojej masy, co ostatecznie może nawet doprowadzić do całkowitego rozpadu komety. Niekiedy zdarza się, że tory lotu komet mogą zostać znacznie zakłócone przez przesuwające się gwiazdy lub zderzenia z innymi przesuwającymi się obiektami. Wtedy taka kometa może na zawsze opuścić nasz Układ Słoneczny.

METEORY

Niemal w każdą ciemna, bezchmurną noc można zobaczyć na niebie ognisty ślad “spadającej gwiazdy”. Lecz nie jest to ślad gwiazdy. Ten błysk światła zwie się meteorem (istnieją jeszcze dwie nazwy: metereoidy i meteoryty) a wysyła go maleńka grudka pyłu z kosmosu z wielką prędkością przedzierająca się przez ziemską atmosferę, w której spala się na wysokości około 90 kilometrów nad nami. Te cząsteczki pył u mają zwykle rozmiary ziarnka piasku, lecz są bardziej gruzełkowate. Czasem w atmosferę wdzierają się większe fragmenty materii, którym następnie udaje się przetrwać podroż ku powierzchni. Skały z kosmosu nazywamy meteorytami. Ocenia się, że w ciągu doby do atmosfery ziemskiej wpada kilkaset milionów meteoroidów z prędkościami od 2 do 72 km/s (w zależności od tego, czy doganiają Ziemię, czy też biegną na jej spotkanie). Spadając powodują świecenie gazów atmosferycznych, począwszy od wysokości około 100 km. Meteoroid o masie 0,25 g, wpadając do atmosfery z prędkością 60 km/s, utworzy meteor dorównujący blaskiem najjaśniejszym gwiazdom. Gdy Ziemia przechodzi przez strumień meteoroidów, liczba pojawiających się meteorów wzrasta. Meteory pochodzące z jednego strumienia tworzą na niebie rój meteorów, a punkt sfery niebieskiej, z którego wydają się wylatywać, nazywa się radiantem roju. Nazwa roju meteorowego pochodzi zwykle od nazwy gwiazdozbioru, w którym znajduje się radiant tego roju. Do najbardziej znanych rojów meteorowych należą perseidy, obserwowane corocznie około 10 sierpnia.
Roje meteorów
Nazwa rojuData maksimumRadiant w gwiazdozbiorzeLiczba meteorów, widocznych w ciągu godziny podczas maksimum
kwadrantydy *)3-4 styczniaWolarz100
lirydy21-22 kwietniaHerkules/Lutnia10
eta-akwarydy5-6 majaWodnik35
delta-akwarydy28-29 lipcaWodnik20
perseidy12-13 sierpniaKasjopea/Perseusz75
orionidy22 październikaBliźnięta/Orion25
taurydy4-5 listopadaByk10
leonidy17-18 listopadaLew10
geminidy13-14 grudniaBliźnięta75
*) Nazwa pochodzi od nie istniejącego już gwiazdozbioru Kwadrantu Ściennego
Nieliczne spośród trafiających w Ziemię meteoroidów są w stanie przetrwać przelot przez atmosferę i spaść na powierzchnię planety jako meteoryty. Tylko niewielką część meteorytów udaje się znaleźć i zbadać. Największy z dotąd zidentyfikowanych ma rozmiary 3 x 2,8 x 1,2 m i masę około 60 t, a znajduje się w miejscu swego spadku: w Hoba w południowo-zachodniej Afryce. Ze względu na skład chemiczny meteoryty dzieli się na: kamienne (około 66% wszystkich znalezisk), żelazne (około 30%) i żelazno-kamienne (około 4%). Meteoryty kamienne zbudowane są głównie z minerałów krzemianowych. Meteoryty żelazne zbudowane są ze stopu żelaza metalicznego, zawierającego dużo niklu i znacznie mniej kobaltu. Ogromna większość meteorytów kamiennych to tzw. chondryty, które oprócz minerałów krzemianowych zawierają minerały żelaza niklonośnego. Ale tym, co najbardziej wyróżnia chondryty, są tzw. chondry, czyli kuliste ziarna krzemianowe o rozmiarach od ułamka do kilku milimetrów. Powstały one prawdopodobnie w wyniku stopienia pyłu pierwotnej mgławicy, z której wyłonił się Układ Słoneczny. Rzadko występujące meteoryty żelazo-kamienne zbudowane są mniej więcej w równych ilościach z minerałów krzemianowych oraz stopu niklowo-żelaznego. Największy meteoryt znaleziony na ziemiach polskich (w Morawsku pod Poznaniem) waży 78 kg. Najmniejsze spośród znanych meteorytów to mikrometeoryty. Są to powoli opadające ziarnka o rozmiarach do 0,2 mm, często żelazne, spotykane np. na Antarktydzie, w śniegu wolnym od zanieczyszczeń pochodzenia ziemskiego.

Bibliografia:
1). Ilustrowany Atlas Świata: “Wszechświat, Planeta Ziemia, Kontynenty”; Wydawnictwo Świat Książki
2). N.Judy; G.Grace: “Kosmos”; Wyd. E.Jarmołkiewicz, Zielona Góra 1993, przeł. z angielskiego: J. Mirkowski
3). J. Gadomski: “Astronomia popularna” Wyd. Wiedza Powszechna, wydanie III rozszerzone, Warszawa 1990
4). Internet

p.s. Opublikujcie proszę komentarze na temat tej pracki. Może w przyszłości pomogą mi one poprawiać jakość moich wypracowań. Pozdrowienia dla wszystkich…. :)))

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Prąd elektryczny w metalach z mikroskopowego punktu widzenia

Przewodnikami nazywamy materiały o małej odporności elektrycznej właściwej. Termin ten w ścisłym znaczeniu odnosi się tylko do ciał stałych- metali. Najlepsze przewodniki to srebro, złoto i miedź.

Ze względu na zdolność przewodzenia prądu elektrycznego(wielkość odporności elektrycznej właściwej) wszystkie ciała- materiały można podzielić na:
·Dielektryki- (izolatory), w których występuje prąd przesunięcia,
·Przewodniki- ,w których występuje prąd przewodzenia,
·Półprzewodniki-, w których występuje prąd przewodzenia i przesunięcia tego samego rzędu.
Przewodnictwo elektryczne czyli prąd elektryczny jest to zjawisko przepływu ładunków elektrycznych pod wpływem pola elektrycznego. Przewodnictwo elektryczne jest jednym z zagadnień teorii transportu.

Prąd elektryczny jest to uporządkowany (skierowany) ruch ładunków elektrycznych, więc prąd elektryczny to po prostu ładunki w ciągłym ruchu. Nośnikami prądu elektrycznego mogą być elektrony i jony.

Pod względem mechanizmu mikroskopowego przewodnictwo elektryczne dzieli się na:
·Elektronowe- zachodzi w metalach i półprzewodnikach,
·Jonowe- zachodzi w gazach, cieczach i kryształach jonowych,
·Mieszane- zachodzi w plaźmie.
W metalach swobodnie przemieszczają się jedynie elektrony, dlatego prąd elektryczny w metalach nazywany jest ruchem elektronów przewodnictwa. Dla porównania w rozrzedzonych gazach nośnikami ładunku elektrycznego są zarazem elektrony i jony. To właśnie ten rodzaj elektryczności wykorzystujemy na co dzień. Ponieważ prąd jest ruchem ładunków, przesyłany jest za pomocą przewodów, które wykonuje się z metali. Atomy metalów zaś są ze sobą ściśle związane, tworząc przestrzenną sieć krystaliczną. W sieci krystalicznej metalu znajdują się nieruchome jony dodatnie, a także elektrony przewodnictwa, więc prąd elektryczny w metalu polega na unoszeniu się elektronów, nakładaniu się na ich chaotyczne ruchy termiczne.

Atomy, które wiążą się w sieć krystaliczną, nieodwracalnie tracą wolne elektrony, stając się tym samym jonami dodatnimi. Odłączone od atomów elektrony swobodne nazywamy elektronami przewodnictwa, gdyż dzięki nim metal przewodzi prąd elektryczny. Jony metalu stawiają opór przemieszczającym się wśród nich elektronom. Zderzające się z jonami, elektrony tracą energię i w rezultacie przesuwają się wzdłuż przewodu powoli. Wewnątrz wolframowego drucika żarówki zderzenie elektronów z atomami metalu sprawiają, że rozgrzewa się on do wysokiej temperatury i wypromieniowuje energię- część tego promieniowania to światło.

Znając przybliżoną budowę atomu, który składa się z dodatnio naładowanego jądra i krążących wokół niego ujemnie naładowanych elektronów. Pod wpływem sił zewnętrznych elektrony z ostatniej powłoki mogą zostać oderwane od atomy stając się elektronami swobodnymi.

Ciała wewnątrz, których może odbywać się ruch elektronów swobodnych są przewodnikami elektrycznymi (metale). Wyniki badań metali wykazały, że jony dodatnie w metalu są ułożone w sposób regularny i umieszczone w tzw. węzłach siatki krystalicznej. Pomiędzy tymi jonami krążą w sposób chaotyczny elektrony swobodne. Elektrony te tworzą tzw. gaz elektronowy. Na skutek odpowiednio wytworzonych sił elektrycznych np. na skutek przyłożonego napięcia, można spowodować że ruch tych elektronów będzie się odbywał w sposób uporządkowany w jednym kierunku. Zjawisko fizyczne polegające na “uporządkowanym” ruchu elektronów przez badany przekrój poprzeczny ciała przewodnika pod wpływem pola elektrycznego nazywamy prądem elektrycznym.

Prąd elektryczny w próżni
(na przykładzie lampy elektronowej dwuelektrodowej)
Lampa ma dwie elektrody umieszczone w bańce szklanej w której istnieje próżnia. Jedna elektroda, zwana anodą A, jest dołączona do bieguna dodatniego ogniwa, a druga elektroda zwana katodą K jest dołączona do bieguna ujemnego ogniwa. Różnica potencjałów występująca między elektrodami wywołuje w próżni pole elektryczne. Prąd elektryczny nie może powstać, gdy w próżni nie występują elektrony swobodne. Do przestrzeni międzyelektrodowej należy doprowadzić cząsteczki obdarzone ładunkiem i można to osiągnąć wykorzystując zjawisko emisji elektronów. Oddalenie się od katody wymaga wykonania pewnej pracy, zwanej pracą wyjściową. Pracę wyjściową Wo można wyrazić wzorem :

Wzory w załączniku

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Obwody elektryczne

OBWÓD ELEKTRYCZNY, zespół połączonych elektrycznie elementów, tworzących zamkniętą drogę dla prądu elektr.; podstawowymi wielkościami charakteryzującymi obwód elektryczny są: opór elektr., napięcie elektr. i natężenie prądu. Wielkości te są wzajemnie powiązane zależnością zw. prawem Ohma; rozpływ prądów i sumowanie się napięć w obwodzie elektrycznym określają prawa Kirchhoffa prawa te odgrywają podstawową rolę w analizie obwodów elektrycznych. Elementy wchodzące w skład obwodu elektrycznego dzieli się na czynne (źródła energii elektr., np. akumulatory, ogniwa elektr., prądnice) oraz bierne (rezystory, kondensatory, cewki itp). Elementy czynne charakteryzuje się zwykle 2 wielkościami: siłą elektromotoryczną E i oporem wewn. ρ. Obwody elektryczne zbudowane z elementów (rezystorów, cewek, kondensatorów), których długość jest b. mała w porównaniu z długością fali elektromagnet. odpowiadającej częstotliwości prądu w obwodzie, nazywa się obwodem o stałych skupionych. Gdy elementy składowe obwodu elektrycznego są rozłożone w sposób ciągły wzdłuż całego obwodu (ich długość jest współmierna z długością fali elektromagnet.), obwód elektryczny nazywa się obwodem o stałych rozłożonych. Przykładem takiego obwodu elektrycznego jest tzw. elektr. linia długa. Ponadto rozróżnia się: obwody elektryczne liniowe (linearne), dla których zależności między wielkościami charakteryzującymi obwód można przedstawić za pomocą równań różniczkowych liniowych o stałych współczynnikach, oraz obwody elektryczne nieliniowe (nielinearne), do których nie można stosować tego opisu, a także obwody niezmienne i zmienne w czasie, tj. takie, których parametry (opór, indukcyjność, pojemność) odpowiednio nie zależą bądź zależą od czasu. Właściwości obwodów elektrycznych zmiennych w czasie można opisać za pomocą równań różniczkowych (liniowych lub nieliniowych), których współczynniki są funkcjami czasu. Gdy współczynniki te są okresowymi funkcjami czasu, obwód nosi nazwę parametrycznego. W telekomunikacji duże znaczenie mają obwody elektryczne służące do wytwarzania drgań elektr. o określonej częstotliwości (rezonansowy obwód). W teorii obwodu elektrycznego wyróżnia się układy podstawowe, najważniejsze z nich to dwójniki elektryczne i czwórniki elektryczne. Przy rozwiązywaniu obwodu elektrycznego stosuje się b. często rachunek operatorowy, a zwł. przekształcenie (transformację) Laplace’a i przekształcenie Fouriera, oraz rachunek macierzowy. Pojęcie obwodu elektrycznego zostało sprecyzowane po raz pierwszy w pracach G.S. Ohma (w latach 20. XIX w.).

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Sekrety fuzji jądrowych

Reakcja termojądrowa polega na łączeniu się lekkich jąder atomów w jądra cięższe o większej liczbie atomowej. Ponieważ energia wiązania przypadająca na jeden nukleon (-energia jądrowa) wzrasta wraz z liczba atomowa. Reakcji towarzyszy wydzielenie energii równej przyrostowi całkowitej energii wiązania.

Źródło energii słonecznej bierze się w 99% z reakcji zamiany (tzw. fuzji) wodoru w hel. Dochodzi do tego w jądrze słonecznym, gdzie występuje dostatecznie wysoka temperatura 15 mln stopni. Przebiega ona w następujący sposób:

3He + 3He ==> 4He + 1H + 1H + foton gamma

Musimy pamiętać ze zgodnie z teoria względności masa i energia są równoważne: E=em[kwadrat]
W przedstawionych reakcjach cztery jądra wodoru są zamieniane w hel, ale suma mas wejściowych jest większa od masy helu. Ta różnica mas jest zamieniana na energię fotonów w 98% i neutrin w pozostałej części. Słońce promieniuje, zatem energią kosztem utraty swej masy. W ciągu sekundy chudnie o 4 mln ton. W porównaniu jednak z jego całkowitą masą jest to bardzo niewielka strata.
1 2 3

1.Przemiany a – Przemianie ulegają jądra ciężkich atomów, o liczbie masowej, co najmniej 210. Proces polega na emisji cząstek [alfa]
2.Przemianie ulegają jądra atomów, które mają nadmiar neutronów w stosunku do liczby protonów. Protony ulęgają przemianie
3.Przemianie ulęgają jądra atomów, które mają nadmiar protonów w stosunku do liczby neutronów. Jest obserwowana w przemianach sztucznych izotopów promieniotwórczych.
4.Jest to wychwyt elektronu przez jądro, np. elektron z powłoki K jest przeniesiony do jądra.
Paliwo jądrowe, materiał rozszczepialny wykorzystywany do uzyskiwania energii w reaktorach jądrowych. Zawiera najczęściej wzbogacony uran (tj. uran charakteryzujący się większą od naturalnej względną zawartością izotopu 235U, mieszczącą się w granicach od kilku do 90%), w różnych formach fizyko-chemicznych: jako ciało stałe (tlenek, węglik, stop metaliczny, metal; w postaci prętów, pastylek itp.), w postaci ciekłej (jako roztwór siarczanu lub azotanu uranylu) lub jako gaz (sześciofluorek uranu). Drugim materiałem wykorzystywanym jako paliwo jądrowe jest izotop plutonu 239Pu.Szczegółowy rodzaj paliwa dopasowany jest do danego typu reaktora. W czasie umieszczenia paliwa jądrowego w reaktorze wzrasta w nim ilość produktów rozszczepienia i aktywacji, aż do poziomu wymuszającego wymianę danej porcji paliwa jądrowego. Paliwo jądrowe wydobyte z reaktora nazywa się wypalonym (jest to najbardziej radioaktywna postać paliwa jądrowego), po pewnym czasie poddaje się je procesowi oczyszczenia w celu ponownego wykorzystania (odpady promieniotwórcze
Próbne wybuchy jądrowe, testy z bronią jądrową prowadzone na poligonach jądrowych. Próbne wybuchy jądrowe dzieli się na znacznie oddziałujące na środowisko (obecnie wstrzymane) wybuchy naziemne, troposferyczne, stratosferyczne oraz podwodne (opad promieniotwórczy globalny) i oddziałujące znikomo na środowisko wybuchy podziemne. Próbne wybuchy jądrowe prowadzi się głównie w celu doskonalenia broni jądrowej. Obecnie rozważa się całkowity zakaz przeprowadzania wybuchów, co miałoby zapobiegać dalszemu rozwojowi broni jądrowej i zwiększaniu się liczby krajów posiadających taką broń.
Poligony jądrowe, miejsca prowadzenia testów z bronią jądrową.
Bomba atomowa – Hiroszima, Nagasaki
Lokalizacja poligonów jądrowych: Nowa Ziemia, okolice Semipałatyńska, Nevada (w pobliżu Las Vegas), atole Eniwetok i Bikini na Wyspach Marshalla, Wyspa Johnsona, Wyspy Bożego Narodzenia, Wyspy: Monte Bello, Woomera i Maralinga (Australia – brytyjski), Reggan (Sahara – francuski), atol Mururoa w archipelagu Tuamotu, okolice jeziora Łob-nor (północno-zachodnie Chin.

Synteza jądrowa, fuzja jądrowa, proces łączenia się jąder lekkich pierwiastków w jądra cięższych pierwiastków (nukleosynteza), jądra posiadają dodatni ładunek elektryczny i wzajemnie się odpychają, ich zbliżenie się do siebie na odległości, przy których przyciąganie powodowane przez oddziaływanie silne przezwycięży to odpychanie najłatwiej osiąga się w wysokich temperaturach (większych niż 107 K), stąd reakcje syntezy jądrowej nazywane są reakcjami termojądrowymi.
W reakcjach syntezy jądrowej wydzielają się znaczne ilości energii, w naturze procesy te odpowiadają za produkcje energii w gwiazdach – cykl pp., cykl CNO (H.A. Bethe). Na Ziemi udaje się przeprowadzić reakcję syntezy jądrowej w skali modelowej (pojedyncze jądra w eksperymentach akceleratorowych), niekontrolowane reakcje wybuchowe (broń termojądrowa), lub w sposób kontrolowany przez bardzo krótki okres czasu (tokomak).
Reakcjami syntezy jądrowej charakteryzującymi się największym przekrojem czynnym już w stosunkowo niskich energiach są procesy (w nawiasach wydzielana w jednej reakcji energia wyrażona w MeV): 2H+3HT4He+n (17,6), = 2H+2HT3H+p (4,0), 2H+3HeT4He+p (18,3), 3H+3HT4He+2n (11,3), teoretycznie nie można wykluczyć doprowadzenia do syntezy jądrowej poprzez wykorzystanie efektu tunelowego wraz z obniżeniem odpychającego potencjału jąder przez działanie odpowiednich pól wewnątrz kryształów, stąd poszukiwania tzw. zimnej fuzji.
Etap 2:
4.1 Terminologia
Używa się wielu nazw w celu określenia bomb uwalniających energię poprzez reakcje jądrowe – mówimy o bombach atomowych, wodorowych, broni nuklearnej, bombach opierających się o reakcję rozszczepienia, jak i opierających się o syntezę, broni termonuklearnej. Pierwszą nazwą przyjętą dla określenia nowej broni była “bomba atomowa”. Nazwa ta jednak była nietrafna i mylna – wkrótce zdano sobie sprawę, iż wybuchowe reakcje chemiczne też operują na poziomie atomów, a więc też można by je nazwać atomowymi. Nazwę tę jednak stosuje się do dziś w celu określenia bomby, której cała energia jest wydzielana w trakcie rozszczepienia jądrowego. Bomby bazujące na syntezie jądrowej nazywa się powszechnie “bombami wodorowymi”, ponieważ podstawowym elementem tej reakcji są izotopy wodoru (deuter H-2 i tryt H-3). Broń tą określa się jako “termojądrową” z uwagi na olbrzymie temperatury, w jakich reakcja syntezy zachodzi.
4.2 Nazewnictwo testów nuklearnych
Zanim omówimy testy jądrowe, musimy określić system użyty do identyfikacji serii testów oraz testów poszczególnych bomb. Każdy test ma identyfikujący go kryptonim, seria zaś odrębny kod. I tak na przykład pierwsza bomba atomowa była określana jako Gadget, a testowana została w operacji Trinity.Wczesne projekty testowe były przeprowadzone jako część serii – operacji na dużą skalę, w której brało udział wielu naukowców, techników, personelu wojskowego, odpowiednio zgromadzonego w celu obserwacji kolejnych detonacji przez kilka tygodni lub nawet miesięcy. Jak już wcześniej wspomniałem seria taka miała inny kryptonim niż przeprowadzone w niej testy? Na przykład drugi i trzeci test nuklearny (będące w istocie czwartą i piątą detonacją) były częścią testu Crossroads (Skrzyżowanie dróg). Testy były określone zaś jako Able i Baker (Piekarz). Czasami w Stanach Zjednoczonych testy z dwóch odrębnych serii były łączone w jedną. Wtedy za nazwę przyjmuje się kombinację kryptonimów poszczególnych serii (na przykład Tumbler-Snapper).We wczesnych seriach nazwy poszczególnych testów były używane kilkakrotnie. I tak mamy test Able w serii Crossroads, Ranger, Buster-Jangle i Tumber-Snapper. W celu uniknięcia wynikających z tego dwuznaczności przyjęło się poprzedzać kryptonim każdego testu kodem całej serii (na przykład Crossroads Able, Ranger Able i tak dalej). W połowie roku 1952 zaczęto używać unikalnych nazw testów, także ta zasada nie musiała już być ściśle przestrzegana. Niemniej jest bardziej praktyczne podawanie nazw serii, dlatego w pracy tej zastosowano nazewnictwo seria-test.Po roku 1961 kolejne serie testów zaczęto przeprowadzać jako podziemne wybuchy w stanie Newada, dlatego wszystkie z nich stały się częścią serii Nevada. Testy te oznaczano także jako część specyficznych serii – roków finansowych (Fiscal Year) rządu Stanów Zjednoczonych (Operacja Niblick to FY64, Operacja Whetstone to FY65 itd.) przez co straciły realny sens. Przeprowadzono również serie detonacji atmosferycznych na Pacyfiku (Dominic I i Dominic II) w 1962 i kilka specjalnych programów testowych (Plowshare, Vela Uniiform, Seismic Detonation). W pracy tej wszystkie testy serii Nevada i pozostałe testy wykonane po roku 1963 są identyfikowane przez ich nazwy.Testy brytyjskie oznacza się podobnie. Z wyjątkiem pierwszego (Hurricane), każdy test identyfikuje się poprzez nazwę seria-test. Czasami kryptonim testu jest unikalny, czasami nie. Zdarza się, że nazwy testów mogą być identyfikowane bez podania nazwy serii, pomimo faktu, że do niej należą. Na przykład seria Grapple zawiera test Grapple 1/Short Granite (zapis Grapple 1 jest równoznaczny Grapple Short Granite). Podobnie jak w przypadku Stanów Zjednoczonych w pracy tej testy brytyjskie będą identyfikowane poprzez podanie nazwy serii i testu.
4.3 Jednostki miary
Zamieszanie związane z bronią nuklearną i jednostkami miary wynika ze znaczenia, rozumienia słowa “tona”. Tradycyjnie słowo to używane jest jako jednostka masy lub wagi w systemie metrycznym, angielskim, czy amerykańskim systemie miar – w przypadku dwóch ostatnich występuje pojęcie tony angielskiej (long ton) i amerykańskiej (short ton). W połączeniu z bronią nuklearną termin “tona” i jego metryczne rozszerzenia (kilotony, megatony itd.) jest używane także jako jednostka wielkości energii eksplozji.Niekiedy można spotkać się z użyciem skrótu MT (czy Mt, lub mt) – “metric ton” w celu odróżnienia ton systemu metrycznego od tych systemu angielskiego. Jednak MT (czy Mt, lub mt) jest używane także jako skrót od “megatony”.W tej pracy użyty jest prawie wyłącznie system metryczny – w przypadku masy system ten jest czasami zastąpiony przez tonę amerykańską (co jest oczywiście zaznaczone).Jednostka energii eksplozji (megatona, kilotona, czy po prostu tona) została wprowadzona w celu porównania siły eksplozji bomby nuklearnej do konwencjonalnych materiałów wybuchowych – dokładniej do trotylu (TNT). Bardzo szybko pojawiły się jednak problemy. Do ton jakiego systemu dokonywać porównania? Również energia wydzielona podczas wybuchu TNT nie była wartością stałą. Była zależna od takich zmiennych jak ciśnienie czy temperatura. Mieściła się ona pomiędzy wartościami 980-1100 kalorii/g.W celu wyjaśnienia sytuacji tony amerykańskie zdefiniowano jako jednostkę metryczną równą dokładnie 1012 kalorii (4.186×1012 dżuli). Z powodu traktowania amerykańskich ton jako jednostki systemu metrycznego uzyskano wartość 1000 kalorii/gram, a więc wartość z przedziału, podczas gdy kilotona amerykańska dawała wartość 1102 kalorii/g – wartość skrajną z przedziału. Z tego powodu kilotony mogą być określone jako “kilotony metryczne TNT” oraz jako “kilotony amerykańskie TNT”Warto zauważyć, że w definicji kilotony w systemie metrycznym ujęte jest, iż całość energii musi być natychmiast wydzielona, niezależnie od formy. Chociaż reakcje chemiczne wydzielają właściwie większość energii w formie kinetycznej lub fali powietrza, tylko część energii wybuchów nuklearnych jest wydzielana w ten sposób. Z tego powodu kilotona wybuchu nuklearnego niesie z sobą znacząco mniejszą energię fali uderzeniowej niż kilotona eksplozji chemicznej.Skróty związane z kilotoną i megatoną są także różnie stosowane. Kt, kt, kT czy KT są często spotykane w literaturze. W pracy tej jako skróty zastosowane zostały kt i Mt odpowiednio dla kilotony i megatony.
4.4 Broń atomowa
Do grupy tej należą głowice, których jedynym źródłem energii (oczywiście z wyjątkiem ładunku konwencjonalnego) jest reakcja rozszczepienia . W bombach takich poprzez gwałtowne złączenie (w wyniku wybuchu ładunku konwencjonalnego) kilku (z reguły dwóch) części ładunku rozszczepialnego o masie podkrytycznej przekracza krytyczną granicę reakcji. Bomby atomowe testowane w lipcu 1945 roku i zrzucone na miasta japońskie w sierpniu tego roku ( Litte Boy i Fatman) były uzbrojone w tego typu głowice. Istnieją jednak limity dotyczące rozmiaru takich głowic. Większe bomby wymagają większej ilości materiału rozszczepialnego, który: 1) utrudnia utrzymanie go w formie mas podkrytycznych przed detonacją i 2) utrudnia połączenie go w masę (nad)krytyczną zanim neutrony, pochodzące czy to z promieniowania tła, czy z samo rozszczepienia (dotyczy się to zwłaszcza Pu-239), spowodują przed-detonację (nie wszystkie części ładunku rozszczepialnego zostaną złączone). Trudno powiedzieć, jaką największą bombę tego typu udało się stworzyć, a następnie przeprowadzić udaną próbę (należy bowiem pamiętać o niebywałym znaczeniu tej broni w czasach jej tworzenia – nic więc dziwnego, że takie informacje były niezwykle pilnie strzeżone). Prawdopodobnie był to 500 kilotonowy Ivy King zdetonowany 15 listopada 1952 roku. Głowicą zdetonowaną w tym teście była Mk 18 Super Oralloy Bomb (SOB) zaprojektowana przez zespół Teda Taylora.
4.5 Głowice łączone – rozszczepienie/fuzja
Wszystkie głowice jądrowe używają reakcji rozszczepienia do wyzwolenia własnych destruktywnych efektów. Tak więc wszystkie głowice opierające się o fuzję wymagają użycia bomb atomowych (opierających się o rozszczepienie) w celu dostarczenia odpowiedniej ilości energii niezbędnej do inicjalizacji syntezy. Nie oznacza to wcale, iż reakcja rozszczepienia wytwarza znaczącą ilość energii (w porównaniu z fuzją).

4.5.1 Broń jądrowa o wzmożonej sile wybuchu
Wczesne wersje głowic opartych o syntezę, miały stać się tylko bombami o wzmożonej sile. W bombach tych w centrum rozszczepialnego rdzenia umieszczano kilkanaście gram gazowej mieszanki deuteru/trytu. Zabieg taki na dość oczywiste korzyści – po zdetonowaniu, gdy rdzeń przejdzie już w odpowiednim stopniu rozszczepienie, temperatura wzrośnie na tyle, aby zainicjalizować fuzję D-T. Ponieważ reakcja ta przebiega niezwykle szybko, wysokoenergetyczne neutrony w niej wyprodukowane używane są do rozszczepienia większej ilości materiału. Podniesienie zaś ilości rozszczepionego materiału zwiększa oczywiście stopień wydajności reakcji (jest to współczynnik określający stopień wykorzystania materiału rozszczepialnego). Normalnie współczynnik ten wynosi ok. 20% (bywa on jednak czasem o wiele niższy – bomba zrzucona na Hiroszimę miała tylko 1,3%), podczas gdy bomba o wzmożonej sile wybuchu może osiągnąć 50% (co może spowodować zwielokrotnienie siły wybuchu w stosunku do bomby tradycyjnej). Aktualnie w głowicach tego typu energia uwolniona podczas reakcji rozszczepienia jest bardzo mała, wynosi ok. 1% siły wybuchu, co sprawia, iż coraz trudniej odróżnić bomby o wzmożonej sile wybuchu od czystej bomby wodorowej. Pierwszym testem bomby o wzmożonej sile wybuchu był Greenhouse Item (45.5 Kt, 24 maj 1951) zdetonowany na wyspie Janet wchodzącej w skład atolu Enewetok. Ta eksperymentalna głowica używała, zamiast gazowej, ciekłej mieszanki deuteru-trytu. Dzięki zastosowaniu techniki wzmożonej siły wybuchu zwiększono ilość wydzielonej energii około dwukrotnie. Przetestowano również inne warianty tej broni – z gazową postacią deuteru, deuterkiem litu, nie wiadomo jednak czy jakiekolwiek głowice tego typu weszły w skład uzbrojenia.Większość dzisiejszych bomb jest właśnie tego typu, włączając w to jako zapalnik rozszczepialny w broni typu rozszczepienie-fuzja (patrz następny punkt). Pomimo znacznie większego wykorzystania materiału rozszczepialnego i zastosowania nowych technik, głowice te opierają się dalej o reakcję rozszczepienia i stwarzają te same problemy z większymi ładunkami. Tworzenie bomb według tej technologii przynosi największe korzyści przy budowaniu małych, lekkich bomb, w przypadku których mała efektywność stanowi szczególny problem. Tryt jest bardzo drogim materiałem, i rozpada się z prędkością 5.5% rocznie, ale w małych ilościach wymaganych dla lekkich bomb technika ta jest ekonomiczna.
4.5.2 Jądrowa broń fazowa (rozszczepienie-fuzja i rozszczepienie-fuzja-rozszczepienie)
Głowice tego typu wykorzystują reakcje syntezy izotopów lekkich pierwiastków (wodoru, litu) w celu usunięcia ograniczeń wielkości bomb opartych o rozszczepienie i zwiększenia jej możliwości, co pociąga za sobą znaczącą redukcję kosztów związanych z wzbogacaniem uranu lub stosowaniem drogiego plutonu – ma to oczywiście niebagatelny wpływ na masę oraz rozmiary całości. Reakcja syntezy odbywa się w materiale fuzyjnym (stanowiącym człon drugi), który jest fizycznie oddzielony od zapalnika rozszczepialnego (człon pierwszy), tworząc w ten sposób bombę dwustopniową.Promieniowanie X z pierwszego członu używane jest do kompresji członu drugiego (paliwa fuzyjnego) przez proces zwany promieniowaniem implozyjnym (więcej na ten temat dowiesz się w rozdziale Fizyka broni jądrowej). Ciśnienie i olbrzymia temperatura stają się zapalnikiem i fuzja się rozpoczyna. Energia wyprodukowana podczas reakcji termojądrowej może być wykorzystana do zainicjowania reakcji w nawet większym fuzyjnym członie trzecim. Stosowanie tej techniki pozwala w zasadzie na tworzenie bomb o nieograniczonych rozmiarach.
Reakcje syntezy są używane do zwiększenia mocy bomby na dwa różne sposoby:
1. jako sposób uwolnienia dużej ilości energii
2. w celu użycia wysokoenergetycznych lub szybkich neutronów powstających w trakcie tej reakcji do wydzielenia energii pochodzącej z rozszczepienia warstwy znajdującej się naokoło stopnia fuzyjnego. Warstwa ta jest często wykonana z naturalnego uranu – energia wyprodukowana przez szybkie rozszczepienie pochodzi więc z taniego U-238. Do tego celu można również użyć toru, a w głowicach, w których występuje rezerwa masy, nawet wzbogaconego uranu.Bomby, które uwalniają znaczną ilość energii przez reakcję termojądrową, ale nie wykorzystują powstałych neutronów do rozszczepienia U-238, nazywane są bronią jądrową dwufazową (rozszczepienie-fuzja). Jeżeli zaś dodatkowo rozszczepiają szybkimi neutronami U-238 określane są jako broń trójfazowa (rozszczepienie-fuzja-rozszczepienie). Bomby określane jako “czyste” osiągają większość swojej energii z reakcji fuzji (mało opadów radioaktywnych). Są to zawsze głowice typu rozszczepienie-synteza (niektóre z nich osiągają nawet stopień skuteczności syntezy 97%) Bomby typu rozszczepienie-synteza-rozszczepienie “czystymi” nie są, ale osiągają większą moc. Wytwarzają dużą ilość promieniotwórczych odpadów zanieczyszczających środowisko. 5 Mt test Redwing Tewa (20 lipiec 1956, atol Bikini) osiągnął skuteczność frakcji rozszczepienia 85%. Jeżeli pod uwagę bierze się koszty produkcji, jako trzeciego stopnia używa się naturalnego uranu lub toru. Jeżeli zaś siłę wybuchu (jak na przykład w nowoczesnej broni strategicznej) często stosuje się wzbogacony uran.W głowicach tego typu możliwe jest użycie jako paliwa czystego deuteru, lub mieszankę litu 6 i 7 z deuterem w formie deutereku litu 6/7. Te naturalnie stabilnie izotopy są dużo tańsze niż sztucznie wytwarzany i radioaktywny tryt. Pierwszym testem fazowej broni termonuklearnej był Ivy Mike zdetonowany 31 października 1953 na wyspie Elugelab/Flora na atolu Enewetok. Ta eksperymentalna bomba, nazywana Sausage (Kiełbasa), używała czystego deuteru jako paliwa i naturalnego uranu jako jego obudowy (trzeci stopień). Była zaprojektowana przez grupę z Los Alamos kierowaną przez Carsona Marka. Siła wybuchu Mike’a wynosiła 10.4 Mt, 77% z tego to rozszczepienie.Trójfazowa broń nuklearna została testowana i zakwalifikowana jako broń bardzo dużej mocy. Pierwszą amerykańską bombą trójfazową, i prawdopodobnie pierwszą tego typu na świecie, była głowica Basson zdetonowana w teście Redwing Zuni (27 maj 1956, atol Bikini, 3.5 Mt). Największą eksplozją jaką kiedykolwiek wykonano (50 Mt) była radziecka trójstopniowa głowica typu rozszczepienie-fuzja-rozszczepienie. W teście opuszczono ostatnie rozszczepienie, gdyby jednak do tego nie doszło bomba miałaby moc 150 Mt trotylu. Dzięki reflektorowi wykonanemu z materiału nierozszczepialnego, głowice trójstopniowe mogą produkować dużą ilość “czystej” energii. Zarówno Zuni jak i Tsar Bomba były w istocie bardzo “czystymi” bombami – Zuni osiągał 85% energii z fuzji, Tsar Bomba zaś 97%. Projekty obydwu głowic zakładały zamienienie ołowianej lub wolframowej obwoluty uranem-238. Wersja Bassoona została dostosowana do osiągnięcia największej siły wybuchu w historii testów Stanów Zjednoczonych – była to 25 megatonowa głowica Mk-41. Tsar Bomba pozwalała na osiągnięcie 100-150 Mt!
4.5.3 Głowice typu budzik/przekładaniec
Idea ta, ściśle związana z implozją radiacyjną, została niezależnie wynaleziona przynajmniej trzy krotnie. Pierwszy raz przez Edwarda Tellera w Stanach Zjednoczonych (który projektowi temu nadał nazwę “budzik”), potem przez Andrzeja Sacharowa i Witalija Ginzburga (którzy nazwali go “przekładańcem”), i w końcu przez Brytyjczyków (wynalazca nieznany). Każdy z tych programów badań dążył swoją własną drogą do bardziej skomplikowanej, jednak dającej doskonałe rezultaty, metody stopniowej (fazowej) budowy bomb termonuklearnych. Nazwa rosyjska związana jest ściśle z budową nowej broni – w przekroju widać bowiem, iż jest to rzeczywiście przekładaniec. W centrum głowicy znajduje się materiał rozszczepialny w formie U-235/Pu-239, otoczone warstwą U-238, następnie znajduje się warstwa deuterku/trytu litu, kolejna warstwa U-238 i w końcu system implozyjny. Proces początkowo przebiega jak wybuch zwykłej bomby implozyjnej. Po rozszczepieniu materiału znajdującego się w centrum, wydzielająca się energia kompresuje i podnosi temperaturę do stanu, gdy mogą zapoczątkować się procesy termonuklearne w warstwie fuzyjnej.Neutrony powstające w rozszczepieniu inicjują wtedy reakcję łańcuchową rozszczepienie-synteza-rozszczepienie. Wolniejsze neutrony pochodzące z rozszczepienia reagują z litem czego efektem jest tryt, który syntezuje z deuterem produkując bardzo szybkie neutrony. W efekcie paliwo fuzyjne przyjmuje rolę swoistego akceleratora pozwalającego na zapoczątkowanie reakcji łańcuchowej normalnie nie rozszczepialnego U-238. Ilość paliwa fuzyjnego, który przereaguje jest stosunkowo mała, 15-20%, i nie może być wyższa. Takie projektowanie bomb napotyka na takie same ograniczenia jak bomby opierające się tylko o rozszczepienie i bomby o wzmożonej sile wybuchu. Tylko Związek Radziecki i Wielka Brytania rozwinęła ten pomysł do możliwych do przenoszenia głowic bojowych (naukowcy radzieccy szybko jednak poznali istotę tworzenia bomb stopniowych, które mogły mieć rzeczywiście nieograniczone rozmiary). Stany Zjednoczone nie poszły aż tak poważnie do projektu, w dużej mierze dlatego, iż Teller czuł, że nie jest to broń dostatecznie destruktywna. Pierwszym testem tej koncepcji była detonacja głowicy oznaczonej jako RDS-6s (określana przez wywiad Stanów Zjednoczonych jako Joe 4) 12 sierpnia 1953. Dzięki użyciu dodatkowego trytu osiągnięto 10 krotny przyrost ponad siłę rdzenia, co dało ostatecznie siłę wybuchu 400 kt. Angielski Orange Herald Small użyty w teście Grapple 2 (31 maj 1957) był podobny ale używał o wiele większego rdzenia rozszczepialnego (300 kt) oraz najwidoczniej nie zawierał trytu – siła wybuchu wynosiła 720 kt, osiągnięto zatem 2.5 krotny przyrost.Chociaż głowic tego typu nie ma teraz w użytku, należy pamiętać, iż ze względu na różnice w konstrukcji, głowice tego typu tworzą odmienną grupę broni nuklearnej. Klasa ta tworzy ogniwo pośrednie, hybrydę broni o wzmożonej sile wybuchu i bomb fazowych (stopniowych) typu rozszczepienie-fuzja-rozszczepienie.
4.5.4 Bomby neutronowe
Bomby należące do tej grupy nie absorbują neutronów powstających w czasie syntezy, tylko pozwalają im uciec. Intensywne promieniowanie wysokoenergetycznych neutronów jest ich głównych mechanizmem destrukcji, ponieważ nie jest ono powstrzymywane przez większość materiałów. Broń ta została wynaleziona w Stanach Zjednoczonych jako broń anty-rakietowa (w przybliżeniu 20 kt głowica bojowa przeznaczona dla pocisku Sprint) oraz jako broń mająca zabijać załogi dobrze chronionych obiektów wojskowych (małe głowice przeznaczone zarówno dla artylerii jak i pocisków rakietowych). Bomby neutronowe z zasady generują większość swojej energii poprzez syntezę termojądrową. Nie jest to jednak normą – głowica amerykańskiego pocisku Lance wytwarzała 60% energii z fuzji, resztę natomiast z rozszczepienia. Taktyczne bomby neutronowe zostały pierwotnie stworzone do zabijania żołnierzy dobrze chronionych. Pojazdy opancerzone są odporne na działanie fali uderzeniowej jak i cieplnej wytwarzanej podczas wybuchu jądrowego, ale stalowy pancerz może redukować promieniowanie neutronowe w bardzo małym stopniu, tak, że skutki napromieniowania przekraczają inne rodzaje efektów wybuchu. Śmiercionośne promieniowanie emitowane przez taktyczne bomby neutronowe przewyższa skutki fali uderzeniowej i cieplnej nawet dla nieosłoniętego żołnierza. Opancerzenie może absorbować neutrony i ich energię, w ten sposób zmniejszając dawkę promieniowania neutronowego, na jakie wystawiona jest załoga czołgu, może jednak pogorszyć ich sytuację przez szkodliwe oddziaływanie z neutronami. Niektóre stopy mogą zostać pobudzone radioaktywnie, co może być bardzo groźne dla załogi (np. pancerz czołgu M-1). Kiedy szybkie neutrony zwolnią, utracona energia może się ujawnić jako promieniowanie X. Istnieją jednak specjalne osłony absorbujące neutrony, które zapewniają pewne bezpieczeństwo przed bronią neutronową.
4.6 Bomby kobaltowe i inne bomby zasolające
‘Zasolająca’ broń jądrowa jest podobna do broni typu rozszczepienie-fuzja-rozszczepienie, ale zamiast rozszczepialnego trzeciego stopnia stosuje się nierozszczepialne, specjalnie dobrane izotopy radioaktywne (w wypadku bomb kobaltowych jest to Co-59). Warstwa taka asymiluje uciekające neutrony fuzyjne i powoduje przejście zawartego w niej izotopu do stanu radioaktywnego w celu maksymalizacji opadu radioaktywnego, a co za tym idzie skażenia terenu.Zmienny efekt skażenia można uzyskać dzięki zastosowaniu odpowiednich izotopów. Złoto jest przeznaczane dla krótkoterminowego skażenia (trwającego dni), tantal i cynk dla skażenia pośredniego (trwającego miesiące), kobalt zaś stosuje się do skażania długoterminowego (lata). Aby izotop był użyteczny do procesu zasolenia musi obficie występować w naturalnej formie, produkt radioaktywny musi zaś silnie emitować promieniowanie gamma.
Tabela 4.6-1 Typowe pierwiastki używane do procesu skażenia radiologicznego (‘zasolania’)
Forma Naturalna Obecność w przyrodzie Produkt Promieniotwórczy Okres Półrozpadu
Kobalt-59 100% Co-60 5.26 lat
Złoto-197 100% Au-198 2.697 dni
Tantal-181 99.99% Ta-182 115 dni
Cynk-64 48.89% Zn-65 244 dni

Pomysł bomby kobaltowej stworzył Leo Szilard, amerykański fizyk pochodzenia węgierskiego, który opublikował w lutym 1950 roku, nie jako poważną propozycję nowej broni, acz jako bardziej zapowiedź możliwości powstania broni mogącej zabić wszystkich mieszkańców Ziemi. Problem zbudowania takiej broni polegał na znalezieniu odpowiedniego izotopu promieniotwórczego, który mógłby zostać rozproszony nad dużą powierzchnią ziemi zanim ulegnie rozpadowi. Takie rozproszenie zajmie wiele miesięcy, lub nawet lat, więc Co-60 nadawał się do tego idealnie.Promieniotwórczy opad Co-60 jest większy niż produkty rozszczepienia U-238 ponieważ: 1) wiele produktów rozpadu to izotopy o bardzo krótkim czasie połowicznego rozpadu, i z tego powodu rozpadają się zanim wyrządzą większe szkody lub przed skutkiem ich działania ludzi ochronią prowizoryczne schrony; 2) wiele produktów rozszczepienia to izotopy o bardzo długim czasie połowicznego rozpadu i z tego powodu nie emitują intensywnego promieniowania; lub 3) niektóre produkty rozszczepienia w ogóle nie są radioaktywne. Czas połowicznego rozpadu Co-60 jest na tyle długi, aby napromieniować okolicę w znaczącym stopniu zanim się rozpadnie oraz żeby uczynić niepraktycznym czekanie w schronie, jednocześnie będąc na tyle krótkim, aby emitować intensywne promieniowanie. Początkowo promieniowanie gamma produktów rozszczepienia z bomby typu rozszczepienie-synteza-rozszczepienie jest o wiele bardziej intensywne niż Co-60: 15.000 razy intensywniejsze po 1 godzinie; 35 razy większe po 1 tygodniu; 5 razy intensywniejsze po miesiącu i równe po połowie roku. Od tego czasu opady rozszczepialne nie promieniują tak intensywnie jak opady Co-60: 8 razy słabiej po roku i 150 razy po 5 latach. Izotopy o bardzo długim czasie połowicznego rozpadu produkowane w czasie rozszczepienia ponownie wyprzedzą Co-60 po około 75 latach. Cynk może być również używany do “zasolenia”. Izotop Zn-64, którego 48.9% znajduje się w cynku naturalnym, może zostać przekształcony w Zn-65, który to jest emiterem promieniowania gamma o czasie połowicznego rozpadu 244 dni. Korzyści ze stosowania Zn-64 to głównie szybszy rozpad połączony z intensywnym promieniowaniem. Wadą zaś jest fakt, iż występuje on tylko w połowie naturalnego cynku, musi być więc wzbogacany; jest też słabszym emiterem promieniowania gamma niż Co-60, wypromieniowuje bowiem tylko 1/4 tego co kobalt o tych samych masach molowych. Zakładając, że użyje się czystego Zn-64, intensywność promieniotwórcza Zn-65 będzie początkowo dwa razy większa od Co-60. Wartość ta będzie maleć, aż po 8 miesiącach będzie równa jeden (tzw. aktywność promieniotwórcza będzie taka sama), a po 5 latach Co-60 będzie 110 razy intensywniejszy. Militarnym zastosowaniem broni radiologicznej jest oczywiście wywoływanie lokalnych skażeń, z dużą intensywnością początkowych efektów. Przedłużone skażenie jest niepożądane. Jak więc widać, lekki Zn-64 jest prawdopodobnie najbardziej odpowiedni do zastosowań wojskowych. Jedyną znaną próbą bomby zasolającej był brytyjski test bomby zawierającej ładunek kobaltu (Antler/Round 1, 14 wrzesień 1957). Ta 1 kt głowica została zdetonowana w pobliżu Maralingi w Australii. Eksperyment uznano za nieudany i nie powtórzono go już nigdy.Poza tym przypadkiem nie wiadomo nic o jakimkolwiek teście bomby kobaltowej lub cynkowej, i o ile wiadomo nigdy taka bomba nie została zbudowana. W świetle gotowych do użycia bomb typu rozszczepienie-synteza-rozszczepienie (bomb bardzo silnych), jest nieprawdopodobne, aby głowice korzystające ze specjalnie zaprojektowanych skażeń radioaktywnych były kiedykolwiek wprowadzone do arsenału nuklearnego.

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Fale elektromagnetyczne – wady i zalety

Może zacznę od wyjaśnienia czym są fale elektromagnetyczne. To bardzo trudne pytanie. Często fale elektromagnetyczne nazywa się promieniowaniem. Są różnego rodzaju fale elektromagnetyczne. Fale radiowe są długie, nawet mówi się o nich fale metrowe. Mikrofale, które używane są przez wojsko w antenach radarowych i w kuchenkach mikrofalowych. Mają one długość kilku centymetrów. Są też takie fale elektromagnetyczne, które nazywamy falami widzialnymi lub światłem, lub promieniem widzialnym. Wbrew pozorom bardzo niewiele jest tych fal elektromagnetycznych, które nazywamy światłem widzialnymi. Fal elektromagnetycznych nie widać. Źródło światła jest widzialne, przedmioty, które światło oświetla są widzialne, lecz sam promień świetlny jest niewidzialny. Kiedy jednak do przestrzeni pomiędzy źródłem a przedmiotem wprowadzimy różne drobne ciała (np. dym z papierosa, kurz), które same mogą odbijać światło stają się one przez to źródłami światła. I chociaż same światła nie wysyłają, wiązka światła staje się widoczna. Istnieją także inne fale: podczerwień, ultrafiolet, promieniowanie X, promieniowanie gamma.
Fala elektromagnetyczna rozchodzi się najlepiej i najszybciej w próżni (prędkość w próżni wynosi 299792km/s). W ośrodkach materialnych prędkość fali elektromagnetycznej jest zawsze mniejsza i zależna od rodzaju ośrodka oraz od częstotliwości fali. W ośrodkach materialnych część energii fali jest tracona i ulega zamianie na energię wewnętrzną ciała. Zjawisko to nosi nazwę absorpcji lub pochłaniania światła.

To, że wiemy o istnieniu fal elektromagnetycznych w dużym stopniu jest zasługą Michaela Faraday’a. Jego doświadczenia zainspirowały Clerka Maxwell’a do stworzenia teorii elektromagnetyzmu.
Rys.1.Michael Faraday Rys.2. James Clerk Maxwell

WADY I ZALETY
W ostatnich latach przeprowadzono wiele badań, które miały stwierdzić, czy pola elektromagnetyczne są szkodliwe dla ludzi. Wprawdzie nie uzyskano jeszcze jednoznacznej odpowiedzi, ale wiadomo, że szkodliwe oddziaływanie na zdrowie człowieka mogą mieć pola elektromagnetyczne o wysokich częstotliwościach (30-3000 MHz ), a także o częstotliwości 50 Hz. W warunkach domowych (220 V, 50 Hz) istotne jest tylko pole magnetyczne, bo elektryczne ma bardzo niskie natężenie. Wykryto również, że są ludzie szczególnie wrażliwi na działanie pól elektromagnetycznych. Mogą one wywołać u nich bóle głowy, rozdrażnienie i bezsenność.
Do tej pory nie udało się jednoznacznie określić mechanizmu oddziaływania pól elektromagnetycznych na organizmy żywe. Badania te są trudne również dlatego, że organizmy żywe przystosowują się do zmian środowiska oraz ulegają wpływom na przykład zanieczyszczonego powietrza czy szkodliwych substancji chemicznych mogących znajdować się w pożywieniu. Trudno jest zmierzyć oddziaływanie pól elektromagnetycznych na zdrowie ludzi, między innymi dlatego, że badania te obarczone są dużym błędem statystycznym.

Ale jednakże możemy określić jakie fale najbardziej szkodzą żywym organizmom. Są to głównie promienie nadfioletowe inaczej UV. Te fale zabijają organizmy żywe. Prawda o zabijaniu została odkryta przez biologów już na początku naszego wieku, ale potem, kiedy odkryto straszliwie groźny rodzaj promieniowania – promieniowanie gamma, jakoś straciła swoją wyrazistość.
Ultrafioletu używa się do zabijania mikroorganizmów w salach operacyjnych w szpitalach. Są takim łatwym i tanim środkiem dezynfekującym. Używa się też ich do zabijania bakterii na owocach, które chce się przesłać w daleką drogę. Wyróżnia się cztery rodzaje fal ultrafioletowych. Dla organizmów żywych najgroźniejszy jest tak zwany ultrafiolet B, który biolodzy nazywają ultrafioletem biologicznie czynnym. Stwierdzono, że jest on najbardziej skuteczny w zabijaniu organizmów żywych. UVB jest pochłaniany przez krew i niszczy białe ciałka krwi. Życie na Ziemi nie mogłoby istnieć gdyby ten ultrafiolet docierał do niej ze Słońca. Tak więc jedyną dla nas ochroną przed śmiercią jest warstwa ozonowa. Ale jest takie miejsce nad Antarktydą, gdzie nie ma ozonu. To miejsce nazywa się dziurą ozonową. Powstaje, ponieważ do atmosfery uwalniane są związki chemiczne zwane freonami, które występują w aerozolach i starego typu lodówkach. Substancje te niszczą ochronną warstwę ozonową.
Promieniowanie nadfioletowe może być przyczyną zarówno szkodliwych jak i korzystnych skutków dla organizmu człowieka.

Korzystny wpływ nadfioletu polega przede wszystkim na działaniu przeciwkrzywicznym. Pod wpływem tego promieniowania zawarty w skórze człowieka 7-dehydrocholesterol ulega przekształceniu w witaminę D3, która odgrywa ważną rolę w gospodarce wapniowo-fosforowej ustroju. Inne korzystne skutki działania promieniowania UV na organizm człowieka to np. wzrost jego odporności, niszczenie drobnoustrojów czy przyśpieszanie gojenia ran i owrzodzeń.

Innymi wadami Fal elektromagnetycznych są:
·Nadmierna dawka promieniowania ultrafioletowego może powodować raka skóry;
·Promieniowanie UV-A powoduje oparzenia słoneczne po zbyt długim opalaniu;
·Silne dawki UV-B są niebezpieczne dla oka i mogą powodować zaćmę;
·Promieniowania UVA jest najbardziej szkodliwe dla oczu, ponieważ te promieniowanie dociera aż do soczewki ocznej (nośmy okulary przeciwsłoneczne!!!).

Zalety wykorzystania fal elektromagnetycznych:
·Promieniowanie nadfioletowe zabija bakterie;
·W medycynie wykorzystuje się specjalne detektory podczerwieni, dzięki którym możliwe jest poznanie rozkładu temperatury skóry człowieka;
·Postrzeganie nadfioletowe ułatwia nietoperzom żywiących się nektarem znajdowanie o zmrokukwiatów, gdyż ich płatki mają wyrazisty kontur, widziany tylko w tym świetle;
·Promieniowanie rentgenowskie szeroko stosuje się w diagnostyce medycznej wykorzystując fakt, że mięśnie przepuszczają promienie rentgenowskie
·Fale elektromagnetyczne znalazły zastosowanie przede wszystkim w urządzeniach takich jak: radia, telewizja, radary.

Rys. 3. Fotografia ręki wykonane przez W. Röentgena.

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Ruch w różnych układach odniesienia

RYSUNKI W ZAŁĄCZNIKU
1. Układ odniesienia.

Każdy opis ruchu ciał materialnych wymaga uprzedniego wyboru układu odniesienia. Przez wybór układu odniesienia rozurniemy wybór jednego lub kilku ciał, które umownie przyjmujemy za nieruchome i z którymi wiążemy pewien układ współrzędnych, na przykład prostokątny (kartezjański). Tak, więc, chcąc opisać ruch zachodzący na Ziemi, przyjmujemy za ,,ciało odniesienia” powierzchnię Ziemi. Osie OX i OY prostokątnego układu współrzędnych umieszczamy przy tym zazwyczaj w płaszczyźnie horyzontu, zaś oś OZ skierowujemy pionowo. Czasami początek układu współrzędnych wygodnie jest umieścić w środku Ziemi; jedną z osi układu współrzędnych skierowujemy wtedy wzdłuż osi obrotu Ziemi. Do opisu ruchu ciał niebieskich wybiera się układ odniesienia związany ze Słońcem lub też z gwiazdami stałymi.
Ruchem ciał nazywamy zmiany ich położenia względem obranego uprzednio układu odniesienia.

2. Prędkość względna
Zgodnie z prezentowanym tu modelem kierunki w rzeczywistości obiektywnej, które interpretujemy jako wymiary przestrzenne i czasowe zależą od wyboru obserwatora (trajektoria obserwatora to oś czasu układu współrzędnych obserwatora) oraz ciała obserwowanego (wymiary przestrzenne są prostopadłe do trajektorii ciała obserwowanego)

Poniżej – Rysunek 4.1 – przedstawiono osie układu współrzędnych obserwatora (ciało B) obserwującego ciało A. Prędkość zdefiniowana jako V=Δx/Δt jest (w rzeczywistości obiektywnej) sinusem kąta między trajektoriami obserwatora i ciała obserwowanego V=sinφ

Rysunek 4.1 Ciało B – obserwator- mierzy ruch ciała A w swoim układzie współrzędnych. Wybór osi X układu współrzędnych obserwatora zależy od wyboru ciała obserwowanego – oś X jest prostopadła do trajektorii ciała obserwowanego.

Jak widać tak zdefiniowana prędkość jest ograniczona wartością V=1 odpowiadająca trajektoriom wzajemnie prostopadłym. Łatwo się domyśleć, że będzie to jednocześnie prędkość światła – patrz następny rozdział.

Jedną z najistotniejszych różnic między STW a prezentowanym modelem jest fakt, że prędkość nie jest już wielkością fizyczną. Rolę prędkości przejęła trajektoria a konkretnie kąt nachylenia trajektorii. Prędkość jest teraz wyłącznie wartością obserwowaną i nie można jej używać do rozpatrywania zagadnień związanych z ruchem względnym ciał.

Na przykład rozpatrując ruch ciał w STW przy użyciu prędkości wiemy, że ciało nie może osiągnąć prędkości światła. Tymczasem – rozpatrując ten sam problem przy użyciu kątów nachylenia trajektorii dochodzimy do wniosku, że w pewnych warunkach zmiana trajektorii na prostopadłą (co odpowiada przyśpieszeniu cząstki do prędkości światła) może być możliwa. Problemy związane z przyśpieszaniem ciała do prędkości światła przedstawiono dalej.
3. Inercjalny a nieinercjalny układ odniesienia

Układ inercjalny to taki układ odniesienia, który porusza się ze stałą prędkością po linii prostej. Innymi słowy, jego wektor prędkości nie zmienia się. Stałe pozostają jego kierunek, zwrot i wartość.
W każdym układzie inercjalnym prawa fizyki są takie same i zjawiska fizyczne przebiegają w identyczny sposób. Jest to treść fundamentalnej zasady względności. Czyli nie zależą one od konkretnej wartości stałej prędkości układu inercjalnego w taki sposób, by obserwując je można było jednoznacznie wyznaczyć z jaką prędkością się poruszamy, np. v = 5 km/s, v = 70 km/h czy też v = 0 (spoczynek). Zależą w sposób stały, czyli każdej stałej wartości przyporządkowane jest to samo (taki sam przebieg zjawiska). Wynika z tego, że doświadczenia przeprowadzone w obrębie układu inercjalnego nie są w stanie dać nam rozstrzygającej odpowiedzi odnośnie tego czy spoczywamy czy się poruszamy, a jeśli to drugie, to z jaką prędkością.

Spróbujmy więc odnieść się do obserwacji na zewnątrz naszego układu odniesienia. Wyobraźmy sobie dwa statki kosmiczne poruszające się w przestrzeni międzygwiezdnej ze stałymi prędkościami po linii prostej i w przeciwnych kierunkach. Kiedy spojrzymy przez okno statku widzimy, że poruszamy się względem tego drugiego. Ale możliwość interpretacji nie jest tutaj jedna. Może być tak, że widzimy tamtego poruszającego się, bo on się porusza, a my stoimy, lub dlatego, że my się poruszamy, a on stoi. Istnieje nawet trzecia możliwość interpretacyjna: mijając się obydwa statki poruszają się. Sprawa jest beznadziejna. Musielibyśmy odnosić nasz ruch wobec jakiegoś układu, który na pewno jest w spoczynku. Wtedy to wyglądając poza nasz układ i widząc swój spoczynek wobec niego wiedzielibyśmy, że absolutnie spoczywamy (na pewno nasze v = 0). Widząc go w ruchu, a wiedząc że na pewno spoczywa mielibyśmy tylko 1 możliwą interpretację (na pewno my poruszamy się). Problem polega na tym, że taki wyróżniony układ (na pewno i absolutnie spoczywający), do którego moglibyśmy się odnieść nie istnieje. Ze względu na zasadę względności ten układ wyróżniony przez nas sam nie wie z jaką prędkością się porusza i musiałby też odnosić się do zjawisk z zewnątrz, które też nie dałyby mu jednoznacznej odpowiedzi.
Wygląda więc na to, że jedyne, co możemy zrobić to ustalić, umówić się, że dany układ odniesienia absolutnie spoczywa. Mogą być to odległe gwiazdy lub Ziemia. Wtedy to widząc ruch gwiazd względem nas, stwierdzilibyśmy, że jest on pozorny i istnieje dlatego, że my na pewno się poruszamy, a oglądając poruszające się drzewa przez okno jadącego akurat ze stałą prędkością autobusu wyciągnęlibyśmy wniosek, że to niewątpliwie my się poruszamy, bo drzewa na Ziemi są na pewno w spoczynku.
ZAUWAŻMY, że gdyby nie nasza umowa o spoczynku Ziemi nic nie byłoby tu pewne. Musielibyśmy powoływać sędziów: trzecie układy inercjalne. Oto możliwe scenariusze:
· Sędzia 1: układ poruszający się w tym samym kierunku z tą samą prędkością, co nasz autobus. WERDYKT: my spoczywamy
· Sędzia 2: układ poruszający się z tą samą prędkością co Ziemia (zwyczajowo: stojący na poboczu). WERDYKT: my poruszamy się
Jak widać werdykty są sprzeczne. W przypadku ruchu jednostajnego po linii prostej nie można mówić, że ktoś na pewno (bezwzględnie) spoczywa lub na pewno porusza się (pomijamy umowę). Mówi się że jest on względny, czyli zależy od tego kto nasz układ inercjalny obserwuje. My nie potrafimy nic jednoznacznego powiedzieć, ba… nie potrafią powiedzieć tego sędziowie. Sędzia 1 uważa, że względem niego spoczywamy, a sędzia 2 zapewnia o naszym ruchu. Wyobraźmy sobie teraz przebłysk w głowie sędziego 1: „A co jeśli widzę tamten autobus w bezruchu, bo obydwaj poruszamy się dokładnie tak samo?”. Albo przebłysk w głowie sędziego 2: „A co jeśli widzę tamten autobus w ruchu, bo sam się poruszam, a on stoi?” Sędziowie 1 i 2 nie są więc sami pewni czy się poruszają czy pozostają w spoczynku, bo sami podlegają tej samej fizyce układów inercjalnych. I dalsze powoływanie sędziów dla nich samych niczego już tutaj nie zmieni.

Układ nieinercjalny to układ odniesienia, którego wektor prędkości zmienia się, czyli taki, który ma niezerowe przyspieszenie. Wektor prędkości może zmieniać tylko swoją wartość (ruch przyspieszony po linii prostej), tylko kierunek (ruch po okręgu) lub w najogólniejszym przypadku kierunek i wartość (jak na przykład przy parkowaniu samochodu kiedy to skręca się i hamuje).
Charakterystyczną cechą układów inercjalnych jest występowanie w nich sił pozornych. Siła pozorna jest skierowana zawsze przeciwnie do kierunku przyspieszenia (a) układu nieinercjalnego i ma wartość (–ma), gdzie m to masa ciała, na które działa siła pozorna.
Wyobraźmy sobie, że jesteśmy w autobusie, który hamuje, czyli zmienia wartość swojej prędkości. Siła pozorna zwana siłą bezwładności „wyrzuca” nas wtedy do przodu. Gdy autobus rusza z miejsca jesteśmy wciskani w fotel. Gdy jesteśmy na karuzeli siła odśrodkowa „wyrzuca” nas na zewnątrz. Siła bezwładności i siła odśrodkowa to dwa najważniejsze rodzaje sił pozornych.
Są one bezźródłowe. Zauważmy, że gdy w hamującym autobusie siła wyrzuca nas do przodu, za fotelem, który znajduje się przed nami nie ma żadnego źródła tej siły. Jest to pozór, a wynika z naszej bezwładności. Po prostu każde ciało dąży do zachowania swego stanu kinetycznego, a więc gdy autobus jest hamowany, my „chcemy” dalej poruszać się z prędkością przed hamowaniem i dlatego wpadamy na fotel przed nami. Tak właściwie z nami wszystko jest w porządku. To fotel autobusu robi coś dziwnego, bo zamiast poruszać się tak jak my, hamuje i to właściwie on wpada na nas. Zasada bezwładności to fundamentalna zasada fizyki. Każde ciało samo z siebie podtrzymuje ruch z daną prędkością, bez udziału żadnych sił. Siły są potrzebne by tę prędkość zmienić. Zasady bezwładności nie da się wyprowadzić z bardziej podstawowych zasad, a więc nikt nie wie dlaczego wszystkie ciała są bezwładne i „dążą” do tego by zachować prędkość, z jaką się poruszają. Taka po prostu jest przyroda.
Zauważmy teraz, że będąc wewnątrz układu nieinercjalnego jesteśmy w stanie stwierdzić czy poruszamy się ruchem przyspieszonym czy nie. Jeśli nasz układ ma niezerowe przyspieszenie, to na jego terenie zaobserwujemy działanie sił pozornych. Co więcej, skoro siła pozorna = (-ma), to mierząc ją jesteśmy w stanie wyznaczyć dokładnie wartość tego przyspieszenia. Zasada względności tutaj nie obowiązuje. Zjawiska na terenie naszego układu nieinercjalnego powiedzą nam wszystko. Gdy widzimy, że działa siła pozorna, to na pewno poruszamy się (z przyspieszeniem), czyli na pewno nie jesteśmy w spoczynku.

Wróćmy do przykładu dwóch statków mijających się w przestrzeni kosmicznej.
Jeśli statek widziany przez okno zahamuje, to będzie poruszać się względem nas ruchem przyspieszonym (przyspieszenie ujemne) i podczas tego manewru będzie widział, że my względem niego też hamujemy dokładnie tak jak on. My hamulców nie używaliśmy, więc nie odczujemy sił pozornych. On hamował, więc tylko on stwierdzi, że na pewno on poruszał się ruchem przyspieszonym.
Jeszcze bardziej obrazowo: w przypadku ruchu przyspieszonego jednego ze statków tylko jedna interpretacja będzie możliwa. Mimo że obydwa się mijają i patrząc przez swe okna obydwa widzą przeciwny statek hamujący względem swojego, to kosmonauci na statku, który włączał hamulce, a więc rzeczywiście przyspiesza muszą odrzucić możliwość mówiącą, że to ich statek jest w spoczynku, a ten widziany przez okno (nasz) zahamował, bo to oni odczuwali siły pozorne, a nie my.

Przywołajmy jeszcze na chwilę naszych sędziów. Czy w przypadku układów nieinercjalnych będą mieli więcej do powiedzenia? Okazuje się, że tak. Sędzia przy drodze, widząc hamujący autobus stwierdzi, że to autobus poruszał się ruchem przyspieszonym. Sędzia poruszający się „łeb w łeb” z autobusem i hamujący tak jak autobus będzie widział go w spoczynku, ale… będzie też doznawał działania siły bezwładności. Jaki wniosek więc wyciągnie? Skoro widzę autobus w spoczynku, a sam poruszam się z przyspieszeniem (bo doznaję sił pozornych), to znaczy że autobus też na pewno porusza się ruchem przyspieszonym. W tym przypadku werdykty obydwu sędziów będą zgodne. Autobus na pewno porusza się. Bez względu na to, niezależnie od tego, kto go obserwuje, on się porusza. Mówi się więc, że ruch z przyspieszeniem jest bezwzględny.

4. Przekształcenie Galileusza

Zależności między współrzędnymi przestrzenno-czasowymi dowolnego zdarzenia rozpatrywanego w 2 różnych inercjalnych układach odniesienia K(x, y, z, t) i K'(x’, y’, z’, t’) poruszających się względem siebie prostoliniowo i jednostajnie z prędkością v: x = x’ + vxt’, y = y’ + vyt’, z = z’ + vzt’, t = t’ (vx, vy, vz — składowe prędkości ruchu układu K’ względem układu K); przekształcenia Galileusza są słuszne dla v małych w porównaniu z c (prędkość światła); prawa mechaniki klas. są niezmiennicze względem przekształceń Galileusza.

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Albert Einstein

Urodzil sie w 1879r. w Ulm w rodzinie zydowskiej.

· Mieszkal w Monachium, Wloszech, Szwajcarii, USA.
· Byl przeciwnikiem tendencji militarystycznych w niemieckich kregach politycznych, przyjal obywatelstwo szwajcarskie.
· Zrobil doktorat w Zurychu.
· W 1905r. zapisuje slawny wzór opisujacy zaleznosc miedzy energia i masa E = mc2
· W 1905r. publikuje szczególna teorie wzglednosci.
· W 1905r. odkryl prawo rzadzace zjawiskiem fotoelektrycznym.
· W 1905 zbadal i wyjasnil ruchy Browna.
· W 1909r. zostal uniwersyteckim wykladowca fizyki teoretycznej.
· W 1911r. byl wykladowca w Uniwersytecie Karola w Pradze, ale juz rok pózniej powrócil do Zurychu.
· W 1920r. objal stanowisko dyrektora utworzonego specjalnie dla niego Instytutu Fizyki na Uniwersytecie w Berlinie.
· W 1921r. otrzymuje Nagrode Nobla.
· W zwiazku z zydowskim pochodzeniem zostal usuniety przez nazistów ze swego stanowiska uniwersyteckiego w Berlinie.
· W 1933r. wyemigrowal do USA, gdzie zostal profesorem matematyki oraz stalym czlonkiem Institute for Advanced Study w Princeton (stan New Jesey).
· W 1939r. napisal list do przezydenta USA F.D. Roosevelta, zwracajac uwage na niebezpieczna mozliwosc skonstruowania przez nazistowskie Niemcy broni atomowej.
· Po II wojnie swiatowej dzialal na rzecz zakazu produkcji broni atomowej.
· W 1952r. panstwo Izrael zapronowalo mu objecie stanowiska prezydenta panstwa, jednak Einstein odmówil.
· W 1953r. publikuje zarys teorii istnienia podstawowych praw rzadzacych Wszechswiatem (próba stworzenia jednolitej teorii pola).
· Zmarl w 1955r.

Najwiekszym osiagnieciem Alberta Einsteina jest sformulowanie teorii wzglednosci.Do najwazniejszych wniosków plynacych ze szczególnej teorii wzglednosci nalezy stwierdzenie równowaznosci energii i masy. Ogólna teoria wzglednosci zostala opublikowana w 1915 roku, a potwierdzona doswiadczalnie gdy jedno z jej przewidywan – dotyczace zakrzywienia promieni swietlnych przez silne pole grawitacyjne, potwierdzily obserwacje przeprowadzane w 1919r. w czasie zacmienia Slonca. Pracowal równiez nad teoria promienowania. Albert Einstein wprowadzil korpuskularna teorie budowy swiatla. W 1905 opracowal teorie zjawiska fotoelektrycznego, podal prawo rzadzace tym zjawiskiem. Zjawisko polega na emisji elektronów z powierzchni metalu pod wplywem promieniowania elektromagnetycznego. Zjawisko równolegle bylo badane przez drugiego fizyka amerykanskiego pochodzania, Roberta Millikana, który doswiadczalnie potwierdzil sformulowane przez Alberta Einsteina prawo opsujace zjawisko fotoelektryczne zewnetrzne.

Einstein byl milczacym chlopcem; uwazano go raczej za dziecko dziwne niz utalentowane. Od dziesiatego roku zycia uczyl sie w Leopold Gymnasium. Nie znosil sztywnej, niemieckiej dyscypliny szkolnej i bez entuzjazmu uczyl sie laciny i greki. Jego droga do nauki rozpoczela sie od matematyki, do której zachecil go wuj, inzynier Jakub Einstein. W wieku okolo 12 lat Einstein samodzielnie nauczyl sie geometrii i postanowil, ze pewnego dnia rozwiaze zagadki swiata. Jego historia to raczej niecodzienny przypadek realizacji mlodzienczych marzen. Dalsza kariera szkolna Einsteina byla równie powiklana, jak jego edukacja w szkole podstawowej. W 1894 roku rodzina Einsteinów przeniosla sie Mediolanu, gdzie po wczesniejszych niepowodzeniach w interesach osiadl jego ojciec. Albert pozostal w Monachium, by zakonczyc nauke w gimnazjum, ale porzucil je, nie uzyskawszy koncowego swiadectwa, by dolaczyc do rodziny. Majac 17 lat, zostal przyjety na politechnike w Zurychu; rok wczesniej nie zdal egzaminu wstepnego. W szkole nabral przekonania, ze jego dziedzina bedzie nie matematyka, lecz fizyka, dlatego studiowal prace Hermana von Helmholtza, Jamesa Clarka Maxwella i innych. Nie byl wybitnym studentem, mial poczucie, ze uczelnia krepuje go. Póz niej pisal, iz “to cud, ze wspólczesne metody ksztalcenia nie zdusily calkowicie swietego zapalu i dociekliwosci. W 1900 roku otrzymal dyplom. W 1901 przyjal obywatelstwo szwajcarskie. Na poczatku 1902 roku Einstein uzyskal stanowisko mlodszego inspektora w szwajcarskim urzedzie patentowym. Przypuszczano, ze wlasnie ta praca – szczególowe badania i wyjasnianie zastosowania róznego rodzaju wynalazków – rozbudzila jego zainteresowanie czasem i przestrzenia. Z pewnoscia byl to jedyny okres, kiedy Einstein pozostawal w izolacji od srodowiska fizyków, ale sledzil najnowsze osiagniecia fizyki.

W roku 1905 – zwanym czesto annus mirabilis Einsteina – opublikowal w XVII tomie Annalen der Physik trzy bardzo wazne prace, w których, jak pisze Emilio Segre: “jego geniusz zaplonal z niedoscigla jasnoscia”, przedlozyl w nich swoja szczególna teorie wzglednosci. Pokazal, ze takie dziwne zjawiska, jak zmiany rozmiarów, masy i tempa uplywu czasu, staja sie zauwazalne, gdy predkosci zblizaja sie do predkosci swiatla. Po opublikowaniu prac z 1905 roku Einstein stal sie znany w srodowisku fizyków. W 1909 roku Einstein opuscil szwajcarski urzad patentowy i rozpoczal kariere uniwersytecka. Zostal profesorem nadzwyczajnym fizyki teoretycznej na uniwersytecie w Zurychu. W 1909 roku zaczal pracowac na uniwersytecie w Pradze, ale czul sie tam z le z powodu antysemickich nastrojów panujacych w Austrii. W 1912 roku wrócil do Zurychu. W 1914 roku otrzymal nominacje na specjalne dla niego utworzone stanowisko w Pruskiej Akademii Nauk i równoczesnie zostal profesorem Uniwersytetu Berlinskiego. W 1914 Ponownie przyjal obywatelstwo niemieckie.

Od tego czasu mógl poswiecic wiekszosc swego czasu na badania naukowe. Teoria, znana dzis jako ogólna teoria wzglednosci, jest przede wszystkim teoria grawitacji. Einstein pracowal nad nia od roku 1907 do 1916. Teoria ogólna jest rozwinieciem szczególnej teorii i stosuje sie do ukladów poruszajacych sie ruchem przyspieszonym. Ogólna teoria wzglednosci stanowi podstawe calej dwudziestowiecznej kosmologii. W 1921 uzyskal Nagrode Nobla za wyjasnienie zjawiska fotoelektrycznego zewnetrznego i prace teoretyczne w dziedzinie fizyki.. Mniej wiecej po 1928 roku, w szczytowym okresie rozwoju teorii kwantów, czas dominacji Einsteina w jej rozwoju dobiegl konca. W 1930 opublikowal ksiazke About Zionism (O syjonizmie) W 1933 roku ksiazki Einsteina znalazly sie wsród ksiazek palonych w Berlinie przez hitlerowców. Jego osobisty majatek skonfiskowano, a wkrótce potem Einstein opuscil Niemcy i wyemigrowal do Stanów Zjednoczonych. Otrzymal dozywotnie stanowisko w Instytucie Studiów Zaawansowanych w Princeton. W obliczu narastajacego zagrozenia zarzucil swoje pacyfistyczne przekonania i w 1939 roku, jakkolwiek ociagaja sie, napisal list do Franklina Roosevelta, w którym zalecal podjecie prac nad budowa bomby atomowej. W 1940 przyjal obywatelstwo amerykanskie. Nie uczestniczyl w pracach przy projekcie bomby równiez dlatego, ze uwazano, iz jego lewicowe sympatie moga zagrazac bezpieczenstwu prac. Po wojnie Einstein byl rzecznikiem rozbrojenia nuklearnego. Nie stal sie patriota amerykanskim, byl przeciwny prowadzonym w latach piecdziesiatych przesluchaniom w Kongresie na temat tzw. dzialalnosci antyamerykanskiej. W 1950 przedstawil jednolita teorie oddzialywan elektromagnetycznych i grawitacyjnych, której nie zaakceptowali inni fizycy. W 1952 roku nie zgodzil sie objac stanowiska prezydenta Izraela, choc byla to jedynie funkcja honorowa. Pózniejsza kariera Einsteina wiaze sie z jego ogromnym prestizem. Stal sie osoba publiczna, byl pozadany jako mówca na publicznych zgromadzeniach. Out of My Later Years, jedna z jego popularnych, czesto wznawianych ksiazek zawiera artykuly na najrozmaitsze tematy, takie jak socjalizm, stosunki miedzy bialym a czarnymi czy upadek moralny. Einstein podobnie jak Freud, z którym korespondowal, glosil polityczne i spoleczne poglady zgodne z liberalnym duchem tego okresu. Jego eseje nadal godne sa uwagi. Czesto cytuje sie powiedzenie Einsteina: “Bóg nie gra w kosci”. Odnosi sie ono do statystyki kwantowej. Einstein byl agnostykiem. Na pytanie, czy wierzy w Boga, odpowiedzial: “Nie mozna o to pytac kogos, kto z coraz wiekszym zadziwieniem próbuje zbadac i zrozumiec nadrzedny porzadek wszechswiata”.

Szczególna teoria wzglednosci

1. Zagadnienia

Zostala opracowana przez Einsteina w roku 1905. Zajmuje sie ona cialami lub ukladami, które albo poruszaja sie wzgledem siebie ze stala predkoscia, albo tez nie poruszaja sie wcale (poruszaja sie ze stala zerowa predkoscia).

2. Podstawowe postulaty teorii:

a) wzglednosc ruchu – ruch mozna rozpatrywac tylko w odniesieniu do jakiegos ukladu.

Einstein uwazal, ze nie mozna wykryc eteru (osrodka w którym, jak uwazali ówczesni uczeni, rozchodzi sie swiatlo, a który wypelnia caly wszechswiat) poniewaz nieruchomy eter bylby jedynym nieruchomym cialem we wszechswiecie, posiadalby ruch absolutny. Stwierdzilismy jednak, ze mozemy wykryc jedynie ruch wzgledny, dlatego tez nie mozemy wykryc eteru.

b) stalosc predkosci swiatla – predkosc swiatla wynosi okolo 300 tys. km/s i jest stala wzgledem obserwatora tzn. nie zalezy ona od tego czy obserwator zbliza sie do zródla swiatla czy oddala.

eleóryc.:Wzglednosc ruchu w teorii wzglednosci eleórysunki: DJ (Wiedza i Zycie nr.3/1999)

3. Wnioski wynikajace z postulatów.

Omówimy je na obrazowym przykladzie dwóch rakiet poruszajacych sie wzgledem siebie z duza predkoscia.

a) skrócenie dlugosci – jesli obserwator lecacy w rakiecie A ma mozliwosc mierzenia dlugosci rakiety B, gdy obie poruszaja sie wzgledem siebie z predkoscia V, to matematyczne obliczenia mówia, iz rakieta B wyda sie skrócona. Zjawisko to nosi nazwe skrócenia Fitzgeralda-Lorentza i opisujemy je wzorem:

L` – dlugosc skróconej rakiety
L – dlugosc poczatkowa
v – predkosc rakiety A wzgledem rakiety B
c – predkosc swiatla

b) wzrost masy wraz z predkoscia – wartosc masy m` rakiety B otrzymana przez obserwatora A jest zalezna od ich predkosci wzgledem siebie i opisuje ja wzór:

m` – masa poruszajacej sie rakiety(tzw. masa relatywistyczna)

m – masa spoczynkowa rakiety

v – predkosc rakiety A wzgledem rakiety B

c – predkosc swiatla

Wartosc masy m` rakiety B dla obserwatora B jest równa m poniewaz jego predkosc wzgledna jest równa zero(masa nie zmienia sie).

c) dodawanie predkosci – jezeli dwa pojazdy maja predkosci V=160 tys. km/s wzgledem jakiegos ukladu, te same kierunki, lecz poruszaja sie w przeciwne strony to na podstawie podanego wzoru obliczymy, ze predkosc jednej rakiety wzgledem drugiej wynosi 250 tys. km/s, a nie 320 tys. km/s (jak wynikaloby to z teorii Newtona) poniewaz zadne cialo nie moze poruszac sie z predkoscia wzgledna wieksza niz 300 tys. km/s.

Vab – prekosc rakiety A wzgledem rakiety B

Va – predkosc rakiety A wzgledem okreslonego ukladu

Vb – predkosc rakiety B wzgledem tego samego ukladu

c – predkosc swiatla

d) równowaznosc masy i energii – wniosek ten opisuje najslawniejszy i najprostszy, a jakze genialny wzor Einsteina:

E – energia

m – masa ciala

c – predkosc swiatla

Jezeli masa ciala jest calkowicie zamieniona w energie tak, ze zadna czesc tej masy nie pozostala w dawnej postaci, to ilosc otrzymanej energii jest dana tym równaniem.

e) zwolnienie czasu (dylatacja czasu) – oznacza zwolnienie tempa uplywu czasu wraz ze wzrostem predkosci.

t` – zwolnienie czasu w ukladzie A wzgledem ukladu B

t – czas w ukladzie B

v – predkosc ukladów wzgledem siebie

c – predkosc swiatla

Jezeli ze wzoru otrzymamy np. 0.5 oznacza to, ze czas u obserwatora B plynie dwa razy wolniej niz u obserwatora A. Ma to miejsce przy V=270 tys. km/s. Pojecie “wzglednosci jednoczesnosci zdarzen” bylo podstawa rozumowania Einsteina. Oznaczalo ono, ze dane zdarzenie obserwowane przez obserwatora A i obserwatora B nie musi byc równoczesne. Czas spostrzezenia danego zdarzenia przez tych dwóch obserwatorów jest zalezny od ich predkosci wzgledem siebie.

Ogólna teoria wzglednosci

1. Zagadnienia

Ogólna Teoria Wzglednosci byla opracowywana przez Einsteina w latach 1907-1916. Jest ona przede wszystkim teoria grawitacji. Teoria ogólna jest rozwinieciem szczególnej teorii i odnosi sie do ukladów, które poruszaja sie ruchem przyspieszonym. Ogólna teoria wzglednosci stanowi podstawe calej dwudziestowiecznej kosmologii – miedzy innymi wyjasnia przesuniecie ku czerwieni widma galaktyk, które dowodzi, iz wszechswiat sie rozszerza, oraz tlumaczy powstanie czarnych dziur.

2. Postulat

Zasada równowaznosci – w danym punkcie przestrzeni efekty grawitacji i ruchu przyspieszonego sa równowazne i nie moga byc rozróznione.Aby zrozumiec ogólna teorie wzglednosci, nalezy zaczac od tej zasady. Jak stwierdzil Galileusz w swym slynnym doswiadczeniu, ciala spadaja na Ziemie z jednakowym przyspieszeniem, niezaleznym od ich masy. W tym sensie spadajace ciala, duze i male, Sa “niewazkie” – ich masa nie wplywa na to, jak reaguja na przyciaganie ziemskie. W rzeczywistosci astronauci na orbicie nieustannie “spadaja” na Ziemie, dzieki czemu sa w stanie niewazkosci. Gdy jednak ich statek kosmiczny opuszcza orbite i przyspiesza w kierunku odleglej gwiazdy, astronauci czuja ciezar. Przyczyna jest wtedy przyspieszenie, a nie grawitacja. Zasada równowaznosci Einsteina mówi, ze sily grawitacyjne i inercjalne, zwiazane z przyspieszeniem ukladu, sa nieodróznialne.

3. Wnioski

- deformacja orbit planet przez zmiane masy spowodowana zmienna predkoscia planety

- ugiecie wiazki swiatla w polu grawitacyjnym

- zwolniony rytm zegara w poblizu duzych mas

Z zasady równowaznosci wynika, ze przyciagnie grawitacyjne nie jest po prostu sila, z jaka przyciagaja sie wzajemnie wszystkie ciala. Ciazenie nalezy uwazac za skutek zakrzywienia czasoprzestrzeni przez mase. Masa powoduje, ze przestrzen ma geometrie nieeuklidesowa. Wprawdzie w warunkach, z jakimi spotykamy sie na co dzien, ogólna teoria wzglednosci i prawo powszechnego ciazenia Newtona daja w zasadzie takie same wyniki, ale teoria Einsteina nie tylko opisuje eliptyczne orbity planet, lecz równiez tlumaczy pewne anomalie, takie jak precesja orbity Merkurego wokól Slonca.

Kilka lat po tym, jak Einstein opublikowal ogólna teorie wzglednosci, zostala ona potwierdzona przez obserwacje astronomiczne. Juz w 1911 r. Einstein przewidzial, ze promien swiatla gwiazdy, przelatujac w poblizu duzej masy – na przyklad Slonca ulega ugieciu. Ugiecie mozna zaobserwowac porównujac polozenie gwiazdy na niebie, gdy lezy z dala od Slonca i gdy jej promienie przelatuja tuz obok Slonca. Z ogólnej teorii wzglednosci wynika, ze kat ugiecia powinien byc dwa razy wiekszy, niz przewiduje teoria klasyczna, w której przestrzen uwazamy za plaska.

Przewidywania Newtona i Einsteina mozna porównac, obserwujac polozenie gwiazd podczas zacmienia Slonca. Pierwsze próby zakonczyly sie niepowodzeniem, ale w 1919 r. za namowa astronoma Arthura Eddingtona wyruszyly dwie ekspedycje angielskie, jedna do Brazylii, a druga na Wyspe Ksiazeca, u wybrzezy Afryki Zachodniej. Wyniki byly jednoznaczne: analiza zdjec dowiodla, ze polozenie gwiazd jest zgodne z przewidywaniami ogólnej teorii wzglednosci. Einstein uzyskal z dnia na dzien miedzynarodowa slawe.

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Układ Słoneczny

1.Wszechświat

W prawdzie pozostaje tajemnicą, w jaki sposób powstał Wszechświat, jednak wielu współczesnych naukowców opowiada się za teorią „wielkiego wybuchu”. Zgodnie z tą teorią Wszechświat narodził się w potężnej eksplozji, która doprowadziła do powstania materii oraz dała początek przestrzeni, w której nowo powstała materia została natychmiast rozrzucona. W ten sposób powstały cząsteczki elementarne będące budulcem atomów. Cząsteczki elementarne połączyły się następnie w atomy wodoru, który stanowi obecnie 90% materii Wszechświata. Obłok rozżarzonego wodoru pęczniał, a następnie rozpadł się na pojedyncze skupiska gazu, z których powstały gwiazdy i galaktyki podobne do naszej Galaktyki, zwanej Drogą Mleczną.

Badania wykazują, że Wszechświat wciąż się rozszerza. Nie wiadomo czy jego ekspansja będzie trwała wiecznie, czy też w pewnym momencie Wszechświat zacznie się zapadać. Astronomowie szacują wiek Wszechświata na około 13 – 20 miliardów lat.

Wielkość Wszechświata jest nieznana, opracowano jednak metody pomiaru odległości w przestrzeni. Za podstawę pomiaru służy np. orbita okołosłoneczna Ziemi: jednostka astronomiczna (j.a.) to odległość Ziemi od Słońca. Rok świetlny (r.ś.) to odległość jaką w ciągu roku pokonuje światło poruszające się z prędkością 299792,458 km/s. Parsek (ps) to odległość, na jaką podstawa o długości jednej jednostki astronomicznej rozciąga ramię kąta o mierze jednej sekundy.

1 jednostka astronomiczna = 149 600 000 km
1 rok świetlny = 9 460 500 000 000 km = 63 240 j.a.
1 parsek = 30 857 200 000 000 km = 206 265 j.a. = 3,262 r.ś.

Rozmiar Wszechświata jest ogromny. Ilustruje to przedstawiony poniżej rysunek. Każdy kolejny sześcian ma krawędzie 100 razy dłuższe od poprzedniego.

sześcian – krawędź dł. 950 j.a. (0,015 r.ś.)
Zawiera cały Układ Słoneczny.

sześcian – krawędź dł. 1,5 r.ś.
Mieści się tu cały Układ Słoneczny otoczony obłokiem Oorta. Naukowcy
uważają, że komety, które przelatują przez Układ Słoneczny, pochodzą
właśnie stamtąd. Obłok Oorta otacza Słońce w odległości około 40 000 j.a.
(2-3 lat świetlnych).

sześcian – krawędź dł. 150 l.ś.
Układ Słoneczny i najbliższe gwiazdy.

sześcian – krawędź dł. 15 000 l.ś.
Obejmuje bliższe ramiona spiralne naszej Galaktyki.

sześcian – krawędź dł.1,5 miliona l.ś.
Obejmuje całą naszą Galaktykę, Mały i Wielki Obłok Magellana
oraz pobliskie galaktyki z Układu Lokalnego.

sześcian – krawędź dł. 150 milionów l.ś.
Zawiera cały Układ Lokalny oraz gromady galaktyk Ryb, Raka i Panny.

sześcian – krawędź dł. 15 miliardów l.ś.
Obejmuje wszystkie znane gromady i supergromady galaktyk oraz wszystkie inne znane obiekty w przestrzeni. Jest to granica naszej współczesnej wiedzy o Wszechświecie.

2.Galaktyki

Galaktyki to wielkie skupiska gwiazd, planet, mgławic oraz gazu i płynu międzygwiezdnego, które stanowią „wyspy” Wszechświata. Odkryto już ponad miliard galaktyk. Niektóre z nich rozciągają się na szerokość od 1000 do 10 milionów l.ś.

Galaktyki podzielono ze względu na ich kształt.

Galaktyki spiralne. Mają ramiona, które otaczają ich centrum, zwane jądrem galaktyki. Nasza Galaktyka – Droga Mleczna, jest galaktyką spiralną. Jej pełny obrót wokół osi trwa 225 milionów lat.
Galaktyki eliptyczne. Galaktyki te nie maja ramion spiralnych. Kształtem przypominają ogromną kulę lub silnie spłaszczoną piłkę do rugby.
Galaktyki nieregularne. Galaktyki te nie wykazują symetrii charakterystycznych dla wyżej opisanych.

3.Układ Słoneczny

Pod pojęciem Układu Słonecznego rozumie się Słońce i wszystkie ciała niebieskie, związane z nim grawitacyjnie: planety ze swoimi księżycami oraz planetoidy, komety i meteoryty, a także materię pyłowo-gazową, która wypełnia przestrzeń międzyplanetarną. Układ Słoneczny wchodzi w skład Galaktyki. Położony jest mniej więcej w płaszczyźnie dysku galaktycznego, w odległości ponad 30 tysięcy lat świetlnych od jej centrum, na peryferiach jednego z ramion spiralnych. Okres obiegu Układu Słonecznego wokół środka Galaktyki wynosi 250 mln lat. Układ Słoneczny porusza się względem sąsiednich gwiazd z prędkością około 20 km/s w kierunku punktu, zwanego apeksem Słońca, znajdującego się na sferze niebieskiej w gwiazdozbiorze Herkulesa. Wiek Układu Słonecznego wynosi około 4,5 mld lat.

Podwaliną współczesnego obrazu Układu Słonecznego oraz nowożytnych koncepcji jego pochodzenia i ewolucji stało się odkrycie polskiego astronoma Mikołaja Kopernika (1473-1543), który dowiódł, że planety, a wśród nich i nasza Ziemia, krążą wokół Słońca. Zrozumienie i uznanie, że centralnym ciałem jest Słońce, a nie – jak wcześniej sądzono – Ziemia, która okazała się być jedną z planet, umożliwiło Johannesowi Keplerowi (1571-1630) sformułowanie na podstawie analizy wyników obserwacji położeń planet prawideł, którym podlegają rzeczywiste ruchy planet wokół Słońca; znane są one jako trzy prawa Keplera. Te empiryczne zależności znalazły teoretyczne uzasadnienie w odkrytych przez Izaaka Newtona (1642-1727) zasadach dynamiki i prawie powszechnego ciążenia.

Planety Układu Słonecznego dzielimy na planety wewnętrzne (Merkury, Wenus, Ziemia, Mars) i planety zewnętrzne (Jowisz, Saturn, Uran, Neptun). Granicą między nimi jest pas planetoid.

3.1.Planety i ich satelity:
•Słońce

Słońce powstało około 4,5 miliarda lat temu i niczym nie wyróżniało się od innych gwiazd. Dookoła niego powstał system planetarny. I dopiero wtedy dało ono wraz z Ziemią początek życiu na naszej planecie.

Słońce jest kulą gazową o promieniu ponad 700000 km złożoną w dużej mierze z wodoru (92%) i helu (7,8%). Pozostałe 0,2% to takie pierwiastki jak węgiel, azot, tlen i żelazo. Na powierzchni Słońca panuje temperatura 5800 K. Gwiazda ta wypromieniowuje z siebie energię sięgającą 400 milionów gigawatów. Energia ta wysyłana jest przez Słońce w postaci dwóch rodzajów promieniowania. Pierwszym z nich jest promieniowanie widzialne – światło białe, natomiast drugi typ promieniowania to promieniowanie niewidzialne – podczerwone.

Powierzchnia Słońca pokryta jest ciemnymi plamami, których średnica może sięgać 10000 km. Ilość tychże plam zmienia się w ciągu jedenastoletniego cyklu. Plamy te wypromieniowują więcej energii niż inne części Słońca i właśnie dlatego, że są aktywne posiadają ciemną barwę. Temperatura plam jest średnio o 2000 K niższa niż temperatura pozostałej powierzchni Słońca. Te aktywne strefy są częstym miejscem występowania gwałtownych zjawisk erupcyjnych. W wyniku takich eksplozji w przestrzeń kosmiczną są wyrzucane ogromne ilości gazu z niesamowitą prędkością 1000 km/s.

Wysoka strefa atmosfery słonecznej nazwana została koroną. Jest ona połączona z fotosferą poprzez obszar przejściowy o niewielkiej grubości. Korona jest milion razy mniej jasna od fotosfery i można ją dostrzec gołym okiem podczas całkowitego zaćmienia Słońca. Korona podgrzana do 1 miliona stopni Celsjusza emituje głównie promieniowanie rentgenowskie. W pewnych miejscach korona nie jest utrzymywana przy powierzchni i ucieka w przestrzeń międzyplanetarną. Zjawisko to powoduje wiatr słoneczny, który w okolicy Ziemi ma prędkość około 400 km/s. Przez taką utratę gazu Słońce traci jedną miliardową część swojej masy na 100000 lat. Szacuje się, że w przeciągu 4,5 miliarda lat jasność Słońca wzrosła o 40%. Wewnątrz Słońca panuje ogromna temperatura sięgająca 15 milionów stopni Celsjusza, oraz zachodzą tam przez cały czas reakcje termojądrowe, które polegają na zamianie wodoru w hel.

Za około 5 miliardów lat większość wodoru w jądrze Słońca zamieni się w hel, wtedy jądro pod wpływem własnego ciężaru zacznie się zapadać. Wodór otaczający jądro zapali się, a energia temu towarzysząca spowoduje powiększenie rozmiaru Słońca, które zmieni się w czerwonego olbrzyma, który swoją objętością będzie mógł pochłonąć nawet Ziemię. Po jakimś czasie warstwy zewnętrzne zostaną odrzucone w przestrzeń a pozostanie samo jądro, słabo świecące jako biały karzeł.

•Merkury

Merkury jest pierwszą według oddalenia od Słońca planetą Układu Słonecznego. Jest on stosunkowo niewielki, gdyż jego promień wynosi zaledwie 2439 km, a co za tym idzie masa jego stanowi zaledwie 5,6% masy Ziemi. Pod względem długości promienia zajmuje on, zatem przedostatnie miejsce w Układzie Słonecznym. Mniejszy od niego jest już tylko Pluton.

Merkury krąży w odległości 57,91 mln kilometrów od Słońca, a więc mniej więcej w połowie drogi między Ziemią a Słońcem. Obieg wokół Słońca po orbicie zajmuje mu ok. 88 dni. Natomiast obrót wokół własnej osi zajmuje mu 58,6 dnia (merkuriańska doba). Wynika, więc z tego, że doba na Merkurym trwa aż 2/3 roku. Spowodowane jest to prawdopodobnie mocnym oddziaływaniem grawitacyjnym Słońca, które ma zapewne wpływ na zwolnienie ruchu wirowego.

Wynikiem tak wolnej rotacji Merkurego jest to, że każde miejsce na tej planecie jest nieprzerwanie, przez trzy miesiące oświetlone światłem słonecznym, co doprowadza do osiągnięcia temperatury nawet 430oC na oświetlonej części planety. W tym samym czasie natomiast na nieoświetlonej części planety temperatura spada nawet do –170oC.

Merkury jest praktycznie pozbawiony atmosfery, czego powodem jest jego mała masa i słaba siła przyciągania, która nie jest w stanie zatrzymać gazu. Występuje tu jednak śladowa atmosfera, która jest bardzo silnie rozrzedzona. Jest ona złożona głównie z helu, śladowych ilości tlenu, argonu, azotu i ksenonu.

Merkury pod względem morfologii i wyglądu zewnętrznego jest bliźniaczo podobny do Księżyca, czego dowiodła misja kosmiczna „Mariner 10” w latach 1973 – 1974. Na powierzchni Merkurego znajduje się wiele kraterów oraz strefy ciemne i jasne, które ze sobą sąsiadują. Kratery powstały w wyniku bombardowania przez meteoryty i aktywności wulkanicznej planety. Najbardziej charakterystyczny jest wielki krater na półkuli północnej, zwany Równiną Upału (Caloris Basin). Dociera tu bardzo dużo ciepła i światła ze Słońca. Średnica tego krateru wynosi 1400 km i podejrzewa się, że jest on pozostałością po uderzeniu wielkiego meteorytu 3,8 miliarda lat temu. Uderzenie było tak silne, że spowodowało wypiętrzenie podwójnego łańcuch gór dookoła krateru. Średnica tegoż łańcucha wynosi 1600 kilometrów. Po drugiej stronie planety, na antypodach znajdują się góry sięgające 1500 metrów. Uczeni sądzą, że są one wynikiem uderzenia meteorytu po drugiej stronie planety.

Właśnie rozmieszczenie kraterów umożliwia określenie czasu powstania poszczególnych rejonów Merkurego. Strefy z największą liczbą kraterów są najstarsze i mają około 4,1 i 4,2 miliarda lat. Strefy o małym zagęszczeniu kraterów (najmłodsze) mają natomiast od 3,8 do 3,9 miliarda lat.

Mimo zewnętrznego podobieństwa do Księżyca, od wewnątrz Merkury jest podobny raczej do Ziemi. Jądro planety jest zbudowane z żelaza i niklu. Oprócz tego jądro to, podobnie jak jądro Ziemi, jest w stanie ciekłym, gdyż wskazuje na to nieoczekiwanie silne pole magnetyczne planety. Merkury nie posiada naturalnych satelitów.

Pomimo małych rozmiarów i braku atmosfery, Merkury posiada wiele ciekawych cech, które zasługują na dalsze badania.

Podstawowe informacje o Merkurym:

Średnia odległość od Słońca0,39 j.a.
Najkrótsza odległość od Ziemi 0,54 j.a.
Średnia prędkość orbitalna47,9 km/s
Okres obrotu wokół osi58,6 dni
Okres obiegu wokół Słońca88 dni
Średnica4878 km
Masa (masa Ziemi = 1)0,06
Średnia temperatura na powierzchni430oC (dzień), -170oC (noc)
Siła ciążenia (siła ciążenia Ziemi = 1) 0,38
Liczba naturalnych satelitów0
Liczba znanych pierścieni0
Najważniejsze gazy w atmosferześladowa

•Wenus

Wenus jest drugą według oddalenia od Słońca planetą Układu Słonecznego. Znana jest również pod nazwą Jutrzenki i jest najjaśniejszym ciałem niebieskim na niebie po Słońcu i Księżycu. Wenus jest bardzo podobna do Ziemi, o czym świadczy kulisty kształt zbliżony do ziemskiego. Ma również bardzo podobny rozmiar: średnica wynosi 12100 km, co stanowi 0,95 średnicy Ziemi. Jej masa wynosi 0,82 masy Ziemi. Wenus obiega Słońce w odległości 108 mln kilometrów po prawie idealnie kolistej orbicie. Dokładny obieg trwa 224,7 dnia i jest krótszy od jednego obrotu wokół własnej osi trwającego 243 dni. Powoduje to, że wenusjańska doba jest dłuższa od wenusjańskiego roku. Kolejną ważną rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę jest obrót planety wokół własnej osi. Wenus obraca się w stronę przeciwną niż robią to inne planety w Układzie Słonecznym. Obrót taki powoduje zjawisko wschodu Słońca na zachodzie, a zachodu Słońca na wschodzie.

Atmosfera Wenus powoduje jednak, że planeta ta staje się różną od Ziemi. Ogromne różnice stanowi skład chemiczny atmosfery, gdyż składa się ona tu aż w 95,5% z dwutlenku węgla (CO2) i w 4% z azotu z niewielką domieszką pary wodnej, argonu oraz bezwodnika kwasu siarkowego. Skład chemiczny wenusjańskich chmur powoduje na planecie tzw. efekt cieplarniany, co daje ogromną temperaturę na powierzchni planety sięgającą 480oC. Wenus jest najcieplejszą planetą Układu Słonecznego, cieplejszą nawet od Merkurego, który pomimo bliskości Słońca i tak jest chłodniejszy. Na Wenus praktycznie nie ma pór roku, panuje tam nieustanny upał i nie ma możliwości oddychania. Na planecie tej nie ma również wody, która wyparowała z powodu efektu cieplarnianego. Ciśnienie na powierzchni Wenus jest 90 razy większe niż na Ziemi i wynosi około 90000hPa.

Powierzchnię Wenus badały radzieckie sondy „Venera 13” i „Venera 14”, które zrobiły, w 1982r. zdjęcia. Na zdjęciach tych zaobserwowano rozległe równiny, poprzecinane skałami i wyciekami lawy. Stwierdziły, że chmury znajdują się na wysokości ok. 45 km, a niebo ma barwę pomarańczową. Po radzieckich sondach badania Wenus kontynuowały sondy NASA: Pioneer (1978-1981) i Magellan (od 1990r.). Sondy te krążyły wokół planety w celu uzyskania jej mapy.

Prawie dwie trzecie powierzchni planety zajmują płaskie i rozległe równiny. Występują tu również wyżyny, a najbardziej charakterystyczna jest wyżyna wielkości kontynentu na północnej półkuli Wenus. Została ona nazwana jako Ziemia Isztar. Wyżyna ta jest podobna do Tybetu, ale jest niesłychanie duża, gdyż zajmuje obszar wielkości Stanów Zjednoczonych. Wyżynę tę otaczają bardzo wysokie łańcuchy górskie, wyższe od ziemskiego Mount Everestu (8850 m n.p.m.) nawet o 1500 metrów.

Wenus pokryta jest bazaltową skorupą, która jest gruba, a pod nią jest również gruby płaszcz. Pod płaszczem z kolei znajduje się metalowe jądro, różniące się jednak od ziemskiego, gdyż jest stałe. Tektonika Wenus przypomina tektonikę Marsa i Księżyca. Występują tu również wulkany, jednak sądzi się, że większość kraterów jest pochodzenia meteorytowego.

Wenus jest, więc planetą bazaltową i bardzo gorącą, nie posiada również naturalnych satelitów podobnie jak Merkury.

Podstawowe informacje o Wenus:

Średnia odległość od Słońca0,72 j.a.
Najkrótsza odległość od Ziemi 0,27 j.a.
Średnia prędkość orbitalna35 km/s
Okres obrotu wokół osi243 dni
Okres obiegu wokół Słońca225 dni
Średnica12104 km
Masa (masa Ziemi = 1)0,82
Średnia temperatura na powierzchni464oC
Siła ciążenia (siła ciążenia Ziemi = 1) 0,88
Liczba naturalnych satelitów0
Liczba naturalnych pierścieni 0
Najważniejsze gazy w atmosferzedwutlenek węgla

•Ziemia

Ziemia jest trzecią według oddalenia od Słońca planetą Układu Słonecznego. Jest ona największa ze wszystkich planet wewnętrznych. Średnica planety wynosi 12756 km, a więc promień równikowy ma 6378 km i jest on dłuższy od promienia biegunowego, co jest spowodowane ruchem wirowym planety. Równik Ziemi, czyli najdłuższy równoleżnik (obwód) ma 40070 km. Masa planety wynosi 6x1027g i stanowi 2 milionowe części masy Słońca. Ziemia krąży w średniej odległości 150mln km od Słońca po orbicie w kształcie elipsy. Najbliżej Słońca znajduje się 3 stycznia i odległość wynosi wtedy 147 mln km (peryhelium). Najdalej od Słońca jest natomiast 4 lipca, kiedy to jej odległość od niego wynosi 152 mln km (aphelium). W trakcie ruchu obiegowego oś ziemska nachylona jest do płaszczyzny orbity pod kątem 66o33`. Czas, jaki zajmuje Ziemi okrążenie Słońca wynosi 365,2564 dnia, natomiast jeden pełny obrót wokół własnej osi planeta robi w czasie 23h 56min 4,09s.

W budowie Ziemi wyróżnia się trzy strefy: wewnętrzną-jądro, środkową-płaszcz i zewnętrzną-litosferę dzielącą się na skorupę oceaniczną i kontynentalną. Jądro ziemskie ma kształt kuli o promieniu 3500 km. Możemy je podzielić na trzy części, a mianowicie jądro stałe, wewnętrzne mające promień 1250 km i jądro zewnętrzne o grubości 2300 km. Jądro złożone jest głównie z żelaza (aż 80%), w reszcie przeważa nikiel oraz siarka. Właśnie tak duża ilość żelaza decyduje o tak dużej gęstości planety, która wynosi 5,52 g/cm3. Bliżej powierzchni znajduje się płaszcz ziemski, który ma grubość 2900 km. Płaszcz zbudowany jest głównie z tlenków wielu metali. Ostatnią warstwą jest zewnętrzna litosfera o grubości 30 km pod kontynentami i 10 km pod oceanami.

Powierzchnię Ziemi zajmują w 29% lądy i w 71% oceany. I to właśnie oceany dały początek życiu na Ziemi, jak dotąd znanemu tylko tutaj. Lądy, czyli w rzeczywistości siedem kontynentów, maja różną formę ukształtowania powierzchni. Są na nich zarówno depresje, niziny, wyżyny, jak i góry. Najwyższe góry na Ziemi to oczywiście Himalaje, w których znajduje się Mount Everest o wysokości 8850 m n.p.m.. Na naszej planecie występują również aktywne wulkany, a ich największym skupiskiem jest Półwysep Kamczatka w Rosji na kontynencie azjatyckim.

Atmosfera ziemska składa się w 78% z azotu, 21% z tlenu, a pozostały 1% tworzą takie gazy jak argon, dwutlenek węgla, para wodna, ozon. średnia temperatura na powierzchni Ziemi wynosi 15oC. Najniższa jest w strefach biegunowych (rekordowa ponad -90oC), a najwyższa w strefie równikowej. Ziemską atmosferę można podzielić na kilka warstw. Najniżej znajduje się troposfera sięgająca średnio do 12 kilometra nad powierzchnię planety. To w tej warstwie zawarte jest 80% całej masy powietrza, jak również zachodzą tu wszystkie zjawiska pogodowe. W górnych strefie tej warstwy temperatura spada do -55oC. Następna warstwa rozciąga się powyżej troposfery między 12 a 50 kilometrem i nosi nazwę stratosfery. Pośrodku tej warstwy występuje miedzy 20 a 30 kilometrem warstwa ozonu, która pochłania ultrafioletowe promieniowanie słoneczne. Kolejna warstwa to mezosfera sięgająca od 50 do 80 kilometra nad Ziemie. Powyżej tejże warstwy znajduje się termosfera, w której temperatura rośnie nawet do 1000oC ze względu na duże rozrzedzenie atmosfery. Wyżej jest jonosfera, w której to powstają piękne zorze polarne. Ostatnia warstwa atmosfery to egzosfera, w której temperatura spada do zera absolutnego, czyli -273oC.

Ziemia ma jednego naturalnego satelitę-jest nim księżyc. Jest on odległy od planety o ok. 380000 km, a jego promień ma długość 1740km. Masa Księżyca stanowi 1,2% masy Ziemi.

Ziemia posiada, więc dosyć złożoną naturę. Obecność na jej powierzchni dużej ilości wody, która występuje również w atmosferze jest głównym elementem zmian fizyko-chemicznych, jak również woda ta dała początek życiu na naszej planecie, nie odnalezionemu dotychczas nigdzie indziej w kosmosie.

Podstawowe informacje o Ziemi:

Średnia odległość od Słońca1,00 j.a.
Średnia prędkość orbitalna29,8 km/s
Okres obrotu wokół osi23h 56min.
Okres obiegu wokół Słońca365 dni
Średnica12756 km
Średnia temperatura na powierzchni15oC
Liczba naturalnych satelitów1
Liczba naturalnych pierścieni 0
Najważniejsze gazy w atmosferzeazot, tlen

oSatelita Ziemi

Księżyc, nasz naturalny satelita jest odległy o 384,4 tys. km od środka Ziemi. Jak dotąd jest on jedynym ciałem niebieskim, na jakie przemieścił się człowiek. Jego promień wynosi 1740 km, a masa stanowi zaledwie 1,2% masy Ziemi. Ze względu na tak niewielką masę Księżyca jego siła grawitacji jest znacznie słabsza niż ziemska i nie posiada on atmosfery. Jeden obieg Księżyca wokół planety trwa 27,3 dni i jest on równy jednemu obrotowi wokół własnej osi.. Z takim właśnie ruchem Księżyca wiąże się stwierdzenie, że widzimy z Ziemi tylko jedną stronę Księżyca.

Dzięki radzieckim i amerykańskim misjom kosmicznym znany jest dokładnie skład skał księżycowych. Skały te można podzielić na trzy rodzaje. Można wyróżnić bazalty posiadające ciemny kolor, Które są podstawowymi elementami składowymi „mórz” księżycowych. Znajdują się tu również feldszpaty, czyli krzemiany typu anortytowego i skały, które nazwano KREEP ze względu na zawartość w nich potasu i fosforu (K i P) oraz minerałów ziem rzadkich Badania dowodzą, że różnorodność minerałów na Księżycu jest znacznie mniejsza niż na Ziemi. Szacuję się, że skały, które tworzą płaskowyże mają 3,8 mld lat lub więcej, podczas gdy wiek skał tworzących morza wynosi pomiędzy 3,2 a 3,8 mld lat. Na Księżycu występuje bardzo wiele kraterów, które są rezultatem bombardowania meteorytowego.

Dzięki danym sejsmicznym pochodzącym z Księżyca znamy w przybliżeniu jego strukturę wewnętrzną. Jest ona podobna do struktury Ziemi, gdyż na Księżycu wyróżniamy również trzy warstwy: metalowe jądro o promieniu poniżej 300 km, płaszcz podzielony na dwie części: wewnętrzną o grubości ok. 500 km i twardą część zewnętrzną sięgającą do głębokości 1000 km, oraz ostatnią warstwę, czyli skorupę o grubości 70 km.

Pochodzenie Księżyca jest nadal wielką zagadką dla naukowców. Najbardziej prawdopodobne jest zderzenie tworzącej się Ziemi z protoplanetą. Zderzenie to wyrwało z płaszcza Ziemi ogromny jego fragment, który następnie stał się nie mającym żelazo-niklowego jądra Księżycem

•Mars

Mars jest czwartą według oddalenia od Słońca planetą Układu Słonecznego. Jego rozmiary nie dorównują rozmiarom Ziemi, są nawet o wiele mniejsze (aż o połowę). I tak średnica planety wynosi 6785 km, a zatem promień równikowy ma 3393 km i jest o 18 kilometrów dłuższy od promienia biegunowego Marsa, czego powodem jest ruch wirowy planety. Masa planety jest równa 10% masy Ziemi, a gęstość wynosi 3,9g/cm3. Tak małą gęstość planety powoduje prawdopodobnie jądro planety zbudowane z żelaza, ale posiadające niewielkie rozmiary. Dużo żelaza znajduje się również w powierzchniowych warstwach planety, dzięki czemu zawdzięcza ona sobie czerwoną barwę. Okres obrotu Marsa dookoła własnej osi jest bardzo zbliżony do ziemskiego i wynosi 24h 37min 27s. Mars obiega Słońce po swojej orbicie w odległości równej 1,5 odległości Ziemi od Słońca, czyli dokładnie odległość ta wynosi ok. 228 mln km. Jeden obrót wokół Słońca zajmuje Marsowi ok. 687 dni ziemskich.

Mars i Ziemia mają wiele wspólnych cech pomimo tak znacznej różnicy wielkości. Do cech tych należą: złożona atmosfera, pory roku i w przeszłości obecność wody na powierzchni Marsa. Występowanie pór roku na Marsie można zaobserwować nawet z Ziemi, gdyż jest widoczny przyrost czap lodowych na biegunach oraz ich zmniejszanie się. Zmiany pór roku powodują na planecie silne burze pyłowe, które przyczyniają się do czasowych zmian koloru powierzchni Marsa (tj. ciemnienie i jaśnienie powierzchni). Uczeni sądzą, że powierzchnia półkuli południowej jest starsza od półkuli północnej, gdyż to właśnie na południu występuje więcej kraterów powstałych w wyniku uderzeń meteorytów. Półkula południowa ma również większą średnią wysokość. Znajdują się tu też normalne kratery pochodzenia wulkanicznego. To właśnie tutaj jest największa góra w całym Układzie Słonecznym. Jest to krater wulkaniczny nazwany „górą Olimp” lub Olympus Mons. Ma on wysokość prawie 27 km i 630 km średnicy. Na Marsie występują również wyschnięte kanały, które mogą świadczyć o istnieniu w przeszłości na powierzchni planety wody. W związku z tą hipotezą naukowcy sądzą, że na Marsie w przeszłości mogło istnieć drobne organiczne życie. Sądzą tak gdyż, gdy tworzyły się planety to na Marsie panowały podobne warunki jak na Ziemi. Na Ziemi pierwsze życie pojawiło się już ok.500mln lat po okresie bombardowania przez meteoryty. Tak samo mogło być również na Marsie, jednak późniejsza kolej zdarzeń mogła doprowadzić do wyginięcia tego właśnie życia. Obecnie trwają nad tym badania, poszukuje się w skałach pochodzących z marsa szczątków tego domniemanego życia.

Sondy wysyłane w kierunku Marsa i na Marsa ustaliły skład atmosfery planety. Składa się ona w 95% z dwutlenku azotu, w 3% z azotu, w 1,5% z argonu oraz śladowych ilości tlenu, tlenku węgla i pary wodnej. W przeciwieństwie do ziemskiej atmosfery w tutejszej brak jest ozonu, z czego wynika jednak, że w chwili obecnej na Marsie występowanie jakichkolwiek śladów organicznych jest niemożliwe.

Mars posiada dwóch naturalnych satelitów. Mają one bardzo małe rozmiary i krążą w niedużej odległości od planety. Są to Deimos i Phobos. Sądzi się, że zostały one przechwycone przez Marsa z pasa planetoid leżącego między Marsem a Jowiszem. Przypuszczenia te są bardzo prawdopodobne właśnie ze względu na małe ich rozmiary.

Mars jest, więc ostatnią planetą z grupy planet wewnętrznych Układu Słonecznego. Jest również ostatnią planetą, na której mogliśmy doszukiwać się życia, gdyż za nim leżą już tylko wielkie gazowe olbrzymy, na których raczej niemożliwe jest życie.

Podstawowe informacje o Marsie:

Średnia odległość od Słońca1,52 j.a.
Najkrótsza odległość od Ziemi 0,38 j.a.
Średnia prędkość orbitalna24,1 km/s
Okres obrotu wokół osi24h 37min.
Okres obiegu wokół Słońca687 dni
Średnica6759 km
Masa (masa Ziemi = 1)0,11
Średnia temperatura na powierzchni-40oC
Siła ciążenia (siła ciążenia Ziemi = 1) 0,38
Liczba naturalnych satelitów2
Liczba naturalnych pierścieni 0
Najważniejsze gazy w atmosferzedwutlenek węgla

oSatelity Marsa

Mars ma dwóch małych satelitów: Phobos i Deimos to dwie bryły o średnicach wynoszących 22 km (Phobos) i 12 km (Deimos). Phobos obiega Marsa w odległości 9400 km, a czas jego obiegu wynosi 7 godzin 20 minut. Mars przyciąga nieustannie Phobosa ku sobie, co za ok. 30 milionów lat zaowocuje zderzeniem księżyca z planetą. Deimos krąży w odległości 23 500 km od Marsa, a jeden obieg zajmuje mu 30 godzin 18 minut. Te księżyce są tak małe, że nie mają regularnego kształtu kuli, jaki mogą przybrać ciała o dużej masie. Wykazują one również wiele podobieństw do planetoid, które znajdują się między Marsem a Jowiszem. Sądzi się, więc, że Phobos i Deimos są planetoidami przechwyconymi przez Marsa.

•Jowisz

Jowisz jest piątą według oddalenia od Słońca planetą Układu Słonecznego. Jest on zarazem największą i najcięższą planetą. Średni promień Jowisza wynosi ok 71000 km i jest jedenaście razy większy od promienia Ziemi. Różnica pomiędzy promieniem równikowym a biegunowym jest bardzo duża, bo ok. 4500 km, a jest to spowodowane szybkim ruchem wirowym planety. Obrót wokół własnej osi zajmuje Jowiszowi 9,9 godziny. Jowisz krąży wokół Słońca w odległości 778,4 mln km po swojej orbicie. Obieg wokół Słońca zajmuje mu 11 lat 315 dni. Masa planety wynosi 1,9×1027 i jest ona prawie 320 razy większa od masy Ziemi oraz stanowi ona 0,001 masy Słońca. Gęstość Jowisza wynosi 1,3g/cm3 i jest ona czterokrotnie mniejsza od gęstości Ziemi. Mimo tego Jowisz osiąga ogromną masę, dzięki swoim rozmiarom.
Na Jowiszu od XVII wieku można obserwować strefę burzową nazwaną Wielką Czerwoną Plamą, której rozmiary znacznie przekraczają ziemskie. Ma ona 30000×14000 km. Szybkie przepływy mas atmosfery Jowisza powodują powstawanie zjawiska strefowości i kolorowych pasów, które są tak charakterystyczne dla tej planety.

Sondy kosmiczne „Voyager” i „Pionner” ustaliły skład chemiczny i stan fizyczny atmosfery Jowisza. Nad Jowiszem wyróżnia się dwie warstwy atmosfery: wewnętrzną i zewnętrzną. Warstwa wewnętrzna to troposfera, która sięga do 90 km. Zaś zewnętrzna warstwa to stratosfera, która sięga do 2000 km. W troposferze temperatura waha się od 0oC w strefie niskiej i do –153oC w strefie wysokiej. W troposferze możemy zaobserwować chmury brunatne, wyżej (od 20 do 40 km) chmury czerwonobrunatne, a jeszcze wyżej białe chmury zbudowane z krystalicznego amoniaku. Stratosfera zawiera wiele składników. W stratosferze w miarę wznoszenia rośnie temperatura osiągając w końcu 1500 K, podczas gdy ciśnienie spada i rośnie zawartość wodoru.

Materia tworząca Jowisza znajduje się w stanie płynnym do głębokości aż 57000 km. Stałe jądro planety jest, więc niewielkie w porównaniu z całą wielkością Jowisza. Składa się ono prawdopodobnie z żelaza, krzemianów i lodu.

Zauważono, że Jowisz wypromieniowuje więcej energii, niż jej otrzymuje od Słońca. Uważa się, że Jowisz w ten sposób oddaje wewnętrzne ciepło nagromadzone podczas powstawania (z uwagi na jego rozmiar czas potrzebny do ostygnięcia materii jest bardzo długi).

„Voyager” odkrył również, że Jowisz podobnie jak Saturn, Uran i Neptun jest otoczony pierścieniem. Został on odkryty w marcu 1979r.. Pierścień ten znajduje się na orbicie w odległości 57000km. Nie był tak długo wykryty, gdyż jego gęstość jest miliard razy mniejsza od gęstości pierścieni Saturna. Na razie nie znane są jego rozmiary.

Jowisz ma co najmniej 16 naturalnych satelitów. Cztery najważniejsze zostały odkryte przez Galileusza a pozostałe dwanaście krąży w odległości od Jowisza pomiędzy 130000 km a 24 mln km. Ich podobieństwo do planetoid jest znaczne i sądzi się również, że tak jak w przypadku satelitów Marsa, zostały one przechwycone z pasa planetoid przez Jowisza.

Podstawowe informacje o Jowiszu:

Średnia odległość od Słońca5,20 j.a.
Najkrótsza odległość od Ziemi 3,95 j.a.
Średnia prędkość orbitalna13,1 km/s
Okres obrotu wokół osi9h 50min.
Okres obiegu wokół Słońca11,86 lat
Średnica142800 km
Masa (masa Ziemi = 1)317,9
Średnia temperatura na powierzchni-120oC
Siła ciążenia (siła ciążenia Ziemi = 1) 2,64
Liczba naturalnych satelitów28
Liczba naturalnych pierścieni 1
Najważniejsze gazy w atmosferzewodór, hel
oSatelity Jowisza

Jowisz posiada 28 naturalnych satelitów. Tutaj opisane zostaną tylko cztery, odkryte przez Galileusza, czyli Io, Europa, Ganimedes i Callisto.

Io ma promień o długości 1821 km oraz masę 9×1025 kg, a jej gęstość wynosi 3,6g/cm3 . Jest ona odległa o 422000 km od Jowisza, a obiega go w 1,8 dnia. Europa posiada promień o długości 1565 km, masę 4,9×1023 kg, gęstość 3g/cm3 . Jest odległa o 671000 km od planety i obiega ją w czasie 3,6 dnia. Ganimedes jest największym z księżyców, ponieważ posiada promień 2630 km, masę 1,5×1026 kg, gęstość 1,9g/cm3 . Leży on w odległości 1000000 km od Jowisza i obiega go w 7,15 dnia. Najdalszy z galileuszowych księżyców to Callisto. Leży on w odległości 1883000 km od planety. Posiada promień wynoszący 2400 km, masę 1026 kg oraz gęstość podobną do Ganimedesa. Jego „rok” wynosi 16,7 dnia. Orbity tych czterech galileuszowych księżyców są koliste, a ich ruch wirowy powoduje, że są zwrócone zawsze tą samą stroną do Jowisza.

Najbardziej zdumiewające jest to jak bardzo te cztery satelity różnią się wyglądem. Io posiada powierzchnię bardzo kolorową. Występują tu takie barwy jak żółta, czerwona, czarna, brązowa i biała. Barwa żółta jest efektem zawartości siarki, która jest produktem wulkanów. Tak, na Io podobnie jak na Ziemi znajdują się aktywne wulkany. „Voyager” był świadkiem wybuchu takiego wulkanu. Ten intensywny wulkanizm ciągle zmienia powierzchnię Io. Księżyc ten prawdopodobnie ma bardzo twarde jądro o promieniu 600 km.

Europa z kolei posiada niewielką aktywność powierzchniową. Księżyc ten przypomina swoim wyglądem olbrzymie strusie jajo, mocno popękane, o szczelinach przykrytych warstwą lodu.

Równie fascynujący jest wygląd Ganimedesa. Powierzchnia jego ukazuje strefy ciemnych plam, rozdzielonych przez jasne pręgi tworzące coś w rodzaju kanałów. Kratery pochodzenia wulkanicznego lub meteorytowego są bardzo liczne w strefach ciemnych i na ogół wypełnione lodem. Sądzi się, że wnętrze Ganimedesa zbudowane jest z krzemianów, które pokrywa warstwa lodu.

Callisto w przeciwieństwie do wcześniej wymienionych księżyców jest ciałem o wyglądzie bardziej klasycznym. Posiada dużą liczbę kraterów, w czym przypomina Księżyc. Jest jednak od niego ciemniejszy. Wiele kraterów wypełnionych jest lodem.

•Saturn

Saturn jest szóstą według oddalenia od Słońca planetą Układu Słonecznego. Jest on kolejnym gazowym olbrzymem. Saturn jest otoczony pięknymi pierścieniami, które można zaobserwować z Ziemi już przez mały teleskop. Planeta ma barwę mlecznobiałą. Masa planety jest 75 razy większa od masy Ziemi, a więc Saturn musi mieć bardzo małą gęstość, gdyż Jowisz o mało większych rozmiarach posiada masę 320 razy większą od masy Ziemi. I tak w rzeczywistości jest, Saturn jest obiektem o najmniejszej gęstości w Układzie Słonecznym. Jego gęstość wynosi zaledwie 0,7g/cm3. To jest nieprawdopodobne, ale gdyby Saturna umieścić w wodzie to nie zatonąłby lecz pływałby po jej powierzchni. Długość promienia równikowego wynosi ok. 60000 km. Spłaszczenie Saturna jest nieco większe niż Jowisza, ale spowodowane również szybkim ruchem wirowym. Obrót wokół własnej osi zajmuje Saturnowi ok. 10 godzin. Saturn krąży po własnej orbicie w odległości ponad 1,4 mld km od Słońca. Jeden obieg dookoła Słońca zajmuje mu ok. 29 lat.

Atmosfera i warstwy wewnętrzne mają wiele podobieństw do atmosfery Jowisza. Różnice dotyczą natomiast wewnętrznego źródła ciepła i składu warstw zewnętrznych atmosfery. Wewnątrz planety znajduje się twarde jądro o promieniu 15000 km, złożone z krzemianów, lodu i metali. Nad jądrem znajduje się warstwa o grubości 10000 km zbudowana z atomowego wodoru i helu. Dalej znajduje się inna warstwa o grubości 5000 km. Zewnętrzną warstwę o grubości 30000 km tworzy wodór, gazowy hel oraz zanieczyszczenia będące cięższymi pierwiastkami. Saturn posiada troposferę i stratosferę. Ponad nimi znajduje się obłok wodoru, który całkowicie otacza planetę. Podobnie jak na Jowiszu i tu występuje system równoległych pasów.

Saturn niewątpliwie posiada najpiękniejszy układ pierścieni w całym Układzie Słonecznym. Z Ziemi można rozróżnić tylko trzy systemy tychże pierścieni, które rozdzielone są przerwami Cassiniego i Enckego. Jednak sondy z serii „Voyager” wykryły większą liczbę takich systemów. Pierścienie tworzą rodzaj dysku leżącego w odległości od 7000 do 40000 km od planety. System pierścieni ma niewielką grubość bo wynosi ona zaledwie ok. 1 kilometra. Pierścienie zbudowane są z systemu wielu odłamków skalnych oraz tzw. brudnego lodu czyli zamarzniętego pyłu w wodzie. Do tej pory znanych jest 18 satelitów Saturna. Największym z nich jest Tytan o promieniu 2600 km, który krąży w odległości 1,2 mln km od planety.

Saturn nie jest tylko pięknym obiektem na niebie, ale również bardzo rozbudowanym systemem składającym się z samego Saturna, satelitów krążących dookoła niego oraz całego rozbudowanego systemu pierścieni, które dają przepiękny widok tejże planety.

Podstawowe informacje o Saturnie:

Średnia odległość od Słońca9,54 j.a.
Najkrótsza odległość od Ziemi 8,01 j.a.
Średnia prędkość orbitalna9,6 km/s
Okres obrotu wokół osi10h 14min.
Okres obiegu wokół Słońca29,46 lat
Średnica120000 km
Masa (masa Ziemi = 1)95,2
Średnia temperatura na powierzchni-180oC
Siła ciążenia (siła ciążenia Ziemi = 1) 1,15
Liczba naturalnych satelitów 18
Liczba naturalnych pierścieni ponad 1000
Najważniejsze gazy w atmosferzewodór, hel

oSatelity Saturna

Wyróżnia się 18 satelitów Saturna. Największy z nich to Tytan o promieniu 2600 km. Księżyc ten obiega Saturna w 16 dni, w odległości 1,2mln km. Sześć innych głównych satelitów Saturna to: Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea, Iapetus. Wszystkie one mają promień o długości od 200 do 750km, a ich głównym składnikiem jest lód. Przeważnie ich powierzchnię pokrywają kratery (wyjątkiem jest Enceladus) po uderzeniach meteorytów.

Enceladus jest interesujący, ponieważ posiada niezwykłą aktywność tektoniczną, dlatego małą liczbę kraterów tłumaczy się wylewami lawy o nie wyjaśnionym jeszcze pochodzeniu. Jak dotąd nie poznano też źródła wewnętrznej energii Enceladusa.

Tytan zasługuje na szczególną wzmiankę ze względu na fakt posiadania atmosfery. Jego masa wynosi 1,4×1023 kg, czyli 2% masy Ziemi i gęstość 1,9g/cm3 . Atmosfera Tytana jest dość duża, natomiast ciśnienie przy powierzchni wynosi 1,6 atmosfery. Osłaniające Tytana chmury o ciemnej barwie-pomarańczowej i niebieskiej-zbudowane są z azotu, argonu i metanu. Temperatura na powierzchni wynosi –180oC. Na Tytanie znajdują się również wielkie ilości lodu.

•Uran

Uran jest siódmą według oddalenia od Słońca planetą Układu Słonecznego. Jest on trzeci spośród czterech gazowych olbrzymów. Został on odkryty w 1871r. przez Fredericka Williama Herschela. Uran zaskakuje nas tym, że jako jedyna planeta Układu Słonecznego posiada oś, która znajduje się w płaszczyźnie ruchu obiegowego wokół Słońca, a pierścienie, które posiada są prostopadłe do tej płaszczyzny. Oznacza to, więc, że Uran wiruje leżąc na boku. Pory roku trwają, więc na nim po „pół roku”, czyli po 42 lata. Strefa zimna, czyli odwrócona od Słońca posiada temperaturę od –271oC do –268oC (2 do 5K), natomiast strefa ciepła, zwrócona ku Słońcu posiada temperaturę –213oC. Uran obiega Słońce w odległości prawie 3 mld km (2,871 mld km). Obieg taki zajmuje mu 84 lata. Obrót wokół własnej osi zajmuje mu ok. 17 godzin, dzięki czemu ma on mniejsze spłaszczenie niż Jowisz i Saturn. Masa planety jest piętnaście razy większa od masy Ziemi, zaś gęstość wynosi 1,2g/cm3 . Promień planety ma długość ok. 26200 km.

Atmosfera Urana składa się głównie z wodoru i helu. Obraz jego powierzchni jest mniej kolorowy od powierzchni Jowisza i Saturna. Planeta posiada niebieskozielonkawą barwę, którą zawdzięcza zawartości metanu w atmosferze. We wnętrzu Urana wyróżnia się trzy strefy: gorące jądro o promieniu 7500 km, złożone z żelaza i krzemianów. Następnie płaszcz o grubości 10000 km zbudowany z lodu, wody, metanu i amoniaku. Najbardziej powierzchniowa warstwa planety to powłoka zbudowana z helu, wodoru i metanu. Uran w przeciwieństwie do Jowisza i Saturna nie posiada wewnętrznego źródła energii.

W okresie od 1977r. odkryto dziewięć pierścieni otaczających Urana. Sonda „Voyager” potwierdziła istnienie dotychczasowych i odkryła jeszcze dwa. Te jedenaście pierścieni zawartych jest pomiędzy 41800 a 51200 km od planety. Uran posiada 17 satelitów naturalnych.

Podstawowe informacje o Uranie:

Średnia odległość od Słońca19,18 j.a.
Najkrótsza odległość od Ziemi 17,28 j.a.
Średnia prędkość orbitalna6,8 km/s
Okres obrotu wokół osi16h 10min.
Okres obiegu wokół Słońca84,01 lat
Średnica50800 km
Masa (masa Ziemi = 1)14,6
Średnia temperatura na powierzchni-210oC
Siła ciążenia (siła ciążenia Ziemi = 1) 1,17
Liczba naturalnych satelitów17
Liczba naturalnych pierścieni 9
Najważniejsze gazy w atmosferzewodór, hel, metan

oSatelity Urana

Pięć głównych księżyców Urana to: Miranda, Ariel, Umbriel, Titania i Oberon. Wszystkie one były znane już od dawna. „Voyager 2” odkrył jednak dwanaście kolejnych satelitów tej planety oraz dostarczył informacji o morfologii dotychczasowych.

Miranda posiada powierzchnię naznaczoną licznymi dolinami, szczelinami, kanionami, falezami.

Na powierzchni Oberona i Umbriela można zaobserwować kratery o promieniu od 56 do 100km. Tak wielkie kratery mogą być skutkiem kolizji z fragmentami komety.

•Neptun

Neptun jest ósmą według oddalenia od Słońca planetą Układu Słonecznego. Został on odkryty w 1846r. przez Johanna Gallego. O tej planecie nie wiedzieliśmy prawie nic aż do 25 sierpnia 1989r., kiedy to sonda „Voyager” zbliżyła się do Neptuna na odległość 4850 km. Jest on najbardziej oddalonym gazowym olbrzymem. Znajduje się w odległości 4,5mld km od Słońca. Jeden obieg dookoła Słońca zajmuje mu blisko 165 lat, natomiast jeden obrót wokół własnej osi trwa ok. 18 godzin. Jego promień wynosi ok. 24700 km. Masa Neptuna jest równa 17 masom Ziemi, a jego gęstość wynosi 1,7g/cm3.

Inne cechy zbadane przez „Voyagera” zbliżają tę planetę do Jowisza. Na Neptunie zaobserwowano ciemne plamy, a zwłaszcza jedną, bardzo zbliżoną rozmiarami do rozmiarów Ziemi. Jest to pewnego rodzaju sztorm, gdyż wiatry na Neptunie wieją z prędkością dochodzącą do 1600 km/h. Są to zarazem najsilniejsze wiatry w całym Układzie Słonecznym. Obszar tego sztormu został nazwany Wielką Ciemną Plamą. Jednak kilka lat później z obserwacji wynikało, że sztorm ten zniknął, a pojawił się już następny na półkuli północnej. Podobnie jak Jowisz i Saturn planeta ta posiada również wewnętrzne źródło energii
Atmosfera Neptuna jest podobna w składzie do atmosfery Urana. Zawiera, więc ona głównie wodór i hel oraz metan, który nadaje niebieską barwę planecie. Nad Neptunem znajdują się wypiętrzone, wstęgowe chmury zawieszone na wysokości około 70 kilometrów ponad główną warstwą chmur siarkowodorowych.

I tak jak wszystkie gazowe olbrzymy Neptun jest otoczony pierścieniami. Ich istnienie potwierdził dopiero „Voyager”, gdyż wcześniej sądzono, że są to tylko pierścieniowe łuki. Sonda nie tylko dostarczyła zdjęć Neptuna. Odkryła ona również sześć kolejnych satelitów planety, gdyż dotychczas znano tylko dwa: Trytona i Nereidę.

Neptun jest, więc ostatnim z gazowych olbrzymów, za nim znajduje się już tylko mały, skalisty i lodowy Pluton.

Podstawowe informacje o Neptunie:

Średnia odległość od Słońca30,06 j.a.
Najkrótsza odległość od Ziemi 28,8 j.a.
Średnia prędkość orbitalna5,4 km/s
Okres obrotu wokół osi18h 26min.
Okres obiegu wokół Słońca164,8 lat
Średnica48500 km
Masa (masa Ziemi = 1)17,2
Średnia temperatura na powierzchni-220oC
Siła ciążenia (siła ciążenia Ziemi = 1) 1,2
Liczba naturalnych satelitów8
Liczba naturalnych pierścieni 4
Najważniejsze gazy w atmosferze wodór, hel, metan

oSatelity Neptuna

Do czasu misji „Voyager 2” znano tylko dwa księżyce Neptuna.

Pierwszym z nich i zarazem większym był Tryton o masie i promieniu zbliżonych do Księżyca. Tryton posiada prawie kolistą orbitę o niewielkim promieniu 360000km. Obiega ją w ciągu 6 dni. Dzięki badaniom wiadomo, że księżyc ten posiada atmosferę o grubości 10km. Powierzchnia Trytona jest bogata w azot i metan.

Drugi z dwóch znanych wcześniej księżyców to Nereida odkryta w 1949r.. Ma ona 300 kilometrowy promień, a jej półoś wielka orbity ma długość 5,5mln km. Czas obiegu tej orbity równa się rokowi ziemskiemu.

W czasie swojej misji „Voyager 2” odkrył kolejnych sześć satelitów o bardzo małych rozmiarach.

•Pluton

Pluton jest ostatnią, dziewiątą według oddalenia od Słońca planetą Układu Słonecznego. Został on odkryty dopiero w 1930r. przez astronoma amatora. Był nim Clyde Tombaugh. Niektórzy sądzą, że Pluton nie jest planetą i coraz częściej jest on zestawiany z Neptunem, ponieważ sądzi się, że w przeszłości mógł być on jego księżycem. Pluton posiada jeszcze jedną bardzo charakterystyczną cechę. Jego orbita jest dużo bardziej nachylona w stosunku do płaszczyzny ekliptyki niż orbity innych planet, bo kąt jej nachylenia wynosi 17o. Kolejną dziwną cechą Plutona jest to, że jego orbita przecina orbitę Neptuna, a peryhelium Plutona jest bliższe Słońca (4,43 mld km) niż peryhelium Neptuna (4,46 mld km). Wynika, więc z tego, że Pluton przez pewien okres czasu nie jest najdalszą planetą w Układzie Słonecznym. I tak było w latach 1979-1999 kiedy to najdalszą planetą był Neptun, gdyż Pluton poruszał się wewnątrz jego orbity. Ze względu na małe rozmiary i odległość nie zna się dokładnych wymiarów Plutona. Jego promień równikowy wynosi prawdopodobnie ok. 1150 km. Masa tej planety zawiera się pomiędzy 7×1021 a 2x1025g i wynosi ona kilka procent masy Ziemi. Jeden obieg dookoła Słońca zajmuje Plutonowi ponad 248 lat, natomiast obrót wokół własnej osi trwa ok. 6,4 doby ziemskiej.

Powierzchnia Plutona złożona jest w dużej części z zamarzniętego metanu. Dopiero niedawno odkryto, że Pluton ma satelitę. Nadano mu nazwę Charon. Opis Charona w dziale”Księżyce”. Mimo, że Kosmiczny Teleskop Hubble`a dostarczył nowych zdjęć planety, to Pluton jest jednak najsłabiej zbadaną planetą Układu Słonecznego, ponieważ nie dotarła do niego jeszcze żadna sonda kosmiczna. NASA planowała wystrzelenie w 2004r. sondy „Pluto Kuiper Express”, lecz przełożyła to na późniejszy termin.

Podstawowe informacje o Plutonie:

Średnia odległość od Słońca39,36 j.a.
Najkrótsza odległość od Ziemi 28,72 j.a.
Średnia prędkość orbitalna4,7 km/s
Okres obrotu wokół osi6dni 9h
Okres obiegu wokół Słońca247,7 lat
Średnica5995km
Masa (masa Ziemi = 1)0,002 – 0,003
Średnia temperatura na powierzchni-220oC
Siła ciążenia (siła ciążenia Ziemi = 1) nieznana
Liczba naturalnych satelitów8
Liczba naturalnych pierścieni 4
Najważniejsze gazy w atmosferzemetan

oSatelity Plutona

Pluton ma jednego satelitę, którym jest Charon. Został on odkryty dopiero niedawno, bo w 1978r.. Znany jest rząd wielkości jego promienia (1000 km) i orbity wokół planety (20000 km).

3.2.Inne ciała niebieskie:

•Planetoidy

Używając zależności liczbowej Bodego, znanej pod nazwą teorii Titiusa-Bodego nietrudno jest zauważyć brak jednej planety pomiędzy Marsem a Jowiszem. Znajdować się ona powinna w odległości 420mln km od Słońca.

W 1801 roku włoski astronom Giuseppe Piazzi odkrył właśnie w takiej odległości niedużą planetę o średnicy 1000km. Piazzi obiekt ten nazwał Ceres, od imienia bogini rolników. Odkrycie tej planety zdawało się wypełniać lukę jaką tworzyła teoria Titiusa-Bodego. Dość szybko zauważono jednak inne drobne ciała krążące po orbicie między Marsem a Jowiszem. Były to między innymi: Pallas (1802r.), Junona (1804r.) i Westa (1807r.). Do tej pory odkryto już tak wiele planetoid, że nie sposób je nazywać. Tysięczna planetoida nosi nazwę Piazza.

Obecnie każdego roku odkrywa się kilkadziesiąt nowych planetoid. Wszystkie planetoidy są jednak tak małe, że ich łączna masa nie przekracza dwukrotnej masy Ceres. Zajmują one w większości orbity pomiędzy 2,2 a 2,3 jednostki astronomicznej. Są jednak od tego wyjątki np. Ikar ma orbitę najmniejszą bo 1,08 jednostki astronomicznej, planetoidy z rodziny Apolla mają orbitę bliską Ziemi, a Eros i Adonis krążą w pobliżu Słońca, najbardziej oddalona jest Hilda (4 j.a.) i planetoidy trojańskie (5 j.a.). Między planetoidami występują jednak przerwy, które zostały nazwane przerwami Kirkwooda. Nie występują tu żadne obiekty. Przyczyną ich powstania są prawdopodobnie perturbacje grawitacyjne.

Wymiary planetoid są różne, od 1 kilometra aż do 1070 km w przypadku Ceres. Obiekty te posiadają też różną jasność, która zależy od ich wielkości jak i pozycji względem układu Ziemia – Słońce. Wyróżnia się planetoidy jasne, oraz takie które należą do najciemniejszych obiektów w Układzie Słonecznym. Różnica ta jest spowodowana ich różnym składem mineralnym. Planetoidy jasne składają się z krzemianów, natomiast ciemne zbudowane są z minerałów o dużej zawartości wody i węgla.

Różnice te pozwalają podzielić planetoidy na kilka klas:

Klasa C odpowiada planetoidom ciemnym. W jej skład wchodzi 60% wszystkich planetoid. Występują one na ogół na obrzeżu pasa planetoid.

Klasa S gromadząca 30% znanych planetoid składa się przeważnie z ciał krzemianowych z domieszką żelazo – niklową.

Klasa M to pozostałe 10% planetoid zbudowanych w całości z metalu (żelazo i nikiel).

Są dwie hipotezy co do powstania planetoid. Pierwsza mówi, że w przeszłości istniała planeta, która w wyniku uderzenia jakiegoś ciała rozpadła się na tysiące małych fragmentów. Druga mówi, że gdy tworzyły się planety to wszystkie powstały w wyniku połączenia drobnych ciał. W miejscu pasa planetoid do połączenia takiego nie doszło bo oddziaływały tu duże siły grawitacyjne, których skutki widzimy w postaci przerw Kirkwooda.

•Komety

Komety pochodzą z najbardziej odległych rejonów Układu Słonecznego i nie zmieniły się od czasu swego powstania. Najbardziej znaną kometą jest kometa Halleya, która była badana w 1910r., a później w czasie powrotu w roku 1986. Kometa ta była znana już w starożytności. Najstarsza wzmiank na jej temat pochodzi z 240r. p.n.e. Kometa Halleya zawdzięcza swą nazwę angielskiemu astronomowi Edmundowi Halley`owi, który w 1682r. pierwszy wyjaśnił naukowo pojawienie się komety, stosując przy tym teorię grawitacji Newtona. Dzięki tym obliczeniom przewidział on kolejny powrót komety na początek 1759 roku. Podczas kolejnych powrotów kometa była badana przez następnych astronomów. W 1986 roku zorganizowano kilka misji kosmicznych by zbadać właściwości chemiczne i fizyczne komety. Były to sonda “Giotto” wysłana przez ASE, która przeleciała 600km od jądra komety, oraz radzieckie sondy “Vega 1″ i “Vega 2″, które przeleciały w odległości 5000 i 10000 km od komety.

Orbita komety Halleya ma formę bardzo wydłużonej elipsy nachylonej do płaszczyzny ekliptyki pod kątem 18o. Peryhelium komety jest odległe o 0,59 j.a od Słońca, natomiast aphelium jest porównywalne do odległości Neptuna i wynosi 35,33 j.a. Orbity wszystkich znanych nam komet są wydłużonymi elipsami bądź parabolami lub jeszcze rzadziej hiperbolami. Wszystkie te komety krążą wokół Słońca po mocno wydłużonych elipsach. Dzięki temu znajdują się one raz blisko a raz daleko od Słońca przelatując przy tym przez różne części Układu Słonecznego. Kometa lecąc po orbicie znacznie zmienia swój wygląd, gdy zbliża się do Słońca rozwija swój długi ogon, który pojawia się na skutek odparowywania materii jądra pod wpływem promieniowania słonecznego. Długość takiego ogona może wynosić nawet kilkadziesiąt milionów kilometrów. W skład ogona komety wchodzą dwa składniki: niebieskawa plazma i drobny pył. W czasie kiedy kometa jest daleko od Słońca zmniejsza się do ciemnej kuli o średnicy 10km. Gdy kometa jest w pobliżu Słońca można zauważyć jej centralną część, która świeci i jest zwana głową. Niebieski kolor plazmy pochodzi od dodatniego jonu CO. Ogony komet zwrócone są przeważnie w stronę przeciwną do Słońca. Ich powstawanie jest skutkiem dwóch procesów, część materii z jądra paruje lub sublimuje tworząc gaz lub pył. Proces ten jest aktywowany w wyniku podgrzewania podczas gdy kometa zbliża się do Słońca. Słońce produkuje również zjonizowany gaz zwany wiatrem słonecznym, który zderza się z kometą i koncentruje się za jądrem w kierunku przeciwnym do Słońca. Po kilkuset przelotach dookoła Słońca komety wyparowują całkowicie gdyż parowanie nie może trwać wiecznie. Zaobserwowano już takie zniknięcie komety- Westa, która rozpadła się na kawałki. Sondy “Giotto” i “Venera” potwierdziły, że komety posiadają porowatą strukturę, a więc składają się z twardego jądra (głównie z krzemianów i lodu) z licznymi lukami wypełnionymi gazem uwalniającym się w miarę sublimacji lodu.

Komety pochodzą z pogranicza Układu Słonecznego. Jest to najprawdopodobniej ogromny obszar któremu nadano nazwę Obłoku Oorta. Obszar ten jest ogromny, ponieważ ma formę pierścienia sięgającego od 15 jednostek kosmicznych od Słońca aż do 50000 tychże jednostek. Siłą, która wyrywa je z obłoku są perturbacje grawitacyjne wywołane ruchem ciał sąsiadujących ze Słońcem.

4.Czas astronomiczny

Upływ czasu można mierzyć ruchem ciał. Pierwsze metody pomiaru czasu, jakich używali ludzie, opierały się właśnie na obserwacjach ruchu Ziemi, Słońca, Księżyca i gwiazd.

Lata, miesiące i dni

Czas gwiazdowy oblicza się wyznaczając pozycję Ziemi wzglądem gwiazd stałych. Rok oblicza się na podstawie położenia orbity ziemskiej względem peryhelium (minimalnej odległości Ziemi od Słońca). Czasy zwrotnikowe oznaczają okresy pozornego przejścia Słońca i rzeczywistego przejścia Księżyca przez płaszczyznę ziemskiego równika. Miesiąc synodyczny opiera się na pełnym cyklu faz Księżyca. Czas słoneczny (używany np. do wyznaczania średniej doby słonecznej) opiera się na średniej rocznej okresów dnia i nocy.

Czas DniGodzinyMinuty Sekundy
Rok gwiazdowy3656910
Rok 36561353
Rok zwrotnikowy 36554845
Miesiąc gwiazdowy2774311
Miesiąc zwrotnikowy277435
Miesiąc synodyczny2912443
Średnia doba słoneczna02400
Doba gwiazdowa023564

5.Bibliografia

Podręczna Mini Encyklopedia – zestaw podstawowych informacji
Encyklopedia multimedialna PWN – Czas, przestrzeń, materia
Wielka Internetowa Encyklopedia Multimedialna – WIEM
http://kosmos01.w.interia.pl/
http://alphabeta.prv.pl/
http://rgalaktyk.w.interia.pl/
http://www.wiw.pl/astronomia/
http://www.solar.po.opole.pl/

W załączniku znajdują sie ilustracje.

Posted in Uncategorized | Leave a comment