Η σκοτεινή ύλη + ΒΙΝΤΕΟ του Κωνσταντίνου Αθ. Οικονόμου

 

Η σκοτεινή ύλη + ΒΙΝΤΕΟ

του Κωνσταντίνου Αθ. Οικονόμου

 

Προσομοίωση σκοτεινού ουρανού [ ερευνητικό κέντρου Oak Ridge - ΗΠΑ]

 ΓΕΝΙΚΑ: Στην αστρονομία, η σκοτεινή ύλη είναι ένας υποθετικός τύπος ύλης που συνεισφέρει κατά πολύ μεγάλο ποσοστό στη συνολική μάζα του σύμπαντος. Η σκοτεινή ύλη δε μπορεί να παρατηρηθεί από τηλεσκόπια. Δεν εκπέμπει ούτε απορροφά φως ή άλλη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε σημαντικό βαθμό. Αντίθετα, η ύπαρξη και οι ιδιότητές της βασίζονται στις βαρυτικές επιδράσεις πάνω στην ορατή ύλη, και τη μεγάλης κλίμακας δομή του σύμπαντος. Σύμφωνα με την ερευνητική αποστολή Planck και σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model of Cosmology), η συνολική ύλη-ενέργεια του σύμπαντος περιέχει 4.9% συνηθισμένη ύλη, 26.8% σκοτεινή ύλη και 68.3% σκοτεινή ενέργεια. Αντιλαμβανόμαστε λοιπόν ότι η σκοτεινή ύλη συνεισφέρει κατά 84.5% στη συνολική ύλη και κατ 26.8%στο συνολικό περιεχόμενο του σύμπαντος

ΤΡΟΠΟΙ ΕΝΤΟΠΙΣΜΟΥ: Η ύπαρξή της σκοτεινής ύλης μπορεί να διαπιστωθεί από τα βαρυτικά αποτελέσματα στην ορατή ύλη, όπως τους αστέρες και τους γαλαξίες. Η υπόθεση της σκοτεινής ύλης έχει στόχο να εξηγήσει διάφορες αστρονομικές παρατηρήσεις που δεν συμφωνούν με τη θεωρία για τη βαρύτητα, όπως ανωμαλίες στην ταχύτητα περιστροφής των αστέρων στις ακραίες περιοχές των γαλαξιών. Η ταχύτητα αυτή είναι μεγαλύτερη από το αναμενόμενο, πράγμα που εξηγείται είτε με την παραδοχή ότι η θεωρία μας για τη βαρύτητα είναι λάθος είτε με τη θεώρηση της ύπαρξης μιας μεγάλης ποσότητας μάζας που δεν μπορούμε να δούμε. Η ύπαρξη της σκοτεινής ύλης θα έλυνε ένα πλήθος προβλημάτων συνέπειας στη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης [Μπιγκ Μπαγκ].

ΜΕΓΕΘΟΣ ΤΗΣ ΣΚΟΤΕΙΝΗΣ ΥΛΗΣ: Αν η σκοτεινή ύλη υπάρχει πραγματικά, υπερβαίνει σημαντικά σε μάζα το ορατό μέρος του σύμπαντος. Σύμφωνα με τα πρόσφατα αποτελέσματα του διαστημικού τηλεσκοπίου Planck μόλις το 4.9% της συνολικής μάζας του σύμπαντος μπορεί να γίνει άμεσα ορατό. Περίπου το 26.8% υπολογίζεται ότι αποτελείται από σκοτεινή ύλη. Το υπόλοιπο 68.3% αποτελείται από σκοτεινή ενέργεια, ένα ακόμα υποθετικό, πιο περίεργο στοιχείο, διάσπαρτο στο διάστημα, το οποίο πιθανότατα δεν μπορεί να λογιστεί με τη μορφή συνήθων σωματιδίων. Ο καθορισμός της φύσης αυτής της “χαμένης” μάζας είναι ένα από τα πιο σημαντικά προβλήματα της σύγχρονης κοσμολογίας.

ΠΡΩΤΑ ΔΕΔΟΜΈΝΑ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΩΝ: Η ιστορία ξεκίνησε το 1933, όταν ο αστρονόμος Fritz Zwicky μελετούσε την κίνηση μακρινών σμηνών γαλαξιών, συγκεκριμένα το Σμήνος της Κόμης και το Σμήνος της Παρθένου. Ο Zwicky υπολόγισε τη μάζα του κάθε γαλαξία του σμήνους βασισμένος στη λαμπρότητα του, κι άθροισε όλες τις γαλαξιακές μάζες για να υπολογίσει τη συνολική μάζα του σμήνους. Στη συνέχεια βρήκε ένα δεύτερο υπολογισμό ανεξάρτητο της συνολικής μάζας, που βασίστηκε στη μέτρηση των ατομικών ταχυτήτων των γαλαξιών του σμήνους. Προς μεγάλη του έκπληξη, αυτός ο δεύτερος υπολογισμός δυναμικής μάζας ήταν 400 φορές πιο μεγάλος από τον υπολογισμό που βασιζόταν στο φως των γαλαξιών!

   

Η Σκοτεινή ύλη αποτελεί το 23% του Σύμπαντος

      ΕΠΑΛΗΘΕΥΣΕΙΣ: Αν και τα πειραματικά δεδομένα ήταν ήδη σημαντικά την εποχή του Zwicky, μόνο από τη δεκαετία του '70 οι επιστήμονες άρχισαν να μελετούν συστηματικά αυτή τη διαφορά. Εκείνη την περίοδο η ύπαρξη της σκοτεινής ύλης άρχισε να λαμβάνεται σοβαρά υπ' όψιν. Η ύπαρξη τέτοιας ύλης δεν θα είχε μόνο επιλύσει την έλλειψη μάζας στα σμήνη γαλαξιών, αλλά θα επέλυε και προβλήματα σχετικά με την εξέλιξη και τη μοίρα του ίδιου του Σύμπαντος. Ένα ακόμη παρατηρησιακό δεδομένο της λογικής συνοχής της σκοτεινής ύλης προκύπτει από τις καμπύλες περιστροφής των σπειροειδών γαλαξιών. Οι σπειροειδείς γαλαξίες περιλαμβάνουν έναν τεράστιο πληθυσμό αστέρων που διαγράφουν τροχιές σχεδόν κυκλικές γύρω από το γαλαξιακό κέντρο. Όπως ισχύει για τις τροχιές των πλανητών, αναμένεται ότι οι αστέρες με μεγαλύτερες γαλαξιακές τροχιές έχουν μικρότερες τροχιακές ταχύτητες [συμπέρασμα του λεγόμενου 3ου νόμου του Κέπλερ]. Στην πραγματικότητα, ο τρίτος νόμος του Κέπλερ εφαρμόζεται μονάχα σ' αστέρες που βρίσκονται κοντά στην περιφέρεια ενός σπειροειδούς γαλαξία, εφόσον προϋποθέτει σταθερότητα της μάζας που περιλαμβάνει η τροχιά. Οι αστρονόμοι έχουν ωστόσο διεξάγει παρατηρήσεις των τροχιακών ταχυτήτων των αστέρων στην περιφέρεια μεγάλου αριθμού σπειροειδών γαλαξιών, και σε καμία περίπτωση δεν ακολουθήθηκε ο τρίτος νόμος του Κέπλερ. Αντί να μειώνονται σε μεγάλες ακτίνες, οι τροχιακές ταχύτητες παραμένουν απόλυτα σταθερές, γεγονός που υποδηλώνει ότι η μάζα που περιλαμβάνει η τροχιά μεγάλης ακτίνας αυξάνεται, κι αυτό ισχύει για αστέρες που βρίσκονται στα όρια του γαλαξία. Αν και βρίσκονται κοντά στα άκρα του φωτεινού τμήματος του γαλαξία, το τμήμα αυτό έχει περίγραμμα μάζας που φαινομενικά συνεχίζει πολύ πέρα από τις περιοχές στις οποίες κυριαρχούν αστέρες! Θα έπρεπε, αν ο γαλαξίας αποτελείτο μόνο από ορατή ύλη, οι αστέρες του που βρίσκονται κοντά στην περιφέρεια ενός σπειροειδούς γαλαξία, με τροχιακές ταχύτητες της τάξης των 200 χλμ/δευτ., θα τον εγκατέλειπαν σε σύντομο χρονικό διάστημα, δεδομένου ότι οι τροχιακές ταχύτητες τους είναι τέσσερις φορές πιο μεγάλες από την ταχύτητα διαφυγής από το γαλαξία. Όμως, ουδέποτε παρατηρήθηκαν γαλαξίες που έχουν διασκορπιστεί με τέτοιο τρόπο. Συνεπώς, στο εσωτερικό τους πρέπει να υπάρχει μάζα την οποία δεν λαμβάνουμε υπ' όψιν όταν αθροίζουμε όλα τα τμήματα που μπορούμε να δούμε.

Βιβλιογρ. Trimble, V. (1987). "Existence and nature of dark matter in the universe". Annual Review of Astronomy and Astrophysics 25.

ΤΟ ΣΧΕΤΙΚΟ ΒΙΝΤΕΟ ΕΔΩ: 

Το Διάστημα: τι είναι; +ΒΙΝΤΕΟ από τον Κωνσταντίνο Αθ. Οικονόμου

 

Το Διάστημα: τι είναι; +ΒΙΝΤΕΟ

Του Κωνσταντίνου Αθ. Οικονόμου δασκάλου - συγγραφέα

Το Νότιο Σέλας από το διάστημα

ΟΡΙΣΜΟΣ: Διάστημα είναι ο αχανής χώρος όπου κινούνται τα ουράνια σώματα ή αλλιώς οι σχετικά κενές περιοχές μεταξύ των ουρανίων σωμάτων, πέρα από τις ατμόσφαιρές τους. Αντιθέτως με ό,τι πιστεύεται, το διάστημα δεν είναι εντελώς άδειο, δηλαδή απόλυτα κενό, αλλά εμφανίζει ελάχιστη περιεκτικότητα σε σωματίδια κυρίως πλάσματος υδρογόνου, ενώ περιέχει ακόμα φωτόνια [μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας] και νετρίνα¹ απειροελάχιστης μάζας. Ακόμη, στο διάστημα βρίσκονται γαλαξίες και νεφελώματα, που αποτελούν μόλις το 5% της πραγματικής μάζας του σύμπαντος! Το υπόλοιπο 95% αποτελείται από σκοτεινη ύλη και σκοτεινή ενέργεια, η ύπαρξη των οποίων μένει ανεπιβεβαιώτη. Οι ανθρώπινες δραστηριότητες σχετίζονται κυρίως με τη μελέτη των ουράνιων σωμάτων και των ιδιοτήτων του διαστήματος, στο επίπεδο του Ηλιακού μας Συστήματος, όπως με την αποστολή επανδρωμένων ή μη αποστολών στο διάστημα.

ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ: Το εξώτερο διάστημα βρίσκεται πολύ κοντά στο απόλυτο κενό [perfect vacuum]. Ουσιαστικά, δεν παρουσιάζει τριβή ή αντίσταση στην κίνηση, επιτρέποντας έτσι στα ουράνια σώματα να διατηρούν ανεμπόδιστα τις τροχιές τους. Ωστόσο, ακόμα και στα βάθη του διαστήματος υπάρχουν λίγα διάσπαρτα άτομα υδρογόνου ανά κυβικό μέτρο, [σύμφωνα με θεωρίες μόλις 1 άτομο υδρογόνου/κ.μ.!]. Αξίζει να σημειώσουμε ότι η γήινη ατμόσφαιρα στην επιφάνεια της θάλασσας, περιέχει 10²⁵ μόρια/κ.μ. [10.000.000.000.000.000.000.000.000 μόρια = 10 επτάκις εκατομμ.!!]. Η πυκνότητα του διαστήματος είναι τόσο ελάχιστη, ώστε ακόμα και οι ακτινοβολίες μπορούν να ταξιδεύουν τεράστιες αποστάσεις χωρίς αντίσταση και χωρίς να εκτραπούν! Έτσι, η ελεύθερη, ανεμπόδιστη διαδρομή ενός φωτονίου στο διαγαλαξιακό διάστημα, φτάνει τα 10²³ χιλιόμετρα ή 10 δισεκατομμύρια έτη φωτός!!!!

ΟΡΙΑ: Δεν υπάρχει σαφές όριο ανάμεσα στην γήινη ατμόσφαιρα και το διάστημα. Αυτό οφείλεται στο ότι η ατμοσφαιρική πυκνότητα μειώνεται σταδιακά με την αύξηση του ύψους και στα πολύ μεγάλα ύψη απομένουν λίγα διάσπαρτα μόρια ύλης, τα οποία αναμιγνύονται με την ροή των σωματιδίων του Ηλιακού ανέμου. Συνεπώς, δεν υπάρχει εμφανές όριο όπου «λήγει» η ατμόσφαιρα και αρχίζει το διάστημα. Για πρακτικούς λόγους πάντως, υπάρχουν κάποια συμβατικά επιστημονικά όρια. Έτσι η Δ. Ο. Αεροναυτικής όρισε το ύψος των 100 χλμ. (62 μίλια) ως τον πρακτικό ορισμό του διαχωρισμού μεταξύ Αεροναυτικής και Αστροναυτικής. Ο λόγος είναι ότι πάνω από τα 100 χιλιόμετρα η ατμόσφαιρα είναι τόσο αραιή, ώστε για να μπορούσε ένα σκάφος να επιτύχει δυναμική άνωση από τον ατμοσφαιρικό αέρα, θα έπρεπε να αναπτύξει ταχύτητα μεγαλύτερη από την κανονική που χρειάζεται για να μπει σε σταθερή τροχιά. Δηλαδή, λόγω της ελάχιστης πυκνότητας του αέρα, η δυναμική άνωση της ατμόσφαιρας δεν θα μπορούσε πλέον να το «σηκώσει» σε αεροναυτικές ταχύτητες. Το όριο είχε προβλεφθεί από τον Th. Kármán και φέρει το όνομα αυτό προς τιμήν του. Για την επιστροφή στη Γη, η NASA χρησιμοποιεί τα 76 μίλια (122 χιλιόμετρα) ως επίσημο όριο έναρξης επανεισόδου στην ατμόσφαιρα, διότι εκεί η αντίσταση της ατμόσφαιρας αρχίζει να γίνεται αισθητή, αναγκάζοντας τους χειριστές να περάσουν από τον χειρισμό με τους μικρούς ανασχετικούς πυραύλους ρύθμισης πορείας στο διάστημα, στον άμεσο έλεγχο της κατεύθυνσης μέσα στην ατμόσφαιρα. Ας δούμε τις διαστημικέ ςπεριοχές.

ΓΕΩΔΙΑΣΤΗΜΑ: Είναι η περιοχή του διαστήματος κοντά στη Γη και περιλαμβάνει τα ανώτερα στρώματα της γήινης ατμόσφαιρας, την Ιονόσφαιρα και τη Μαγνητόσφαιρα. Εντός του Γεωδιαστήματος βρίσκονται και οι ζώνες ακτινοβολίας Van Allen². Αν και το Γεωδιάστημα γενικώς πληρεί τα κριτήρια ορισμού του διαστήματος, η πυκνότητα στα ανώτερα στρώματα της γήινης ατμόσφαιρας, δηλαδή στις πρώτες εκατοντάδες χιλιόμετρα πάνω από την γραμμή Kármán (ύψος 100 χλμ.), μπορεί να προκαλέσει αντίσταση στους τεχνητούς δορυφόρους. Όσοι περιφέρονται σε τέτοιες τροχιές, ενεργοποιούν τα συστήματα προώθησής τους κάθε λίγες μέρες, προκειμένου να διατηρήσουν την τροχιά σε σταθερό ύψος. Στο Γεωδιάστημα υπάρχουν αραιά ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια, η κίνηση των οποίων καθορίζεται από το γήινο μαγνητικό πεδίο. Στη διάρκεια ισχυρών μαγνητικών καταιγίδων, τα σωματίδια αυτά αλληλεπιδρούν με τα σωματίδια του Ηλιακού ανέμου. Αυτή η αλληλεπίδραση, λόγω του βομβαρδισμού των υψηλών ατμοσφαιρικών στρωμάτων από ηλεκτρόνια που προέρχονται από ρεύματα φορτισμένων σωματιδίων από τον Ήλιο, προκαλεί το φαινόμενο που είναι γνωστό ως Σέλας [βόρειο ή νότιο].

ΔΙΑΠΛΑΝΗΤΙΚΟ ΔΙΑΣΤΗΜΑ: είναι το διάστημα γύρω από τον ήλιο και τους πλανήτες του. Τα εξωτερικά όριά του καθορίζονται από τον Ηλιακό άνεμο (στον οποίον έχουμε αναφερθεί σε άλλο άρθρο μας), που δημιουργεί μία εξαιρετικά αραιή ατμόσφαιρα, την Ηλιόσφαιρα. Η πυκνότητα του Ηλιακού ανέμου υπολογίζεται στα 5 – 10 πρωτόνια/κ.εκ. και η ταχύτητα του ανέμου στα 350-400 χλμ/δευτερ., αν και σπανίως φτάνει ακόμα και τα 800 χλμ/δευτ., όταν ο Ήλιος παρουσιάζει έντονη δραστηριότητα. Το διαπλανητικό διάστημα φτάνει έως την Ηλιόπαυση, όπου δίνει τη θέση του στους ανέμους του διαστρικού διαστήματος, με αποτέλεσμα η Ηλιόπαυση [περίπου 100 αστρονομικές μονάδες (AU) μακριά από τον ήλιο] να θεωρείται και το όριο λήξης του Ηλιακού Συστήματος.

ΔΙΑΣΤΡΙΚΟ ΔΙΑΣΤΗΜΑ: είναι το διάστημα μέσα σε έναν γαλαξία, το οποίο δεν καταλαμβάνεται από αστέρες ή πλανήτες. Περιέχει διαστημική σκόνη, διάφορα ιόντα, υποατομικά σωματίδια, κοσμική ακτινοβολία και διαστημικά αέρια. Κάποιες περιοχές του διαστρικού διαστήματος εμφανίζουν υψηλή πυκνότητα αερίων και σκόνης, σχηματίζοντας τα νεφελώματα, που είναι “μαιευτήρια” νέων αστέρων! Σημειώνουμε ότι και στο διαστρικό διάστημα παρατηρούνται αστρικοί άνεμοι, αντίστοιχοι του ηλιακού.

ΔΙΑΓΑΛΑΞΙΑΚΟ ΔΙΑΣΤΗΜΑ [ΜΕΣΟΓΑΛΑΞΙΑΚΟ]: είναι το διάστημα ανάμεσα σε γαλαξίες. Αυτό είναι σχεδόν άδειο από διαστημική σκόνη και είναι η καλύτερη φυσική προσέγγιση του απόλυτου κενού. Η θερμοκρασία του διαστήματος αυτού υπολογίζεται σε μόλις 2,73 °Κ (−270,4 °C). Μέσα σε μεγάλα σμήνη γαλαξιών, όπως το Σμήνος της Παρθένου, το “κοντινότερο” σε εμάς (60 περίπου εκατομμύρια έτη φωτός μακριά), το διαγαλαξιακό διάστημα καταλαμβάνεται από ένα ιδιαίτερα αραιό υλικό μέσο, το πλάσμα³, ανιχνεύσιμο από εκπομπές ακτίνων Χ. Το πλάσμα αυτό ονομάζεται διαγαλαξιακό μέσο (intergalactic medium/IGM) και αποτελείται κυρίως από ιονισμένο υδρογόνο. Η πυκνότητα του IGM θεωρείται ότι κυμαίνεται από 10 έως 100 άτομα υδρογόνου/κ.μ.

Από το πρόγραμμα Νέστωρ

1. Το νετρίνο είναι ένα πολύ ελαφρύ σωματίδιο χωρίς ηλεκτρικό φορτίο, που προτάθηκε από τον Αυστριακό φυσικό Βόλφ. Πάουλι. Τα νετρίνα παρατηρήθηκαν δεκαετίες μετά την πρόταση του Πάουλι. Είναι σωματίδια που αλληλεπιδρούν ασθενώς με την ύλη, συνεπώς είναι πολύ δύσκολο να παρατηρηθούν. Έτσι, χρησιμοποιούνται ειδικές πειραματικές διατάξεις, [τηλεσκοπια νετρίνων], τοποθετημένες βαθιά μέσα σε εγκαταλειμμένα ορυχεία ή στον πυθμένα της θάλασσας, [όπως στο ελληνικό πρόγραμμα Νέστωρ στο βαθύτερο σημείο της Μεσογείου (Φρέαρ Οινουσσών), ανοικτά των μεσηνιακών ακτών] προκειμένου να μην επηρεάζονται από την κοσμική ακτινοβολία.

2. Οι ζώνες Βαν Άλεν αποτελούνται από σωματίδια μεγάλου ηλεκτρικού φορτίου που παγιδεύτηκαν από το γήινο μαγνητικό πεδίο. Κάθε τέτοια ζώνη έχει το σχήμα ενός πελώριου δακτυλιδιού και που η μία βρίσκεται στο εσωτερικό της άλλης. Το δε ισχυρότερο τμήμα της εσωτερικής ζώνης βρίσκεται γύρω στα 3.200 χλμ. από το έδαφος. Η προέλευσή της πιθανολογείται ότι οφείλεται στην ακτινοβολιακή δράση του Ήλιου, ενώ η ύπαρξη της εξωτερικής ζώνης κρίνεται πως έχει κοσμική καταγωγή. Η ισχυρότερη περιοχή της δεύτερης βρίσκεται γύρω στα 16.000 χλμ. πάνω από τον Ισημερινό της Γης.

3. Πλάσμα ονομάζεται η κατάσταση της ύλης στην οποία αυτή δεν λαμβάνει συγκεκριμένο όγκο και σχήμα που να οφείλεται στην ίδια, και επιπλέον τα ηλεκτρικά φορτισμένα ατομικά της σωματίδια (ιόντα και ηλεκτρόνια), βρίσκονται ελεύθερα και όχι σε δεσμούς. Ένας ορισμός θεωρεί το πλάσμα μορφή αερίου, ενώ άλλος το κατατάσσει ως την τέταρτη κατάσταση της ύλης (οι άλλες είναι στερεή, υγρή, αέρια). Το πλάσμα σχηματίζεται όταν ένα αέριο γίνει πολύ θερμό με αποτέλεσμα ηλεκτρόνια να “δραπετεύσουν” από το άτομό τους και να γίνουν ελεύθερα. Το πλάσμα είναι επομένως ελεύθερα ηλεκτρόνια και ιόντα (άτομα ή μόρια που έχουν χάσει ή αποκτήσει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια).

ΤΟ ΒΙΝΤΕΟ ΕΔΩ: 

Τυφώνες [γενικά στοιχεία]+ ΒΙΝΤΕΟ του Κωνσταντίνου Αθ. Οικονόμου δασκάλου – συγγραφέα

 

Τυφώνες [γενικά στοιχεία]+ ΒΙΝΤΕΟ

του Κωνσταντίνου Αθ. Οικονόμου δασκάλου – συγγραφέα

   

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ: Ένα μετεωρολογικό φαινόμενο ιδιαίτερα φοβερό στις τροπικές ζώνες, ο τυφώνας, είναι ένας μηχανισμός της φύσης ασύλληπτης δύναμης. Οι άνεμοι πού τον συνοδεύουν μπορούν να ξεπερνούν τΑ 300 χιλιόμετρα την ώρα, οπότε κατανοούμε το μέγεθος των δυνάμεων πού ασκεί στο διάβα του και τα δυνητικά καταστροφικά αποτελέσματα. Άλλωστε και το όνομά του, «τυφών», δανεισμένο από την ελληνική μυθολογία αντικατοπτρίζει τις φοβερές ιδιότητές του. Σύμφωνα με την ελληνική μυθολογία, ο Τυφών, γιος της Γαίας και του Ταρτάρου και σύντροφος της Έχιδνας, ήταν τέρας με μορφή ανθρώπου και θηρίου μαζί. Είχε 100 κεφάλια και γλώσσες. Φωτιά εκτοξευόταν απ’ τα μάτια του ενώ φοβερές κραυγές βγαίναν απ' τα σωθικά του. Ο τυφών, για να επανέλθουμε στη Μετεωρολογία, είναι τύπος τροπικού κυκλώνα (χαμηλό βαρομετρικό), ειδικού δηλαδή καιρικού συστήματος με έντονες καταιγίδες και καθορισμένη επιφανειακή κυκλοφορία, με φορά σύμφωνη με την κίνηση των δεικτών του ρολογιού. Γεννιέται συνήθως στις τροπικές περιοχές του νοτίου ημισφαιρίου [Νότια του Ισημερινού και Βόρεια του τροπικού του Αιγόκερω].

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ: Οι τυφώνες ταξινομούνται σε 5 κατηγορίες, ανάλογα με τις ταχύτητες των ανέμων που τους συνοδεύουν, με την κατηγορία 1 να έχει τους ασθενέστερους ανέμους (74-95 μίλια την ώρα) και την κατηγορία 5 τους ισχυρότερους (πάνω από 155 μίλια την ώρα). Όταν η ταχύτητα των ανέμων ξεπερνά τα 39 μίλια την ώρα στον κυκλώνα αποδίδουν ένα όνομα πού περιλαμβάνεται σε 6 καταλόγους ονομάτων πού συντάσσει Διεθνές Συνέδριο Μετεωρολόγων. Παλαιότερα για την απόδοση ονόματος χρησιμοποιούσαν την ημέρα πού συνέβαινε. Π.χ. ο τυφών που κτύπησε το Πουέρτο Ρίκο στις 13/9/1876 πήρε το όνομα του εορτάζοντος αγίου της μέρας, Σαν Φελίπε. Αργότερα, στη διάρκεια του Β΄ Παγκοσμίου Πολέμου, καθιερώθηκαν μόνο γυναικεία ονόματα. Από το 1978 όμως καθιερώθηκαν νέοι κατάλογοι πού περιλαμβάνουν και αρσενικά ονόματα.

  ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ: Συνήθως οι τυφώνες δημιουργούνται καλοκαίρι – φθινόπωρο για τις τροπικές περιοχές του Ατλαντικού ωκεανού, με κορύφωση τα μέσα Αυγούστου έως τέλη Οκτωβρίου. Προηγούνται των τυφώνων πάντα ατμοσφαιρικές διαταραχές πάνω από θερμά νερά, πού οφείλονται σε τροπικά κύματα πού έρχονται από τις ακτές της Αφρικής και στην σύγκρουση ανέμων πού πνέουν από αντίθετες κατευθύνσεις προσδίδοντας περιστροφική και ανοδική κίνηση στον αέρα. Αλλά και ψυχρά μέτωπα υπό ορισμένες προϋποθέσεις μπορούν να προκαλέσουν τυφώνα. Ας δώσουμε ένα παράδειγμα: Τα θερμά επιφανειακά νερά του ωκεανού [τουλάχιστον 26 βαθμοί Κελσίου μέχρι βάθους 50 μέτρων] τροφοδοτούν με θερμότητα και υγρασία τον αέρα της περιοχής που έχει συνήθως χαμηλές πιέσεις και γενικότερη αστάθεια. Ο αέρας με τη σειρά του αρχίζει να ανεβαίνει. Καθώς η υγρασία συμπυκνώνεται σε σταγόνες, πρόσθετη ενέργεια εκλύεται, πού ενισχύει την ανάπτυξη κατακόρυφης ανάπτυξης νεφών. Οι κορυφές των καταιγιδοφόρων αυτών νεφών ανυψώνονται περισσότερο στην ατμόσφαιρα με αυξανόμενη ταχύτητα.

 Η ανοδική αυτή κίνηση του αέρα μοιάζει με καμινάδα πού «ρουφά» τον αέρα στο εσωτερικό της και τον σπρώχνει προς τα πάνω. Οι ασθενείς άνεμοι που επικρατούν ψηλά δεν διαλύουν τις καταιγίδες αλλά διευκολύνουν την ενίσχυσή τους. Οι άνεμοι κοντά στην επιφάνεια, υποβοηθούμενοι από την περιστροφή της Γης, παίρνουν μορφή έλικας και, όπως στις τουρμπίνες η στροβίλωση του αέρα επιταχύνει την κίνησή του, έτσι και στο εσωτερικό της «καμινάδας», επιταχύνεται η ανοδική κίνηση. Τότε περισσότεροι υδρατμοί προσροφούνται και ωθούνται προς τα πάνω με νέα έκλυση θερμικής ενέργειας και περαιτέρω ενίσχυση της βιαιότητας των ανέμων. Έτσι, καθώς εξελίσσεται το φαινόμενο, η δύναμή του αυξάνει ραγδαία, καθώς τροφοδοτείται συνεχώς με υδρατμούς ενώ η εξασθένησή του αρχίζει, όταν σταματήσει αυτή η τροφοδοσία. Αυτό θα συμβεί όταν ο τυφώνας μετακινηθεί σε ψυχρά νερά ή εγκαταλείψει την θάλασσα και διασχίσει ηπειρωτικές περιοχές. Η ξηρά, εκτός του ότι στερεί τον τυφώνα από τά “καύσιμά” του δηλαδή τους υδρατμούς, επί πλέον του περιορίζει την επιφανειακή κυκλοφορία με το φαινόμενο της τριβής. Τα στάδια του τυφώνα κατά σειρά είναι: α΄το χαμηλό βαρομετρικό (tropical depression), β΄ η τροπική θύελλα (tropical Storm Fran) και γ΄ ο τυφώνας (Hurricane). Η θύελλα γίνεται τυφώνας όταν οι συνοδοί άνεμοι ξεπεράσουν τά 74 μίλια την ώρα [119 χλμ/ώ]. Σ’ αυτή τη φάση σχηματίζεται και το περίφημο «μάτι του κυκλώνα». Επειδή στο κέντρο του συστήματος ο αέρας βυθίζεται γρήγορα, στεγνώνει από τους συμπυκνωμένους υδρατμούς, ξηραίνεται και θερμαίνει την περιοχή. Έτσι, έχουμε το εξής παράδοξο: ενώ η ευρύτερη περιοχή μαίνεται από λυσσώδεις ανέμους που μπορούν να ξεπερνούν τα 360 χιλιόμετρα την ώρα, ξεσηκώνοντας γιγαντιαία κύματα, ενώ σφοδρότατη βροχόπτωση μαστιγώνει ανελέητα την αγριεμένη θάλασσα, στο κέντρο αυτής της «κόλασης», μια μικρή ζώνη απολαμβάνει ανέφελη ηρεμία, υπό το φύσημα μιας μικρής αύρας! Αυτό είναι το «μάτι του κυκλώνα» διαμέτρου 35 – 75 χιλιόμετρων!

  ΑΛΛΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΟΥ ΤΥΦΩΝΑ: Επεκτείνοντας την ανατομία ενός τυφώνα, εκτός από το μάτι, διακρίνουμε τις ζώνες βροχόπτωσης (rainbands) και την περιοχή-τοίχο (eyewall) μεταξύ ματιού και ζωνών βροχόπτωσης. Ο αέρας κινείται ελικοειδώς, χαμηλά αριστερόστροφα ενώ στις πάνω περιοχές δεξιόστροφα. Στο καθαυτό κέντρο, όπως αναφέραμε, ο αέρας βυθίζεται σχηματίζοντας το μάτι. Η περιοχή πού περιβάλλει το μάτι μοιάζει με πυκνό στερεό τοίχο (Eyewall) και απαρτίζεται από πυκνά νέφη. Στα σημεία αυτά του τοίχου εμφανίζονται οι ισχυρότεροι άνεμοι του συστήματος. Οι ζώνες βροχόπτωσης εκτείνονται σε εκατοντάδες χιλιόμετρα από το κέντρο. Στον τυφώνα Andrew's, για παράδειγμα, [1992], έφτασε μόνο τα 185 χιλιόμετρα ενώ στον τυφώνα Gilbert [1988] ξεπέρασε τα 900 χιλιόμετρα! Δηλαδή ένας τυφώνας μπορεί να εκτείνεται σε περιοχή πού φτάνει ή ξεπερνά τα 1000 χιλιόμετρα. Η ζωή του μπορεί να διαρκεί περισσότερο από δύο εβδομάδες πάνω απ’ τον ωκεανό, ενώ μπορεί να “ταξιδέψει” σε ολόκληρη την ακτή του Ατλαντικού. Όμως, η έκταση πού καταλαμβάνει δεν είναι ασφαλές κριτήριο για την ένταση ενός τυφώνα. Έτσι ο τυφώνας Andrew, πού ήταν ο καταστρεπτικότερος τυφώνας του 20ου αιώνα, καταλάμβανε μικρή σχετικά έκταση. Η ταχύτητα και η διαδρομή πού ακολουθεί ο τυφώνας εξαρτάται από τις περίπλοκες αλληλεπιδράσεις του ωκεανού με την ατμόσφαιρα καθώς και τις αλληλεπιδράσεις με άλλα καιρικά συστήματα πού υπάρχουν στην περιοχή καθιστώντας δύσκολη κάθε πρόβλεψη. Η ταχύτητα μετακίνησής του πάντως είναι τάξης πολλών δεκάδων χιλιομέτρων την ώρα. Σημαντικό είναι να γνωρίζουμε ακόμη ότι η δεξιά πλευρά του τυφώνα, καθώς αυτός κινείται, είναι η πλέον επικίνδυνη λόγω της ενίσχυσης των ανέμων από την ατμοσφαιρική κυκλοφορία. Έτσι, στη δεξιά πλευρά του τυφώνα καθώς αυτός κινείται, οι άνεμοι έχουν σχεδόν διπλάσια ταχύτητα.

  ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ-ΜΕΛΕΤΗ: Οι τυφώνες παρακολουθούνται με διάφορα μέσα, όπως δορυφόρους, πλοία, αεροπλάνα, ραδιοβολίδες, ραντάρ και επίγειους σταθμούς παρατήρησης. Όλες οι συλλεγόμενες πληροφορίες, οδηγούνται σε μεγάλους υπολογιστές όπου διαμορφώνονται μαθηματικά μοντέλα εξομοίωσης του τυφώνα, για περαιτέρω μελέτη αυτών με σκοπό την αύξηση των επιστημονικών γνώσεων, αλλά και για την πρόβλεψη της γέννησης και της πορείας τυφώνων. Με τις μελέτες αυτές δεν έχει διαπιστωθεί περιοδικότητα των τυφώνων, ούτε έχουν επινοηθεί τρόποι μακροχρόνιας πρόβλεψης, δηλαδή πού και πότε θα κτυπήσει τυφώνας. Επομένως οι περιοχές πού συνήθως πλήττονται θα εξακολουθούν να υφίστανται τις συνέπειες που εκδηλώνονται με θύελλες, ισχυρούς ανέμους, κατακλυσμιαίες βροχοπτώσεις, πλημμύρες και ανεμοστροβίλους. Τά συνήθη αποτελέσματα, βέβαια, είναι εκτεταμένες καταστροφές σε περιουσιακά στοιχεία αλλά και ανθρώπινες απώλειες, ανάλογα με την κατηγορία του τυφώνα αλλά και με την περιοχή πού τον υφίσταται, αφού ελευθερώνεται ενέργεια ισοδύναμη έκρηξης πολλών ατομικών βομβών. Οι περισσότερες ανθρώπινες απώλειες οφείλονται στην τεράστια ποσότητα υδάτων που πέφτουν στις παράκτιες περιοχές ωθούμενες από τους ανέμους. Ο φονικότερος τυφώνας ήταν του 1970 στο δέλτα του Γάγγη στο Μπαγκλαντές, όπου 1.000.000 άνθρωποι έχασαν τη ζωή τους. Η ίδια περιοχή επλήγη ξανά το 1991 με 138.000 νεκρούς. Ακολουθεί πίνακας με την ταξινόμηση των τυφώνων σύμφωνα με την κλίμακα Saffir/Simpson.

Κατηγορία 1: Άνεμοι: 74-95 μίλια/ώρα [119-152 χλμ/ώ.]. Καμμιά ζημιά στις οικοδομές. Μικροζημιές σε μη στερεωμένα κινητά σπίτια, θάμνους και δέντρα, μικροπλημμύρες σε παράκτιες περιοχές με μικρές ζημιές.

Κατηγορία 2: Άνεμοι: 96-110 μίλ./ώ [153-176 χλμ/ώ]. Ζημιές σε υλικά οροφών, πόρτες και παράθυρα. Σημαντικές ζημιές σε βλάστηση, κινητά σπίτια, κλπ. Ζημιές από πλημμύρες σε αποβάθρες.

Κατηγορία 3: Άνεμοι: 111-130 μίλ./ώ [177-210 χλμ/ω.]. Μερικές ζημιές στη δομή μικρών κατοικιών και βοηθητικές εγκαταστάσεις. Η παράκτια πλημμύρα καταστρέφει μικρές κατασκευές και τα επιπλέοντα συντρίμμια καταστρέφουν μεγαλύτερες. Μπορεί να υπάρξουν εκτεταμένες ζημίες και στην ενδοχώρα.

Κατηγορία 4: Άνεμοι: 131-155 μίλ./ώ [211-243 χλμ/ώ.]. Περισσότερες ζημιές με πιθανές καταρρεύσεις μικρών κατοικιών. Μεγαλύτερες καταστροφές στις παραλίες. Πλημμύρες εκτεταμένες.

Κατηγορία 5: Άνεμοι: από 155 μίλ./ώ και πάνω [πάνω από 244 χλμ/ώ]. Πλήρεις καταστροφές σε κατοικίες και βιομηχανικά κτίρια. Μεγάλες καταστροφές από πλημμύρες κυρίως σε χαμηλά σπίτια. Η εκκένωση περιοχών είναι πολύ πιθανή.

Konstantinosa.oikonomou@gmail.com

ΤΟ ΒΙΝΤΕΟ ΕΔΩ: 

Οι Μαύρες τρύπες [α΄ μέρος] του Κωνσταντίνου Αθ. Οικονόμου δασκάλου - συγγραφέα

 

Οι Μαύρες τρύπες [α΄ μέρος]

του Κωνσταντίνου Αθ. Οικονόμου δασκάλου - συγγραφέα

   Μαύρη τρύπα είναι μια συγκέντρωση μάζας σημαντικά μεγάλης ώστε η δύναμη της βαρύτητας να μην επιτρέπει σε οτιδήποτε να ξεφεύγει από αυτή. Το βαρυτικό της πεδίο είναι τόσο δυνατό, ώστε η ταχύτητα διαφυγής κοντά του ξεπερνά την ταχύτητα του φωτός!! Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ότι τίποτα, ούτε καν το φως, δεν μπορεί να ξεφύγει από τη βαρύτητα της μαύρης τρύπας, γι' αυτό και ονομάστηκε «μαύρη». Ο όρος (black hole=μαύρη τρύπα) είναι διαδεδομένος και επινοήθηκε [1967] από τον Αμερικανό αστροφυσικό John Wheeler. Δεν αναφέρεται σε τρύπα με τη συνήθη έννοια (οπή), αλλά σε μια περιοχή του χώρου, από την οποία τίποτα δεν μπορεί να επιστρέψει. Μία «μαύρη τρύπα» είναι το σημείο εκείνο όπου κάποτε υπήρχε ο πυρήνας ενός γιγάντιου άστρου, ένας πυρήνας που περιείχε περισσότερα υλικά από 3 ηλιακές μάζες και ο οποίος στην τελική φάση της εξέλιξης του άστρου έχασε τη μάχη ενάντια στη βαρύτητα, με αποτέλεσμα τα υλικά του να καταρρεύσουν συμπιεζόμενα περισσότερο ακόμα και από τα υλικά ενός αστέρα νετρονίων. Για να αντιληφθούμε καλύτερα την πυκνότητα μιας Μαύρης Τρύπας, ας φανταστούμε [κάτι το αδύνατον] ότι αν η Γη συμπιεζόταν ολόκληρη στο μέγεθος ενός κερασιού, ή ο Όλυμπος στο μέγεθος ενός ατόμου, θα είχαν μετατραπεί σε «μαύρες τρύπες»!

ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ: Οι μαύρες τρύπες προβλέπονται από τη λεγόμενη Θεωρία της Σχετικότητας, η οποία προβλέπει ότι σχηματίζονται οποτεδήποτε συγκεντρώνεται σε ένα δεδομένο χώρο επαρκής ποσότητα μάζας, μέσω της διαδικασίας της βαρυτικής κατάρρευσης. Όσο η μάζα μέσα σε μία συγκεκριμένη περιοχή μεγαλώνει, η δύναμη της βαρύτητας γίνεται ισχυρότερη τόσο, ώστε ο χώρος γύρω της παραμορφώνεται όλο και εντονότερα. Όταν η ταχύτητα διαφυγής¹ σε μια συγκεκριμένη απόσταση από το κέντρο φθάσει την ταχύτητα του φωτός, σχηματίζεται ο λεγόμενος ορίζοντας γεγονότων² μέσα στον οποίο ύλη και ενέργεια καταρρέουν σε ένα μοναδικό σημείο. Οι αστρονόμοι οδηγήθηκαν στην πρόβλεψη ότι ένας 3πλάσιας του Ηλίου μάζας αστέρας, στο τέλος της εξέλιξής του, σχεδόν σίγουρα θα συρρικνωθεί μέχρι το κρίσιμο εκείνο μέγεθος που χρειάζεται για να υποστεί βαρυτική κατάρρευση. Μόλις αρχίσει η κατάρρευση, δεν φαίνεται να μπορεί να διακοπεί από καμία φυσική δύναμη και σχηματίζεται αστέρας νετρονίων [μιλήσαμε σε προηγούμενο άρθρο]. Αν η μάζα του είναι ακόμα πιο μεγάλη, τελικά σχηματίζεται μαύρη τρύπα.

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ-ΔΟΜΗ: Σύμφωνα με την κλασική γενική σχετικότητα, ούτε ύλη ούτε πληροφορίες μπορούν να κινηθούν από το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας προς έναν εξωτερικό παρατηρητή. Έτσι, δεν μπορεί κάποιος να πάρει δείγμα του υλικού της ή να δεχτεί την ανάκλαση από μια φωτεινή πηγή ούτε να πάρει πληροφορίες για το υλικό από το οποίο αποτελείται η μαύρη τρύπα! Τα μόνα χαρακτηριστικά που διατηρεί στη “μνήμη” η μαύρη τρύπα είναι η μάζα και το φορτίο της απορροφημένης ύλης. Το καθοριστικό χαρακτηριστικό μιας μαύρης τρύπας είναι η εμφάνιση ενός ορίζοντα γεγονότων σε ένα όριο στο χωροχρόνο μέσα από το οποίο η ύλη και το φως μπορεί να περάσει μόνο προς το εσωτερικό της μαύρης τρύπας. Τίποτα, ούτε καν το φως, δεν μπορεί να δραπετεύσει από το εσωτερικό του ορίζοντα γεγονότων. Αν κάτι συμβεί εντός των ορίων του ορίζοντα γεγονότων, οι πληροφορίες από αυτό το γεγονός δεν μπορούν να φτάσουν σε ένα εξωτερικό παρατηρητή, καθιστώντας αδύνατο να προσδιοριστεί αν κάτι τέτοιο συνέβη! Όπως προβλέπεται από τη θεωρία της Σχετικότητας, η παρουσία μιας μεγάλης μάζας παραμορφώνει το χωροχρόνο, κατά τέτοιο τρόπο ώστε τα “μονοπάτια”, που αναγκαστικά “ακολουθούν” τα σωματίδια, “οδηγούν” προς τη μάζα. Κατά τον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας, η παραμόρφωση γίνεται τόσο ισχυρή που δεν υπάρχουν “οδοί” που να οδηγούν μακριά από τη μαύρη τρύπα. Αν η Μαύρη Τρύπα δεν περιστρέφεται, τότε γύρω της οριοθετείται ένας σφαιρικός ορίζοντας γεγονότων. Οι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες διαθέτουν στρεβλωμένους, μη σφαιρικούς ορίζοντες γεγονότων.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Επειδή από αυτές δεν μπορεί να διαφύγει ούτε το φως, οι μαύρες τρύπες δεν μπορούν συνεπώς να εκπέμψουν κανενός είδους φως ή άλλο στοιχείο που θα μπορούσε να επιβεβαιώσει την ύπαρξή τους. Παρ' όλα αυτά οι μαύρες τρύπες ανιχνεύονται με την μελέτη φαινομένων γύρω τους, όπως για παράδειγμα η βαρυτική διάθλαση και τα αστέρια που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από χώρο που δεν φαίνεται να υπάρχει εμφανής ύλη [προφανώς γύρω από Μαύρη Τρύπα]. Τα πιο εμφανή αποτελέσματα πιστεύεται ότι προέρχονται από ύλη που πέφτει μέσα σε μια μαύρη τρύπα, η οποία συγκεντρώνεται σε ένα υπέρθερμο και γρήγορα περιστρεφόμενο δίσκο [προσαύξησης] γύρω από τη μαύρη τρύπα, πριν εισέλθει σε αυτή. Η τριβή ανάμεσα σε γειτονικές ζώνες αυτού του δίσκου τον θερμαίνουν τόσο, ώστε να ακτινοβολεί μεγάλη ποσότητα ακτίνων Χ. Η ύπαρξη μαύρων τρυπών στο σύμπαν βεβαιώνεται από τις αστρονομικές παρατηρήσεις, τις μελέτες των σουπερνόβα και των ακτίνων Χ που εκπέμπουν οι γαλαξίες.

Θα συνεχίσουμε την ερχόμενη εβδομάδα με το τελευταίο μέρος του αφιερώματος.

konstantinosa.oikonomou@gmail.com

1. Ταχύτητα διαφυγής (escape velocity) χαρακτηρίζεται η ταχύτητα που υπερνικά την ενάντια δράση. Στην Αστρονομία, ως ταχύτητα διαφυγής χαρακτηρίζεται η ελάχιστη αρχική ταχύτητα που θα πρέπει να αναπτύξει ένα σώμα προκειμένου να υπερνικήσει τη βαρυτική έλξη που δέχεται αυτό στην επιφάνεια ενός ουρανίου σώματος. Για να διαφύγει από τη βαρύτητα ενός ουράνιου σώματος ένας πύραυλος, π.χ., πρέπει να έχει κινητική ενέργεια που να ξεπερνά τη δυναμική του ενέργεια μέσα στο βαρυτικό πεδίο του ουράνιου σώματος.

2. Ο Ορίζοντας των Γεγονότων είναι το σημείο στον χωροχρόνο εντός του οποίου τα γεγονότα δεν μπορούν να επηρεάσουν τον παρατηρητή, καθώς η βαρύτητα ισοδυναμεί με καμπύλωση του χωροχρόνου. Είναι το "σημείο χωρίς επιστροφή", δηλαδή το σημείο στο οποίο η βαρυτική έλξη γίνεται τόσο δυνατή, ώστε κάθε διαφυγή γίνεται αδύνατη.

Αστέρες νετρονίων και Πάλσαρς + ΒΙΝΤΕΟ του Κωνσταντίνου Αθ. Οικονόμου

 

Αστέρες νετρονίων και Πάλσαρς + ΒΙΝΤΕΟ

του Κωνσταντίνου Αθ. Οικονόμου

  Ένας Αστέρας νετρονίων είναι μία από τις τρεις μορφές των τελικών υπολειμμάτων της εξέλιξης ενός αστέρα. Είναι, θα λέγαμε, είδος «αστρικού πτώματος» (τα άλλα δύο είναι ο λευκός νάνος και η μαύρη τρύπα). Ο αστέρας νετρονίων σχηματίζεται από τη βαρυτική κατάρρευση ενός αστέρα μεγάλης μάζας μετά από έκρηξη υπερκαινοφανούς. Οι αστέρες νετρονίων είναι πολύ μικροί για ουράνια ανίχνευση, αλλά βρέθηκε ότι οι θεωρητικές τους ιδιότητες αντιστοιχούν με τις παρατηρούμενες ιδιότητες των ραδιοπηγών πάλσαρ, που ανακάλυψαν οι [ραδιο]αστρονόμοι το 1967, και έκτοτε ταυτίσθηκαν με αυτές. Ο μέσος αστέρας νετρονίων έχει μεν μάζα ίση με 1,5-2 ηλιακές μάζες, αλλά η ακτίνα του κυμαίνεται από μόλις 10 ως 20 χλμ. Επομένως ο όγκος του είναι τρισεκατομμύρια φορές μικρότερος του ηλιακού [έτσι η πυκνότητα της ύλης του διαμορφώνεται από 80.000.000.000.000 (80 τρις) έως 2.000.000.000.000.000 (δύο τετράκις εκατομ.) γραμμάρια/κ.ε.!!!. Αλλιώς, το περιεχόμενο ενός κουταλιού του γλυκού από υλικό τέτοιων αστέρων θα ζύγιζε τουλάχιστον 80 εκατομ. τόνους!!!!]. Τέτοιες όμως τάξεις μεγεθών της πυκνότητας συναντώνται μέσα στους πυρήνες των ατόμων. Όμως, αυτό πραγματικά συμβαίνει στο εσωτερικό του αστέρα νετρονίων: Πρωτόνια και νετρόνια βρίσκονται σε επαφή, ενώ όλο το ουράνιο σώμα μπορεί να θεωρηθεί ένας τεράστιος ατομικός πυρήνας και τα περισσότερα ηλεκτρόνια ενώνονται με τα πρωτόνια, αλληλοεξουδετερωνόμενα, και μετατρέπονται σε νετρόνια, από όπου και το όνομα «αστέρας νετρονίων». Καθώς οι κεντρικές περιοχές ενός αστέρα μεγάλης μάζας συμπιέζονται σε μία έκρηξη υπερκαινοφανούς, και καταρρέουν βαρυτικά σε αστέρα νετρονίων, διατηρούν όλη σχεδόν τη στροφορμή τους με βάση την Αρχή Διατηρήσεως της Στροφορμής. Επειδή η τελική διάμετρος είναι πάρα πολύ μικρή, η ταχύτητα με την οποία περιστρέφεται ο αστέρας νετρονίων είναι εξαιρετικά υψηλή, φθάνοντας τις δεκάδες περιστροφές/sec. Ιλιγγιώδης, όμως, είναι και η ένταση του βαρυτικού πεδίου στην επιφάνειά του, 200 δισεκατομμύρια ως 3 τρισεκατομμύρια φορές ισχυρότερη από αυτή στην γήινη επιφάνεια! Εξαιτίας αυτής της βαρύτητας η ταχύτητα διαφυγής φτάνει στο μισό περίπου της ταχύτητας του φωτός. Τέλος, επειδή και το μαγνητικό πεδίο «παγώνει» μέσα στην καταρρέουσα ιονισμένη ύλη, η μαγνητική επαγωγή του στην επιφάνεια φθάνει τα 100 εκατομμύρια Τέσλα, περίπου 5 τρισεκατομμύρια φορές αυτή του γήινου μαγνητικού πεδίου!

Η ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΥΛΗΣ: Η κατανόηση της δομής των αστέρων νετρονίων στηρίζεται σε μαθηματικά πρότυπα Θεωρητικής Φυσικής, αφού είναι αδύνατο να διεξαχθεί ανάλογο πείραμα πάνω στη Γη. Η ύλη στην επιφάνεια του αστέρα πρέπει να αποτελείται από συνηθισμένους πυρήνες και ηλεκτρόνια διάφορων στοιχείων. Η “περίπου” ατμόσφαιρα έχει πάχος περίπου ενός μέτρου(!) και εφάπτεται σε ένα στερεό «φλοιό». Προς το εσωτερικό, θα υπάρχουν πυρήνες με μεγάλους αριθμούς νετρονίων και πέρα από κάποιο σημείο και ελεύθερα νετρόνια. Στη Γη ένα ελεύθερο νετρόνιο είναι ασταθές σωμάτιο και διασπάται σε μερικά λεπτά της ώρας σε 1 πρωτόνιο και 1 ηλεκτρόνιο. Μόνο όταν βρίσκεται μέσα στον πυρήνα ενός ατόμου είναι σταθερό. Το ίδιο συμβαίνει και στο άστρο νετρονίων, το οποίο μπορεί να θεωρηθεί ολόκληρο ως ένας γιγαντιαίος ατομικός πυρήνας. Τα νετρόνια, όπως και τα πρωτόνια με τα ηλεκτρόνια εμποδίζονται να καταλάβουν την ίδια κβαντική κατάσταση στον ίδιο χώρο [φερμιόνια υπακοούοντα στη λεγόμενη Απαγορευτική Αρχή], πράγμα που ανεβάζει πολύ την κινητική τους ενέργεια και επομένως και την πίεση. Μέσα στους πυρήνες των ατόμων ο παράγοντας που προκαλεί τη συμπίεση στον ίδιο χώρο είναι η ισχυρή πυρηνική αλληλεπίδραση, ενώ στον αστέρα νετρονίων είναι η βαρύτητα. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, τα νετρόνια καθίστανται σταθερά. Στο εσωτερικό του αστέρα νετρονίων ωστόσο, οι ενέργειες είναι ακόμα υψηλότερες, εξαιτίας της βαρυτικής συμπίεσης. Για το λόγο αυτό, τα νετρόνια «διαρρέουν» έξω από τους ατομικούς πυρήνες κυκλοφορώντας ελεύθερα και τότε τα πρωτόνια καθίστανται ασταθή: ενώνονται με τα ηλεκτρόνια που συνωθούνται γύρω τους και δημιουργούν νετρόνια. Η ακριβής φύση της υπέρπυκνης ύλης στην κεντρική περιοχή δεν είναι ακόμα γνωστή. Ίσως, το κέντρο ενός αστέρα νετρονίων θα μπορούσε να περιέχει ένα υπερρευστό μίγμα νετρονίων με λίγα πρωτόνια και ηλεκτρόνια, ή ίσως περιλαμβάνει επίσης άλλα στοιχειώδη σωματίδια υψηλής ενέργειας [όπως πιόνια, καόνια ή ύλη κουάρκ]. Μέχρι τώρα οι παρατηρήσεις δεν δίνουν ενδείξεις, αλλά ούτε και αντενδείξεις για αυτές τις πιθανότητες. Επειδή οι αστέρες νετρονίων είναι πολύ μικροί, μόλις που μπορούν να ανιχνευθούν οι κοντινότεροι, και αυτοί μόνο στις ακτίνες Χ, από διαστημικές αποστολές [όπως ο ROSAT]. Αυτό όμως δεν μας διαφωτίζει σχετικώς με τη θερμοκρασία τους, επειδή η λεπτή ατμόσφαιρά τους μπορεί να είναι εξαιρετικά αδιαφανής σε τόσο ισχυρά μαγνητικά πεδία. Επομένως οι ανιχνευτές των ακτίνων Χ δεν «βλέπουν» την επιφάνεια αλλά την ατμόσφαιρα, και συνεπώς αγνοούν τη θερμοκρασία επιφανείας.

ΙΣΤΟΡΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ: Το 1932 ανακαλύφθηκε το νετρόνιο ως στοιχειώδες σωμάτιο [Τζ. Τσάντγουικ]. Το επόμενο έτος προτάθηκε η ύπαρξη των αστέρων νετρονίων [Μπάαντε-Τσβίκυ]. Αναζητώντας μια εξήγηση για τις εκρήξεις υπερκαινοφανών αστέρων προτάθηκε ότι ένα τέτοιο σώμα σχηματίζεται τότε, διότι η απελευθέρωση της βαρυτικής δυναμικής ενέργειας επαρκεί για να τροφοδοτήσει με ενέργεια μια τέτοια μεγαλειώδη έκρηξη. Πράγματι, αν τα εσωτερικά στρώματα αστέρα μεγάλης μάζας πριν τη βαρυτική κατάρρευση περιέχουν 3 ηλιακές μάζες, τότε μπορεί να δημιουργηθεί αστέρας νετρονίων μάζας 2 ηλιακών μαζών. Η υπόλοιπη μάζα αντιστοιχεί στη βαρυτική ενέργεια με βάση την περίφημη σχέση E=mc² και «ξοδεύτηκε» ως ενέργεια της εκρήξεως. Το 1967 η φοιτήτρια Τζ. Μπέλ ανακάλυψε το πρώτο πάλσαρ¹ και εκτότε χρειάσθηκαν λίγα μόνο χρόνια ώσπου να ταυτιστεί αυτό ως ταχέως περιστρεφόμενος, αστέρας νετρονίων. Η πηγή της ενέργειας των παλμών ραδιοκυμάτων ενός πάλσαρ είναι, τις περισσότερες φορές, η κινητική ενέργεια περιστροφής του αστέρα νετρονίων. Το 1971 ομάδα αστρονόμων ανακάλυψε παρόμοιας συχνότητας παλμούς (ένας ανά 4,8 δευτερόλεπτα) σε πηγή ακτίνων X στον αστερισμό Κενταύρου [Cen X-3]. Την ερμήνευσαν ως προερχόμενη από υπέρθερμο αστέρα νετρονίων. Η πηγή της ενέργειας σ' αυτόν είναι βαρυτική, αποτέλεσμα της πρόσπτωσης νέας ύλης πάνω στην επιφάνεια του αστέρα νετρονίων από έναν κοντινό αστέρα ή το διαστρικό χώρο.

ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗ: Οι αστέρες νετρονίων περιστρέφονται ταχύτατα μετά τη δημιουργία τους εξαιτίας της Αρχής Διατηρήσεως της Στροφορμής. Ο μέσος νεογέννητος αστέρας νετρονίων περιστρέφεται πάνω από 10 φορές το δευτερόλεπτο! Καθώς οι αιώνες περνούν, επιβραδύνεται η κίνησή του και η περιστροφική ενέργεια μετατρέπεται σε ραδιοκύματα με τη μεσολάβηση του μαγνητικού πεδίου, με μηχανισμό ακόμη άγνωστο. Αν όμως ο αστέρας ανήκει σε διπλό αστρικό σύστημα και δέχεται ύλη που αποσπά από το συνοδό αστέρα, μπορεί να επιταχύνει σημαντικά την περιστροφή του, καθώς η νέα ύλη σχηματίζει γύρω του ένα ταχύτατα περιστρεφόμενο δίσκο προσαύξησης.   

Ο πάλσαρ Βέλα, φωτογραφημένος στο μήκος κύματος
των ακτίνων Χ. Διακρίνεται δεξιά ο πίδακας ύλης από
τους πόλους
του άστρου.

  Δημιουργούνται έτσι οι λεγόμενοι "millisecond pulsars" με εκατοντάδες στροφές/sec. Ο ταχύτερα περιστρεφόμενος γνωστός αστέρας νετρονίων είναι, εν έτει 2013, ο [XTE J1739-285], με 1122 στροφές/sec. [Ο πρώτος εντοπίστηκε το 1982 με τη βοήθεια του γιγάντιου ραδιοτηλεσκοπίου του Αrecibο στο Πουέρτο Ρίκο και φέρει την ονομασία ΡSR 1937+21. Αυτός εκτελεί μία πλήρη περιστροφή γύρω από τον άξονά του μόλις σε 1,557 χιλιοστά του δευτερολέπτου(!), ενώ το πλέον εντυπωσιακό γεγονός είναι η μη επιβράδυνση της κίνησής του με την πάροδο του χρόνου]. Οι αστέρες νετρονίων ξεπερνούν σε ακρίβεια και τα τελειότερα ρολόγια. Παρότι η γενική τάση είναι η επιβράδυνση της περιστροφής, σε ορισμένες περιπτώσεις σημειώνεται μια σχεδόν στιγμιαία και απροσδόκητη επιτάχυνση. Αυτά τα επιταχυντικά γεγονότα ονομάζονται "glitches" (λέξη που σημαίνει «κολλήματα» ή «κλοτσήματα») και το καθένα μπορεί να μεταβάλει ανεπαίσθητα την περίοδο του αστέρα. Λίγες ημέρες αργότερα, ο αστέρας επαναλαμβάνει την κανονική του επιβράδυνση. Μία εξήγηση για τα glitches είναι ότι για κάποιο λόγο το υπερρευστό εσωτερικό και ο φλοιός υφίστανται μία σύζευξη και, καθώς το εσωτερικό περιστρεφόταν με σταθερή ταχύτητα κατά το προηγούμενο χρονικό διάστημα, ενώ ο φλοιός επιβραδυνόταν από το μαγνητικό πεδίο, αυτή η σύζευξη επιταχύνει τον φλοιό και άρα την παρατηρήσιμη περίοδο.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ: Το αντίστοιχο λήμμα της αγγλόγλωσσης Wikipedia.

Βασιλείου Ν. Μανιμάνη, «Τι συμβαίνει στο εσωτερικό ενός άστρου νετρονίων;», Περισκόπιο της Επιστήμης, τεύχος 310, Δεκέμβριος 2006.

Για περισσότερη μελέτη: [http://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/news/dozen_pulsars.htm]

θα δείτε επεξηγηματικά δυναμικές κινήσεις ομοιωμάτων (animation)

1. Από τη λέξη pulse=παλμός, προέρχεται και η ονομασία τους: pulsar=PULSating stAR=παλλόμενος αστέρας, ενώ καταγράφονται με το σύμβολο PSR ακολουθούμενο με την ορθή αναφορά τους εκφρασμένη σε χρόνο δευτερολέπτων. H κανονικότητα της εκπομπής ακτινοβολίας από τα άστρα αυτά, οδήγησε αρχικά στην εξέταση του ενδεχόμενου να πρόκειται για προσπάθειες εξωγήινων να επικοινωνήσουν με άλλους πολιτισμούς [αιώνιο “όνειρο” μερίδας αστρονόμων].

ΤΟ ΒΙΝΤΕΟ ΕΔΩ: 

Αστρονομικά φαινόμενα του Μαρτίου 2025 Εκλείψεις, βροχές διαττόντων αστέρων και «εξαφανίσεις»[!] δακτυλίων πλανητών! Από τον Κων/νο Οικονόμου

Αστρονομικά φαινόμενα του Μαρτίου 2025

Εκλείψεις, βροχές διαττόντων αστέρων και «εξαφανίσεις»[!] δακτυλίων πλανητών!

Από τον Κων/νο Οικονόμου

Όλα αυτά θα συμβούν τις προσεχείς 4 εβδομάδες.

 

  Φαινόμενο πρώτο είναι η λεγόμενη ''Ματωμένη Σελήνη'': Τη νύχτα της 13ης προς 14η Μαρτίου, οι φίλοι της Αστρονομίας στη βόρεια και νότια Αμερική, καθώς και σε περιοχές της Ευρώπης, της Αφρικής και της Ωκεανίας, θα έχουν την ευκαιρία να παρακολουθήσουν μια ολική έκλειψη Σελήνης, γνωστή και ως «Ματωμένο Φεγγάρι», λόγω της κόκκινης απόχρωσης που θα έχει η Σελήνη. Πότε όμως παρατηρείται η έκλειψη Σελήνης; Αυτό συμβαίνει όταν η Σελήνη, η Γη και ο Ήλιος ευθυγραμμίζονται, με τη Γη να βρίσκεται μεταξύ των δύο άλλων ουράνιων σωμάτων και να ρίχνει τη σκιά της πάνω στον φυσικό της δορυφόρο. Πάντως και στη σκιά της Γης η Σελήνη δεν είναι παντελώς σκοτεινή! Το φεγγάρι παίρνει ένα κοκκινωπό χρώμα, καθώς το ηλιακό φως φιλτράρεται μέσα από τη γήινη ατμόσφαιρα με αποτέλεσμα το μπλε φως να απορροφάται, ενώ το κόκκινο φως να συνεχίζει την πορεία του μέχρι να φτάσει στην επιφάνεια της Σελήνης. Το πόσο κόκκινο εμφανίζεται το φεγγάρι μπορεί να εξαρτηθεί από το πόση ρύπανση ή σύννεφα υπάρχουν στην ατμόσφαιρα. Αυτή η έκλειψη είναι η πρώτη ολική έκλειψη Σελήνης από το 2022. Στην Ελλάδα, η ολική φάση της έκλειψης δεν θα είναι ορατή, παρά μόνο για λίγο όταν η Σελήνη θα μπει στην παρασκιά της Γης. Η μέγιστη φάση της θα συμβεί στις 6.33 το πρωί της 14ης Μαρτίου και η παρατήρηση ας γίνει από υψηλότερα σημεία. Η συγκεκριμένη έκλειψη Σελήνης είναι η πρώτη από τις δύο φετινές και τις δύο ακολουθούσες του 2026.

 

 Φαινόμενο δεύτερο: οι δακτύλιοι του Κρόνου, ένα εντυπωσιακό χαρακτηριστικό του ηλιακού μας συστήματος θα… εξαφανιστούν στις 23 Μαρτίου! Δεν πρόκειται για μια πραγματική ή έστω μόνιμη εικονική εξαφάνιση, κάτι που, θα συμβεί σε περίπου 100 εκατομμύρια χρόνια, καθώς οι δακτύλιοι έλκονται από τη βαρύτητα προς τον Κρόνο ως μια βροχή λασπωμένων σωματιδίων πάγου. Απλά στις 23.3.25 οι δακτύλιοι θα γίνουν αόρατοι από τη Γη για ένα μικρό χρονικό διάστημα, λόγω της γωνίας θέασης από τη Γη. Καθώς η Γη και ο Κρόνος θα αλλάζουν θέση, οι δακτύλιοι θα αρχίσουν να φαίνονται και πάλι από τον Νοέμβριο του 2025, με την πλήρη αποκατάσταση της ορατότητά τους το 2032.

 

  Φαινόμενο τρίτο: Το Σάββατο 29 Μαρτίου 2025 θα συμβεί μια μερική έκλειψη Ηλίου, που θα είναι ορατή από περιοχές της βόρειας Αμερικής, της Ευρώπης και της βορειοδυτικής Αφρικής. Κατά τη διάρκεια αυτής της έκλειψης, η Σελήνη θα καλύψει ένα μέρος του Ήλιου [γι΄ αυτό και λέγεται μερική]. Στην Ευρώπη, η έκλειψη θα είναι ορατή, με μεγαλύτερη κάλυψη στα βορειοδυτικά. Συγκεκριμένα, στη δυτική Γροιλανδία η κάλυψη θα φτάσει έως και το 86%, ενώ στο Σκωτία θα είναι 40%, στην Ιρλανδία 41%, στο Λονδίνο 30% και στο Παρίσι 23%. Αντίθετα, στην Ελλάδα η έκλειψη δεν θα είναι ορατή. Πάντως για να παρατηρήσουμε οποιαδήποτε έκλειψη Ηλίου χρειαζόμαστε ειδικά γυαλιά.

Φαινόμενο τέταρτο: Από τα τέλη Φεβρουαρίου είναι σε εξέλιξη μια μικρή βροχή διαττόντων αστέρων γ-Νορμίδες, που κορυφώνεται στις 14 και 15 Μαρτίου, οπότε και αναμένονται έως έξι μετέωρα ανά ώρα, που θα είναι ορατά στο νότιο Ημισφαίριο αλλά και σε περιοχές της Μεσογείου. Πηγή τους είναι ο κομήτης Crommelin. Αν και η βροχή αυτή δεν είναι εντυπωσιακή, τον Απρίλιο [15-30], με αποκορύφωμα στις 21 και 22 Απριλίου, αναμένεται μια άλλη βροχή, οι Λυρίδες, οπότε υπολογίζονται 15-20 μετέωρα ανά ώρα. Το ακτινοβόλο σημείο τους βρίσκεται φυσικά στον αστερισμό Λύρα [γι΄ αυτό και ονομάζονται λυρίδες], κοντά στον φωτεινότερο αστέρα αυτού του αστερισμού, τον α-Λύρας ή Βέγας. Η πηγή της βροχής διαττόντων είναι τα απομεινάρια που προέρχονται από τον C/1861 G1.

Η Καταιγίδα [πώς και γιατί] + ΒΙΝΤΕΟ από τον Κωνσταντίνο Αθ. Οικονόμου, δάσκαλο, συγγραφέα

 

Η Καταιγίδα +ΒΙΝΤΕΟ [Πώς και γιατί]

από τον Κωνσταντίνο Αθ. Οικονόμου, δάσκαλο, συγγραφέα

     Καταιγίδα λέγεται κάθε βίαιη ατμοσφαιρική διατάραξη, που συνοδεύεται από ηλεκτρικές εκκενώσεις. Η Καταιγίδα είναι ένα δηλαδή μετεωρολογικό φαινόμενο συνοδευόμενο από αστραπές, κεραυνούς, έντονη βροχόπτωση ή χαλάζι και ισχυρούς ανέμους. Σπανιότερα εμφανίζονται και σίφωνες μαζί με τις καταιγίδες, ειδικά σε ορισμένες περιοχές της Γης.

ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ: Για να δημιουργηθεί μια καταιγίδα πρέπει να εκπληρωθούν τρεις βασικές προϋποθέσεις: Υγρασία, ασταθής μάζα αέρα και ανυψωτική δύναμη, δηλαδή θερμότητα [εφόσον ο θερμός αέρας πάντα ανυψώνεται ως ελαφρύτερος] Σημαντικό είναι να συμβεί μία μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα στο έδαφος και στην ανώτερη ατμόσφαιρα. Συγκεκριμένα, η καθ' ύψος θερμοκρασία πρέπει να μειώνεται έντονα σταδιακά με ρυθμό τουλάχιστον 0,6 βαθμούς Κέλβιν ανά 100 μέτρα. Έτσι η αέρια μάζα που θερμαίνεται ανυψώνεται αφού ως πιο ζεστή είναι και ελαφρότερη από ότι ο περιβάλλων αέρας της. Έτσι συνεχίζει να ανεβαίνει στην ατμόσφαιρα. Εξίσου σημαντικός παράγοντας για την δημιουργία καταιγίδας, είναι η ύπαρξη αυξημένης υγρασίας στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, κοντά στο έδαφος. Όμως, για να αρχίσει να ανεβαίνει η υγρή και θερμή αέρια μάζα χρειάζεται ένα «σπρώξιμο» προς τα πάνω. Αυτό το σπρώξιμο συνήθως δίνεται από την ηλιακή ενέργεια ή συμπληρωματικά και από ένα βουνό. Γενικά, μία μέση καταιγίδα έχει διάμετρο της τάξης των 40 χιλιομέτρων (25 μιλίων).

ΦΑΣΕΙΣ ΚΑΤΑΙΓΙΔΑΣ: Όλες οι καταιγίδες, ανεξάρτητα από το είδος τους, περνούν έναν κύκλο ζωής αποτελούμενο από τρεις φάσεις: φάση ανάπτυξης, φάση ωριμότητας και φάση διάλυσης. Ας δούμε όπως αναλυτικά τις τρεις αυτές φάσεις: Φάση ανάπτυξης: Αρχικά, η αέρια μάζα με τους υπάρχοντες σε αυτήν υδρατμούς αρχίζει να ανυψώνεται. Όταν φτάσει σε ένα ορισμένο ύψος, στο σημείο δρόσου¹, τότε ψύχεται. Το υψόμετρο στο οποίο θα φτάσει στο σημείο δρόσου και επομένως θα αρχίσει να συμπυκνώνεται, εξαρτάται από τη σχετική υγρασία. Έτσι δημιουργούνται τα σύννεφα κατακόρυφης ανάπτυξης που λέγονται σωρείτες και για τον λόγο αυτό, η φάση ανάπτυξης ονομάζεται και φάση σωρείτη. Αν το ανοδικό ρεύμα συνεχίσει να υφίσταται, τα σύννεφα μεγαλώνουν περισσότερο και διογκώνονται κατακόρυφα και όταν το ανώτερο μέρος του νέφους έχει φτάσει σε τέτοιο υψόμετρο ώστε αρχίζει να παγώνει, τότε μιλάμε για σωρειτομελανίτες. Συνήθως το επίπεδο που παγοποιούνται αυτά τα νέφη είναι γύρω στα 10-12 χιλιόμετρα από την επιφάνεια του εδάφους. Στις τροπικές περιοχές φτάνουν σε ύψος ακόμα και τα 20 χιλιόμετρα. Φάση ωριμότητας: Κατά κανόνα, η ανύψωση σταματάει στη λεγόμενη τροπόπαυση², καθώς στο ύψος αυτό η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας αρχίζει πάλι να ανεβαίνει, με αποτέλεσμα η αέρια μάζα να συναντάει θερμότερα στρώματα και να μην μπορεί να ανυψωθεί άλλο. Οι σφοδροί άνεμοι που επικρατούν στα μεγάλα υψόμετρα, δίνουν στην κορυφή του σωρειτομελανία ένα ιδιαίτερα αναγνωρίσιμο σχήμα σαν αμόνι [δες εικόνα]. Οι σταγόνες στο εσωτερικό των νεφών αναρπάζονται στροβιλιζόμενες προς τα πάνω από ισχυρά ανοδικά ρεύματα που επικρατούν σε αυτά τα νέφη. Οι σταγόνες αυξάνουν κατά μέγεθος και, όταν αυτές αποκτήσουν ένα ορισμένο μέγεθος (διάμετρο 5-6 χιλιοστά), λόγω της αντίστασης του αέρα διασπώνται σε μικρότερες. Κατά την διάσπασή τους, απελευθερώνονται ηλεκτρικά φορτία, θετικά και αρνητικά, που όμως κατανέμονται χωριστά στα διάφορα μέρη του νέφους μεταξύ βάσης και κορυφής του. Όταν η τάση [διαφορά δυναμικού] μεταξύ των θετικών και αρνητικών φορτίων αυξηθεί αρκετά, επέρχεται εκκένωση υπό μορφή ηλεκτρικού σπινθήρα. Η εκκένωση αυτή μπορεί να γίνει μεταξύ του νέφους και της Γης [κεραυνός ή αστροπελέκι] ή μεταξύ δύο νεφών ή ακόμα και μεταξύ επιμέρους τμημάτων του ίδιου του νέφους [αστραπές]. Ο ήχος των αστραπών και των κεραυνών ονομάζεται βροντή. Λόγω της ταυτόχρονης ύπαρξης των οριζόντιων ρευμάτων [ανέμων], με τα ισχυρά ανοδικά και καθοδικά ρεύματα, μπορεί να προκληθούν μεγάλες αναταράξεις του αέρα μέσα στο σύστημα της καταιγίδας, ικανές να προκαλέσουν σφοδρούς ανέμους, κάποτε σίφωνες και συχνά χαλαζόπτωση. Φάση διάλυσης: Κατά την τελική φάση, τα ανοδικά ρεύματα σταματούν και ολόκληρη η καταιγίδα κυριαρχείται από τα καθοδικά ρεύματα. Ως αποτέλεσμα, η συνολική μάζα της καταιγίδας κυριολεκτικά «ξεσπάει» προς τα κάτω, συνήθως με έντονη βροχόπτωση. Αν οι ατμοσφαιρικές συνθήκες δεν ευνοήσουν τη δημιουργία ενός είδους σοβαρών καταιγίδων που ονομάζονται υπερκύτταρα [supercells], για τα οποία θα μιλήσουμε σε άλλη ενότητα, τότε το στάδιο αυτό έρχεται σε 30 λεπτά και τελειώνει γρήγορα, συνήθως σε 20 - 30 λεπτά.

ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΚΑΤΑΙΓΙΔΩΝ: Οι καταιγίδες που συνοδεύονται από αστραπόβροντα και κεραυνούς, σχετίζονται με την παρουσία σωρειτομελανιών που χαρακτηρίζονται από τις κρυσταλλικές κορυφές τους και τα ισχυρά ανοδικά ρεύματα που συμβαίνουν σ΄ αυτά. Τα νέφη αυτά στα ανώτερα μέρη τους φέρουν θετικά ηλεκτρικά φορτία ενώ στα κατώτερα αρνητικά φορτία με εξαίρεση μια λεπτή στοιβάδα κοντά στη βάση τους που είναι φορτισμένη θετικά. Η κατανομή αυτή του ηλεκτρικού φορτίου στα κατώτερα τμήματα του νέφους, φορτίζει επαγωγικά θετικά το έδαφος που βρίσκεται ακριβώς κάτω από το νέφος, παρόλο που σε μικρή κάτω του νέφους περιοχή, η επιφάνεια της Γης φέρει αρνητικό φορτίο. Έτσι η πρώτη ηλεκτρική εκκένωση συμβαίνει στα πρώτα 10 μέχρι 20 λεπτά της ώρας από την στιγμή που θα εντοπιστούν οι πρώτες βροχοσταγόνες. Η προέλευση αλλά και η κατανομή του ηλεκτρικού φορτίου μέσα στα καταιγιδοφόρα νέφη προκάλεσαν συζητήσεις, από την εποχή που ο Αμερικανός Βενιαμίν Φραγκλίνος, εκθέτοντας εαυτόν σε κινδύνους, πρώτος απέδειξε γύρω στο 1730 πως ο κεραυνός στην πραγματικότητα είναι ηλεκτρική εκκένωση και όχι κάποια καιόμενη βολίδα(!), όπως πολλοί πίστευαν τότε.

 Έτσι ερμηνεύτηκε πως οι υδροσταγόνες που έχουν διασπαστεί φέρουν θετικό φορτίο που μεταφέρουν προς τα κάτω. Από την άλλη, επίσης, λεπτά σταγονίδια, που προέχονται αποσπώμενα από τις επιφάνειες των υδροσταγόνων μεταφέρουν το αρνητικό τους φορτίο προς τα άνω. Πάντως, αξίζει να σημειωθεί πως τα ηλεκτρικά φαινόμενα, όπως και άλλα που συμβαίνουν μέσα στα καταιγιδοφόρα νέφη, δεν είναι μέχρι σήμερα πλήρως γνωστά.

ΑΕΡΟΠΟΡΙΑ: Στα αεροπορικά ταξίδια, οι καταιγίδες λαμβάνονται πολύ σοβαρά υπόψη, διότι θεωρητικά μπορεί να αποβούν μοιραίες. Σήμερα τα σύγχρονα αεροσκάφη αν και πετάνε σε μεγάλα υψόμετρα, πάνω από τα καταιγιδοφόα νέφη, δεν παύουν να υπάρχουν οι σχετικοί κίνδυνοι.

ΟΙ ΚΑΤΑΙΓΙΔΕΣ ΩΣ ΗΛΕΚΤΟΠΑΡΑΓΩΓΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ: Λόγω της δημιουργίας των καταιγίδων στους σωρειτομελανίες, εξαιτίας του μεγάλου ύψους τους και της δημιουργίας μεγαλύτερου δυναμικού των φορτίων τους, τα νέφη αυτά χαρακτηρίζονται και καταιγιδοφόρα νέφη, που παραλληλίζονται ως προς την Φυσική με πολύ ισχυρές ηλεκτροπαραγωγές μηχανές. Στις καταιγίδες μάλιστα οφείλονται τα περισσότερα παράσιτα στις ραδιοτηλεπικοινωνίες.

Σωρειτομελανίας σε καταιγίδα στη Μύκονο

Konstantinosa.oikonomou@gmail.com 

1. Σημείο δρόσου ονομάζεται η θερμοκρασία στην οποία ο αέρας δεν μπορεί να διατηρήσει άλλους υδρατμούς, γίνεται δηλαδή κεκορεσμένος από υδρατμούς,

2. Τροπόπαυση ονομάζεται το ανώτατο διαχωριστικό σύνορο όπου λήγει η τροπόσφαιρα.

ΤΟ ΒΙΝΤΕΟ ΕΔΩ: