[ Daljši potopis, S. mrk 2024 | S. mrk 8. apr. 2024, ZDA | Katedrale znanja | LIGO - detekcija gravitacijskih valov ]

S P I K A,
strani 331 - 337, Spika 7/8 (2024) - 16,40 EUR

Popolni Sončev mrk - 8. apr. 2024 - ZDA, Texas, Bogata
- misija nemogoče (I)

Vičar Zorko

Uvodna vaja in misli

Začnimo kar z izjemno zanimivo vajo, primerjavo 4 mrkov (dva iz naše druščine sta doživela vse spodaj naštete popolne Sončeve mrke). Primerjava nas bo pripeljala kar do vedenja Babiloncev izpred skoraj 2800 let, torej do periode ponovitve mrkov saros – in koliko traja ta cikel ponovitve mrkov in kje se ponovijo?
Popolni Sončevi mrki - primerjava:

* - 11.8.1999 (Slovenija – Goričko ali Madžarska, 2 min)
** - 29. 3. 2006 (Turčija, 4 min)
* - 21. 8. 2017 (ZDA - Wyoming, Casper, 2 min)
** - 8. 4. 2024 (ZDA - Texas, Bogata, 4 min)

Ali imajo (časovno) kaj skupnega?
Poglejmo časovno razliko v letih in dnevih parov mrkov, ki trajajo približno enako časa (uporabil sem kar PSQL funkcijo):

2017-08-21 - 1999-08-11 = select age('2017-08-21', '1999-08-11') as date_diff = 18 years 10 days

2024-04-08 - 2006-03-29 = select age('2024-04-08' , '2006-03-29') as date_diff = 18 years 10 days

To je 6585 dni, v resnici je saros dolg 6585.321 dni – to je cca 8 ur več od 6585 dni in se torej ponovi 120 ° zahodno (recimo po vrsti: Evropa, ZDA, severna Azija in spet Evropa, v dobrih 54 = 3*18 letih se nam spet ponovi mrk iz mladosti). Glede števila dodatnih dni 10, 11 ali 12 nad 18 let, odloča število prestopnih let v periodi saros. Tako nas spremljanje pojavljanja mrkov lahko pripelje do pomembnih zakonitosti – do periode ponovitev (letošnji mrk 2024 pripada sarosu 139, mrk 2017 pa sarosu 145). Trenutno je aktivnih nekaj 10 ciklov, v katerih je število ponovitev mrkov približno tako, kot je dolžina našega življenja v letih.

Letos nam je uspela misija nemogoče

Tokrat ni veljalo, važna je pot in ne cilj. Bili smo cel čas zelo utrujeni in le čudeži ciljev so nas držali pokonci, in kot radi ponavljamo - preko trnja do zvezd. Na koncu potovanja sem bil vesel, da noben ni zbolel, se poškodoval (čestitke vsem, posebej pa sopotnikom rojenim med leti 1935 - 1950 ) in da nam je vendar uspela misija nemogoče.

Mrki povezujejo preteklost, sedanjost in bodočnost človeštva, njegovo ustvarjalnost. A ne samo to. Sonce in Luna sta s svojim plesom prispevala in še prispevata, neverjetno veliko v zakladnico razumevanja vesolja, k merjenju razdalj v Osončju, k zapisu nebesne mehanike, k potrditvi posebne in splošne teorije relativnosti, med S. mrkom smo odkrili helij in tudi k razumevanju meteorologije, k poletom v vesolje, njun ples določa naš koledar, ritem življenja ter seveda, kar je najvažnejše, k razumevanju položaja človeka in nastanka življenja na Zemlji in v vesolju. Tudi tokrat - ko smo se po sedmih letih spet podili za Sončevim mrkom po ZDA, letos v "zloglasnem" Texasu, v obupnem vremenu, a nam je uspelo - smo se ogromno naučili in prišli domov z več prijatelji in seveda bogatejši, čeprav z manj denarja v žepu.
Če smo natančnejši, so mrki v resnici posledica plesa vsaj treh teles, Zemlje, Lune in Sonca - kot poje Lovšin: "... mi trije smo najboljši par ...".
Ko smo že omenili helij, povejmo še, da je helij tudi glavni produkt zlivanja (fuzije) ioniziranega vodika v sredici Sonca in to je milijarde let trajajoči vir energije Sonca (masni defekt E = Δm*C²) – in tudi vir življenja na Zemlji. Po masnem deležu je helij kar drugi element v vesolju (cca 25 %, večina ga je nastala takoj po velikem poku, skoraj 75 % je v vesolju seveda vodika, le majčken delež ostalih elementov je nastal preko fuzije v zvezdah, elementi težji od železa pa pri supernovah in trkih zvezd). A smo drugi element vesolja helij zaradi njegove žlahtnosti in majhne mase odkrili komaj 18. 8. 1868 med Sončevim mrkom (Jules Janssen in Norman Lockyer) v emisijskem spektru Sončeve korone. V laboratoriju na Zemlji pa potrdili precej let pozneje, 1895 – W. Ramsay.
Več zgodovinskem pomenu mrkov in časih ponovitev – o sarosih – o potrditvi relativnosti, o merjenju velikosti in razdalj, si lahko preberete v Spikah (11/2017, 12/2017, 1/2018) ali na spletu:
https://www2.arnes.si/~gljsentvid10/clanek_son_mrk21avg2017_fizika_mrka.html
https://www2.arnes.si/~gljsentvid10/i_clanek_son_mrk21avg2017_fizika_mrka.html
https://www2.arnes.si/~gljsentvid10/clanek_son_mrk21avg2017casper_usa_u3adv_vtisi.html

Da smo se odpravili na pot, nikakor ni bilo samoumevno. Zdelo se je, da ne bom več zbral energije za tako zapleteno zgodbo, ki se je vlekla še iz časov pandemije covida-19. Za mrk 2020 v Južni Ameriki je bilo veliko navdušenja, veliko prijav, za program smo garali, bil je odličen ..., a vemo, da se je takrat svet skoraj ustavil, tudi observatoriji v Atacami. V nas pa je še tlela želja, da bi nekako vloženi trud vseeno realizirali preko mrka 2024, a so se dogovori z agencijo kam in s kom kar zapletli (tudi kombinacija mrk v Mehiki, zaradi vremena – in potem ZDA centri poletov v vesolje ali celo Atacama, se ni dala dogovoriti). Sam sem se tako umaknil iz zgodbe in rade volje pozabil na to izjemno zahtevno logistiko priprave poti, pregovarjanje z udeleženci, z agencijo, stroški so tudi kar konkretni - tako tudi doma ni bilo ravno velikega navdušenja ... Sam imam tudi goro nerešenih življenjskih izzivov, tudi leta tečejo - in saj poznate vprašanje, zakaj je meni tega sploh treba ... A vseeno mi je bilo žal, da kdo izmed nas morebiti nikoli ne bo doživel popolnega Sončevega mrka, da ne bomo spoznali modernega babilona južnih držav ZDA, da ne bomo na poti spoznali vsaj malo Turčije (leteli smo zelo nerodno, čez Istanbul, a tudi v tem je bilo nekaj simbolike z letom 2006) ... A življenje preseneča. Maja 2023 so me na Šentvidu nekateri udeleženci mrka 2017 in drugi (sploh prijatelj Marko Skoberne, Mitja Rosina, Tjaša Drnovšek, del moje družine ...) še enkrat nenadejano in zelo prepričljivo nagovorili - " pa ja gremo ..." Bil sem v dilemi zaradi že omenjenih lastnih nerešenih izzivov. A vseeno sem rutinsko pogledal po spletu, katera agencija sploh ponuja prelomni astronomski program 20. stoletja, to je Houston, Cape Canaveral (poleti na Luno), po vrhu pa še kulturno izjemno zanimiv kultni New Orleans (Hiša vzhajajočega Sonca), neskončna močvirja, plantaže, unikatno glasbo cajun-zydeco, 'veselje' v revščini, cajun in creol jezika ..., vse v bližini mrka 8. apr. 2024. In na veliko začudenje sem ugotovil, da je to agencija Trud, ki nas je 2006 popeljala v Turčijo na izjemno uspešen ogled mrka istega sarosa 139 - kako naključje.

Zapisal sem osnovno ogrodje programa s poudarkom na mrku v kombinaciji s poleti v vesolje in komunikacija se je začela. Najprej je izgledalo enostavno - prijave so letele, pojavljali so se še kolegi astronomi s podobnimi željami ... Tako, da nisem delal veliko reklame. A brez dramatičnega vložka ni šlo - zgodile so se hude poplave avgusta 2023 in s tem nekaj odpovedi, nekateri udeleženci pa so se raje odločili za Piramido Sonca v Mehiki - mesto Teotihuacan (niso pa vedeli, da tam sploh ne bo popolnega mrka, kolegica je ta podatek izvedela tik pred zdajci in bila je čisto iz sebe, bilo mi je zelo hudo zanjo in za vso njihovo druščino) - saj so nekateri hoteli porabiti že vplačan denar za mrk 2020 ..., in bilo je še nekaj res nepričakovanih odpovedi zame in za agencijo. A do konca jeseni 2023 nas je bilo dovolj, za kombi, to je 15. Agencija me je vpraša še, če bi vseeno še odprli potovanje v svojem katalogu, torej tudi na splet. Najprej sem bil skeptičen - problem je logistika - a ko sem pomislil, da bo tako lahko še več Slovencev videlo Sončev mrk, sploh mladih (mogoče nekateri prvič) in tehnološke katedrale znanja modernega človeka - sem privolil.

Zakaj poimenovanje tehnološke katedrale znanja?
Poleti v vesolje so omogočili razvoj mnogih danes vsakdanjih in samoumevnih tehnologij modernega človeka, recimo:
izjemno odporna zlitina niklja in titana je tako recimo v kolesih Lunarnih vozil kot tudi v žilnih opornicah naših teles, potem so v našem vsakdanjem življenju že desetletja prisotne fluoropolimerne smole – to je izjemen teflon, razviti so bili ostali izjemni materiali v raketnih motorjih, za toplotno zaščito raket, sond, modulov, raketoplanov ..., danes je življenje nepogrešljivo vtkano v izjemno dodano tehnološko vrednost mreže različnih satelitov (vremenski, komunikacijski, navigacijski, vesoljski teleskopi …), recimo preko posebej za to razvite elektronike za GPS navigacijo in to z uporabo Einsteinove relativnostne mehanike in rešitev, ki so jo prispevali izjemni sodobniki (recimo pozabljeni genij Schwarzschild).
Tudi računalniška omrežje, splet, imajo direktno navezavo na vesoljsko tekmo. Poglejmo zakaj? Ko je sovjetska Rusija 1957 lansirala prvi satelit Sputnik, so februarja 1958 ZDA kot odgovor šle v projekt z imenom "Advanced Research Projects Agency" (ARPA ali DARPA - prevod bi se lahko glasil "Agencija za napredne raziskave"), da bi ponovno prevzeli tehnološko prednost. ARPA je ustanovila "IPTO" ("Information Processing Technology Office") za namene programa "SAGE" ("Semi Automatic Ground Environment"), ki je prvič računalniško povezoval radarske sisteme širom ZDA - vse pod vodstvom Pentagona. Internet ali medmrežje, je okrajšava angleške besede »inter-network«. Internet uporablja sistem paketno preklopljivih komunikacijskih protokolov TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol). Začetek odprtega interneta sega v konec šestdesetih let 20. stoletja (29. oktober 1969) in osemdeseta leta, ko je začel delovati kot ARPANET. S sponzorstvom agencije za napredne raziskave pri ameriškem obrambnem ministrstvu DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) je bil razvit sklad protokolov IP (Internet Protocol) in TCP (Transmission Control Protocol - napisal ga je Robert Kahn leta 1973). Podatkovno omrežje zasnovano na tem protokolnem skladu, naj bi služilo povezavi oddaljenih raziskovalnih institucij s superračunalniki za potrebe raziskav, ki jih je naročalo ameriško obrambno ministrstvo. Sčasoma je omrežje preraslo v akademsko in raziskovalno omrežje, kasneje pa je postalo zanimivo tudi za komercialne uporabnike. Seveda je hladna vojna zelo zavirala množično uporabo svetovnega spleta.
Danes ima tako že skoraj vsak Zemljan v žepu mobilni telefon in v njem GPS relativistične preračune, ki ga varno vodijo do cilja (enako smo tudi mi navigirali pot po ZDA, tudi do kraja ogleda mrka, do Bogate). Razvoj danes samoumevne digitalne fotografije in prenos le te preko elektromagnetnih valov iz vesolja na Zemljo in obratno, je sploh po letu 2000 popolnoma spremenil način našega življenja, komunikacije in razumevanje sveta (pojavile so se tudi nove oblike umetniškega ustvarjanja, tako zaradi elektronskega zajemanja in prenosa slik preko em valovanja, kot zaradi izjemnih slik, spektrov in razlag dinamike globokega vesolja, temne snovi, temne energije, gravitacijskih valov, kvantne teleportacije - zelo se je razcvetela tudi znanstvena fantastika). Ta digitalna tehnologija zajemanja fotonov je danes vgrajena že v vsak mobilni telefon in tako lahko v vsakem trenutku posnamemo in pošljemo sliko, film do nam ljube osebe, z njo komuniciramo v »živo« preko videoprenosa ... Družbena omrežja so tako polna naših posnetkov vsakdanjega doživljanja sveta, tudi do strokovnega gradiva za naš študij ali službo prihajamo skoraj v trenutku, naše digitalne izdelke tako izmenjujemo skoraj v realnem času in nam tako ostane več časa za kakovostno preživljanje prostega časa, naj bi :). Seveda je pri uporabi modernih tehnologij nujna velika previdnost, sploh pri mladih, da jim odrasli in pedagogi pokažemo, poleg digitalnega sveta, tudi naravo, zvezdno nebo in ne zgolj Stellariuma na mobilcu in da jim verodostojno pokažemo, tudi na njihovi lastni koži, da so naši možgani prvi in ne svetovni splet.
Vrnimo se od motivacije k organizaciji.

Po odprtju potovanja za vse ljubitelje mrkov, tujih kultur, tehnoloških avantur, se je število udeležencev kar kmalu podvojilo na 30. Pridružil se je tudi prof. Rasto Snoj iz Vegove s 4 simpatičnimi učenci, ki obiskujejo astronomijo kot izbirni predmet (Vegovi to edini uspeva – vse čestitke kolegu Rastu, tudi za njegovo odlično knjigo Astronomija za gimnazije). In še je bilo kar nekaj interesentov za pot (za njih mi je zelo žal) - a se je agencija odločila, da je 30 udeležencev številka, ki se še da obvladovati ... Vse ostalo je skoraj zgodovina in oglejmo si nekaj utrinkov iz odisejade ZDA 2024.

Za našo skupino je bila značilna res velika raznolikost glede izobrazbe, poklicev, po letih (od 16 do 89 let) - a vzdušje je bilo prav zaradi tega odlično, pozitivno (vse naše kaprice smo presegli z razumevanjem pričakovane raznolikosti). Kar nekateri udeleženci niso dobili v izjemnih centrih poletov v vesolje (smo pač različni), so pa drugje – Sončev mrk, LIGO – že samo en dogodek je bil vreden vsaj dvojnega denarja (tukaj je še izjemen New Orleans, park Everglades, vožnja po močvirju, gledanje zvezd, obisk zimskih »laboratorijskih« domovanj Edisona in Forda). Samo še v Turčiji 2006 smo morebiti bili še bolj raznolika druščina sopotnikov Sončevih mrkov (iz turške avanture 2006 smo bili štirje – isti saros 139). Tudi sicer je letos iz Slovenije potovalo zelo malo ljubiteljev mrkov v ZDA, nekaj žal prevaranih jih je potovalo v Mehiko in celo nekaj iz Mehike v ZDA. Najmlajši Klemen pa je imel tokrat 16 let - takrat, ko smo si ogledali mrk v Turčiji, še ni bil rojen. Tudi ostali trije fantje iz Vegove štejejo najbrž manj kot cikel saros ...

Sam projekt ekskurzije po ZDA, ogled Sončevega mrka, nenadejan ogled LIGO, če seštejemo pluse in minuse ter zunanje zahtevne »random« okoliščine, je v resnici uspel nad vsemi pričakovanji.

Zakaj?
Prvič po treh uspešnih ogledih Sončevih mrkov (še odpovedanega koronskega 2020 v J. Ameriki sem načrtoval v kraju z lepim vremenom - Piedra del Aguila, spremljali smo le spletni prenos ... ) sem bil tokrat v velikih dvomih - ali nam bo aprilsko vreme omogočilo ogled mrka v Texasu. Napovedi 2 tedna prej so bile zgolj 20 do 40 % v prid delno jasnemu vremenu (do 3/8 neba pokritega z oblaki - manj kot polovica).
Na začetku načrtovanja poti maja 2023 tudi nisem planiral ogleda observatorija za detekcijo gravitacijskih valov LIGO (Livingston). A, ko sem januarja 2024 še enkrat preletel karto poti, sem slučajno zagledal blizu New Orleansa center LIGO - kar obnemel sem od navdušenja, priložnosti. Pišem agenciji ..., a ta nekako ne zagrabi te priložnosti. 28. 2. 2024 imamo še zadnji sestanek pred odhodom in takrat še enkrat sprožim željo, da se v naš obisk vključi tudi LIGO. Agencija sedaj nekoliko bolje dojame pomen tega centra. Končno kontaktirajo center LIGO, a ne ravno uspešno in nato še mene prosijo, če jih še jaz kontaktiram. Vedel sem, da če tega ne storim, ne bo ogleda (kljub temu, da sem tokrat želel, za razliko od leta 2020, ko sem se za vse sam dogovarjal, tako za ogled ESO - Atacama, kot ALMA-e, da letos to breme vendar prevzame agencija ...). Z Veroniko sva pisala tako službi za obiske splošne javnosti in službi za sprejem študentov, strokovnjakov. Razložila sva strukturo skupine, ki jo sestavlja kar nekaj fizikov in da ena od udeleženk dela magistrsko nalogo iz te tematike ... Tik pred odhodom v petek 5. aprila 2022 sva (kot po čudežu) le prejela pozitivno sporočilo iz LIGO centra. Takole so nama odgovorili (vmes so bili tudi prazniki):
" … The quick answer is we can NOT accommodate you at the times you requested. However, if you have more flexibility on the date or time then we might be able to accommodate your request. If you can arrive at 9 AM on April 11th we can give you a quick tour (9-10:30). Regards, W. K. "
Kot se je izkazalo, so nas gostili do 11:45 - izjemno. Spoznali so, da nas dotična tematika zelo zanima, edem izmed uslužbencev v kontrolni sobi je izjavil, da postavljamo dobra vprašanja (prof. W.
Katzman, ki nas je sprejel, je komentiral, da smo vendar fiziki …).

A največja zagata osnovnega namena poti - uspešen ogled popolnega Sončevega mrka, tudi popolne faze - je bila, da so mnogi prvič v življenju plačali kar nekaj denarja (v resnici, glede na druge agencije, vsaj 1/3 manj) in rezervirali kar veliko časa, da bi se jim končno uresničila ta lepa in hkrati plemenita želja. Sploh pa, ko sem bral izjemno zanimiv članek Marije Strojnik v majski Spiki o njenem letošnjem doživetju mrka v Texasu – me je kar naenkrat in še enkrat postalo strah za nazaj.
A jaz in še manj agencija, jim žal, teden pred odhodom, tega cilja, zaradi zelo slabe vremenske napovedi, nismo mogli garantirati (vodič pa tudi še nikoli ni doživel popolnega S. mrka, podobno je bilo 2017, kar nam tudi ni šlo v prid). Že v Sloveniji smo vsaj kakšen teden prej gledali vremenske napovedi za Texas (iskali smo seveda kraje na črti popolne faze mrka), a napovedi so bile porazne. Iz Pacifika se je namreč grozeče valila fronta na jug Texasa in proti vzhodu ZDA – prav na črto mrka.
A dogajanje zadnji dan pred odhodom, ko se je vremenska fronta za nekaj ur zamaknila in še nepričakovano dobra informacija z LIGO centra - nam je vlilo novega upanja. Že pred odhodom sem se z vodičem dogovoril, da bi načeloma kraj Clarksville z okolico (poleg še nekaj ostalih potencialnih krajev) bil vremensko najprimernejši in še dosegljiv z našima minibusoma in zdelo se je, da smo dogovorjeni. Zjutraj na Letališču v Zagrebu, uro pred poletom, se je prav ta izbira kraja opazovanja mrka izkazala vremensko kot zdaleč najugodnejša. A žal že na letalu so se s tem predlogom začele težave - vodiču se je kar naenkrat Clarksville zdel predaleč …, mladi sopotniki so kar obstrmeli ob tem stališču, ni mi bilo prijetno :( Tudi dan pred mrkom smo v Houstonu (Johnson Space Center) vprašali še dva strokovnjaka, kje bi bil najboljši kraj za ogled mrka - in sta spet potrdila okolico Clarksvilla kot najbolj vremensko obetajočo področje. Ker je večina imela kot glavni cilj poti ogled Sončevega mrka - so mi vsi zatrdili, da lahko vstanejo tudi ob 4. h zjutraj, samo da ujamemo Sončev mrk. Z veliko diplomacije in tudi parlamentiranja smo zadnji trenutek uspeli prepričati vodiča za smer Clarksville - to je za vas Bogata (tja smo prispeli le 15 minut pred začetkom, tako pozno še na noben mrk) – to je že blizu Oklahome. In, nebo se je odprlo :) In 'gospa' Bogata nas je bogato nagradila – kot se spodobi za garače :)
No - vodič mi je še vedno sugeriral, da nas lahko pelje nazaj – zakaj že na slabšo lokacijo popoldanske napovedi (in zagotovo bi zamudili mrk) - v življenju srečamo vse sorte ljudi in kdaj to ni slučaj?

Še o imenu kraja Bogata (okrog 1000 prebivalcev) - po slovensko "Rich-Woman". Na Wikipediji lahko preberemo, da je ime kraja dejansko izvedeno iz imena glavnega mesta Kolumbije (Bogotá). Baje so ta kraj v Texasu ustanovili prav prišleki iz Bogote. In še zanimivost, na ta mrk v Bogato je prišlo tudi nekaj deklet iz Kolumbije prav iz glavnega mesta Bogote - z njimi je komunicirala Veronika.

Opremo smo postavili v pičlih desetih minutah (tako hitro še nikoli), mrk se bo kmalu začel, začenjajo se prva opazovanja Sonca skozi H-alfa teleskope in tudi skozi refraktor z mylar folijo (koprena sicer delno še prekriva Sonce, a je že vidno). Vsak bo našel svoj prostor na zelenici Bogate in mnogi še ne slutijo, kaj jih čaka. V ozadju se že kaže modrina neba. Foto: Zorko Vičar.

Tik pred mrkom – in Sonce je pogumno pokukalo izza oblakov, nas pozdravilo in nam končno narisalo nasmeh na ustih. Foto: Zorko Vičar.

Ker smo bili zelo pozni za pripravo opreme, sem iskal bližnjice, kam kaj postaviti – registrator temperature in vlage sem tako z magnetkom pripel kar na prvi vijak reklamnega frizerskega salona (Family Salon) v senco strehe. Mladenke in mladeniči so urno iz kombijev na zelenico prinesli optično opremo in dve mizi (sposodili smo si jih kar v hotelu v Jewettu, niso komplicirali). Na mizo sem postavil H-alfa teleskop Lunt 35 mm, zraven pa še refraktor 80 mm, f/4 (oba na enoročni Dobsonovi montaži, eno sem predelal v zložljivo, zelo praktično) in ravno do začetka mrka nanj prilepil mylar folijo in razdelil 15 očal med udeležence (kupil sem jih za vsak slučaj tik pred odhodom v ZDA – še dobro). Nekaj jih je razdelil tudi prof. Rasto Snoj z Vegove, ki je s skupino štirih dijakov pripeljal še tri teleskope. Skupaj smo imeli torej kar tri H-alfa teleskope in dva klasična refraktorja s filtroma iz mylar folije, enega je Rasto rezerviral za slikanje mrka, sam sem slikal kombinirano. Tako smo do popolne faze mrka lahko v zasluženem miru, a hkrati v velikem pričakovanju, opazovali, kako Luna počasi prekriva Sonce, tudi za mnoge prvič vidne prominence, pege (večje prominence je v prvi fazi mrka zakrivala Luna). Omenjena oprema in sama naša dokaj velika skupina 30 ljudi, je naenkrat nase pritegnila še mnoge ostale (zaradi vremena kar zmedene, begajoče) ljubitelje Sončevih mrkov in prikupna trikotna zelenica v centru Bogate, ki je bila še ob 12:05 popolnoma prazna, se je naenkrat napolnila z radovednimi ljudmi iz celega sveta.
Prijatelji mrkov
In po začetni časovni stiski in parlamentiranju, smo se končno lahko malo umirili. Mrk (prvi poljub) se je začel ob 12:26:52 in kmalu po začetku, kot je to navada med prijatelji mrkov, smo počasi začeli spoznavati naše goste, domačine, ostale Američane in radovedneže iz celega sveta. Kot mi, so tudi oni iskali ta srečen kraj ogleda ..., dokaj razumljivo jih je pritegnila tudi naša oprema in »samozavest« - tukaj se utaborimo. In - Bogata nas je bogato nagradila, hvala?.
Seveda so bili vsi presenečeni nad živim Soncem v H-alfa teleskopu in skoraj vsak je z mobilnim telefonom skozi okular slikal prelep proces prekrivanja Sonca z Luno. Drug drugemu smo se predstavili in ugotovili, da so med gosti tudi taki, ki poznajo Slovenijo – eden od njih iz Španije celo sodeluje z našim astronomom prof. dr. Tomažem Zwitterjem. Svet je res majhen, sploh pod Lunino senco mrka. Gostje so bili izredno obzirni, zmeraj so počakali v vrsti in pokazali hvaležnost, da lahko uporabljajo našo opremo. Celo povabiti smo jih morali k okularjem.

Obiskala nas je tudi sama prikupna pastorka kraja Bogata (na majici ima drevo) - to je duhovnica ali pastorka ali tudi "pastirka" (lepo). Na sliki je poleg dela naše skupine tudi nekaj ostalih gostov iz ZDA. Foto: Zorko Vičar.

Pogovor z gosti, astronomi iz Španije. Foto: Zorko Vičar.

Obiskovalka Chelle Daly iz Arizone, ZDA - (v črtasti majici – prvič je opazovala aktivnost Sonca v H-alfa svetlobi) nam je poslala še sliko polarnega sija iz ge. širini zgolj 34 °C. Levo pa je naš zvesti sopotnik po poteh Sončevih mrkov prof. Mitja Rosina (od šestih poskusov mu je uspelo 5x – vse čestitke, tudi za častitljivih 89 let in bil je v boljši formi od nas mlajših). V teleskop pa zre Jaka Župevc, ki bo prvič doživel popolni Sončev mrk, kot tudi fantje iz Vegove in še mnogi. Foto: Zorko Vičar.

Satelitski posnetek Sončevega mrka 8. apr. 2024 na JZ Texasa – 10 min. pred popolno fazo mrka v Bogati, ki leži v centru rumenega krogca (popolna faza je na sliki od nas oddaljena okrog 670 km). Tam so modeli dajali najmanj oblakov in, niso se zmotili, tudi mi ne. Vir slike:
https://www.storm2k.org/phpbb2/viewtopic.php?t=119527&start=140

Vzdušje med prijatelji mrkov je bilo res povezovalno in veselje neizmerno – sploh ker se je nebo odprlo in ker pred kako uro skoraj noben ni zares verjel, da nam bo uspelo – no, malo že (kot prehod sužnjev čez razmaknjeno Rdeče morje). Tudi partnerka Marjetka, ki tokrat žal ni zbrala poguma za na pot – je iz Slovenije spremljala nemogoče vreme v Texasu in bila je prepričana, da bomo žal letos razočarani, ker … In - kot se je to potrdilo že mnogokrat, mrki združujejo, povezujejo in pomirjajo ljudi z vseh celin, kultur, svetovnih nazorov in sreča je zato (večinoma) na njihovi strani. Bili smo torej na pravem kraju ob pravem času, ob ravno prav jasnem vremenu, v zares elitni družbi preprostih prijateljev mrkov in astronomije. In, ko si kaj delimo med sabo, to šteje veliko več, največ.
A vreme se je še nekoliko poredno poigralo z našimi živci, z velikimi upi, z že kar preveliko samozavestjo – da ja ne bi pozabili, da skoraj nič ni odvisno od nas. Nekaj minut pred popolno fazo se je, ob skoraj že z Luno popolnoma zastrtem Soncu, ravno tam pojavil oblakec in nas dodobra prestrašil, nam dvignil adrenalin - a je po nekaj 10 sekundah popolnoma izhlapel (virga) in kmalu se je (ob 13:44) pojavil dih jemajoči diamantni prstan, drugi stik (poljub) ... Takrat smo vsi sneli očala in slavje se je začelo in je trajalo vsaj 4 min in 21 s in še daleč v popoldne ... Prizori neba, odzivi narave, svetloba Sončeve korone in zraven planeti - ko ob jasnem vremenu, nekaj čez poldan, za nekaj minut Sonce 'nerazumljivo' izgine - so seveda popolnoma nadrealistični, izven vseh vsakdanjih izkušenj našega življenja pod svobodnim Soncem. Toliko čudenja in dobre volje, lahko tudi strahu nad redkim prizorom, ko nas osvetljujejo emisijske črte zunanjih plasti Sončeve atmosfere, korone, ki jo večinoma sestavljata vodik in helij, se redko doživi v našem življenju. Tudi nekateri, ki so šli z nami iz drugih razlogov, so tokrat obnemeli in se hkrati razveselili ter razumeli, zakaj smo si tako želeli ta srečni kraj z jasnim vremenom, zakaj smo si želeli videti popolni Sončev mrk, zakaj smo vložili toliko truda, časa v ta projekt, v pogajanja kam in kdaj.

Med popolno fazo Sončevega mrka, 8. april 2024, Bogata – ZDA (oblaki grozijo, a ne sežejo do mrka, izjemna svetloba in izjemno vzdušje), foto: Veronika Vičar.
Na fotografijah lahko razberemo, da so oblaki na obzorju cel čas grozili, da nam ukradejo ta lep pogled – a Sonce in Luna sta bila zelo visoko in varno v nebeškem oknu (bili smo namreč na geografski širini 33.47 °). Med popolno fazo mrka smo brez težav blizu Sončeve korone opazili potepuha Jupitra in potepinko Venero. A komet 12P/Pons-Brooks je bil, za toliko sipane in odbite svetlobe v senco mrka (povsod okrog oblaki in kar nekaj več vlage v zraku kot med prejšnjimi mrki), prešibek. A to ni bila naša skrb, vedeli smo, da je tam, blizu Jupitra. Videti komet ob Sončevi koroni ali celo dva, bi bilo pa že preveč …, bilo pa bi lepo, seveda se nismo branili.

Kot je to veljalo tudi za prejšnje mrke, se v skupini po mrku vsaj za dva dni vzpostavi neko vzhičeno pozitivno vzdušje razumevanja, veselja, dobre volje, povezovalne misli, vse malenkostne napetosti med udeleženci izginejo ... (utrujenost, dileme s hrano, zamere, ideologije, pomisleki - ali se je sploh splačalo vložiti toliko sredstev in naporov v pot, nekateri med nami tudi svetovnonazorsko ne prenašajo ZDA, a mrk jim je vseeno pomenil več kot klasična politična delitev, večinoma vsiljena od zunaj ...). A, vse našteto ni več noben problem ob doživetju čudežnega popolnega Sončevega mrka in ob delitvi teh lepih občutkov med sabo – sploh ob letošnji vremenski loteriji.
Počutja, kaj se zgodi, če slabo vreme ukrade tak redek izjemen in lep dogodek, na srečo še ne poznam. Le delno sem začutil to zadrego med pandemijo covida-19, ko so nam takratni neljubi dogodki preprečili obisk Južne Amerike in ogled Sončevega mrka. Spremljanje mrka po spletu pa je seveda enako kot srečanje z ljubo osebo preko zooma ... Takratno pandemsko dogajanje je žal delno vplivalo tudi na organizacijo ogleda tega mrka. Poznam pa breme, kaj pomeni, če organiziraš ogled za več ljudi in se bojiš, da ti narava ali šoferji ne bodo naklonjeni. Med tem norim procesom priprav na pot do mrka si vedno rečem, nikoli več, škoda živcev. A če pomislim, da bi tako prikrajšal mnoge za ta čudovit in tudi znanstveno pomemben pojav (naš ljubi prof. Mitja Rosina je zmeraj z nami in nam tudi pomaga pri organizaciji), si tako povrnem vsaj nekaj prekinjenih nevronskih povezav med pripravo in samo potjo na mrk. Mrk je kot zakonski stan, v njem ni zmeraj lahko, a brez njega življenje ne gre naprej (kdo pa nosi avreolo, korono v zakonu?). Da je to velika odgovornost, pokaže nadaljevanje naše napete zgodbe, napetega tekmovanja v prostoru mrka s časom in vremenom ter našimi živci. Po polni fazi mrka se nam je razkrila še ena večjih prominenc na robu Sonca (vidna je bila že med popolno fazo, prej pa jo je zakrivala Luna) v obliki indijanskega šotora - tipija. Ta izjemen pojav je na tiste, ki jih fizika Sonca res zanima (in večina iz naše skupine prej še ni opazovala sonca v H-alfa svetlobi - recimo Mojca in Matija Ž., domačinka Chelle Daly … - Mitja Rosina je ta pojav opazoval drugič v življenju, prvič med sestankom za mrk poleti 2023), naredil podoben vtis kot sam Sončev mrk ali še večjega. Med, oz. pred mrkom, žal smo prišli pozno na opazovališče, ni bilo časa, da bi vsi opazovali in opazili prominence, vsaj velikih ne, ker jih je kmalu zakrila Luna. Ta navdušujoč odziv praktično celotne skupine na to izjemno dinamiko Sonca samo kaže, da šole, univerze žal zamujajo priložnost, da bi našim otrokom, študentom približale vsaj opazovalno astronomijo.
Z Rastom sva tako zvečer med druženjem pred enim izmed hotelov udarila debato o seriji mojih člankov v Spiki in še kje, da bi astronomija v šoli dobila vsaj takšen status (po številu ur), kot ga ima recimo gospodinjstvo. Pobudi trenutno slabo kaže pa vendar se časi tudi spreminjajo – vesolje je večno, puhloglavi politiki, ministri in direktorji pač ne. Primarni problem šolstva je trenutno celo sam obstoj, temelj, saj kronično primanjkuje učiteljev, sploh za fiziko in matematiko (a če bi še astronomi priskočili na pomoč, bi bilo morebiti nekoliko lažje, tega se ministri žal ne zavedajo). Poudaril sem, da sem bil v kontaktu z Zavodom RS za šolstvo, a se je ustavilo že pri trenutnem razrezu predmetnika in ur, kjer sta omenjena predmetnik in razmerje ur več ali manj nedotakljiva. Dobil sem pa obljubo, da bodo astronomske vsebine dobile nov zagon preko delavnic ali taborov za učitelje in rečeno mi je bilo še, da če še univerze nekoliko bolj motivirajo bodoče učitelje, bo tudi astronomija dobila večjo vlogo v izobraževanju ... Zavodu sem tudi predlagal vmesno rešitev, recimo, če se fiziki pri prenovi učnih načrtov doda nekaj ur (vsaj toliko, kot smo jih imeli recimo mi v gimnaziji) – bi pa astronomija potem lahko dobila vsaj nek zaključen sklop ur znotraj fizike (recimo cca 20 ur, kot v naših časih). A sva se na koncu z Rastom strinjala z mnenjem osebe, nekoč zaposlene na Zavodu RS za šolstvo, ki je glede na lastne izkušnje in izkušnje kolegov še pred korono izjavila preprosto, a bolečo resnico – da je žal ta izjemno pomemben Zavod RS za šolstvo postal zgolj en velik »zverinjak« vseh proti vsem. A ta »zverinjak« žal hranimo mi preprosti ljudje … Najprej se mi je ta trditev zdela pretirana, zgolj del osebnega razočaranja ... A sem leta 2022 na občnem zboru DMFA - da gre na ministrstvu za šolstvo nekaj sistematično v napačno smer - dobil še eno potrditev. Znan garač na področju astronomije je namreč na vprašanje, a jim pri tekmovanjih kaj pomaga Zavod RS za šolstvo, odgovoril: »A zavod za šolstvo še obstaja?« Naslednja in zadnja potrditev, da smo v šolski politiki žal zašli, je seveda izjemno pomanjkanje učiteljev naravoslovja. Trend strokovnega izplena šol (znanje učencev) po letu 1996 pa je sploh zaskrbljujoč – učenci imajo namreč manj znanja, a višje ocene.
A delavcem Zavoda RS za šolstvo je vendar potrebno stopiti v bran. Najbrž večina zaposlenih tam dela z najboljšimi nameni, se tudi iskreno trudi za dobrobit učiteljev, otrok, nekaj jih tudi poznam, so fejst ljudje, a tisti, ki jim dirigirajo, jim nalagajo ritem in melodije, žal miselno izhajajo še izpred časov renesanse … In danes vidimo rezultat »zverinjaka«, v resnici šolske politike, ki se žal sprejema izven stroke. Učitelj danes tudi formalno ni več spoštovan poklic, na pedagoge se spravljajo tako starši, učenci kot odvetniki, tudi ravnatelji in politiki, zato skoraj noben noče več učiti. Predmetnik in sploh programi naših šol pa so slabši od onih iz Trubarjevih časov – metode učenja pa so predantične, spominjajo na zverinjak (zakaj že). Tisto, kar še deluje po šolah, je zgolj zaradi prizadevnosti posameznih pedagogov in njihovega zdravega razuma.

Šolska politika je zares v krizi – predolgo s(m)o dovoljevali nasilje v šolah, tako med vrstniki, nad stroko, nad učitelji. Zaradi zabetoniranosti šolskih programov, zastarelih učnih vsebin, smo pozabili, da čas in razvoj tečeta naprej – recimo, naša šolska fizika je ostala v 19. stoletju. Pod pretvezo prijaznosti pa so popolnoma porušili razmerje med ocenami in znanjem in to ne more koristiti nobenemu, še najmanj mladim z odličnimi ocenami, a s pomanjkljivim znanjem. Žal zato ni pričakovati hitrih rešitev na bolje – posledično mladi ljudje tudi niso več navajeni delati pod kreativnim stresom (torej recimo v šolah), saj smo jih prav v teh šolah naučili, da ti odlična ocena pač pripada ne glede na znanje. Danes je v mnogih srednjih šolah že problem 4000 let star 'Pitagorov' izrek. Revščina v znanju je v resnici najusodnejša za posameznika in dotično skupnost. Vse, kar imam, nosim s seboj. Danes morebiti zgolj v mobilnem telefonu povezanim s spletom, uporaba »umetne inteligence«, recimo ChatGPT, a to nikakor ni zadosti.

Prof. Rasto Snoj je ujel izjemne podrobnosti v Sončevi koroni preko različnih časov osvetlitev. Ekskurzija v ZDA 6. - 16. april 2024 - popolni Sončev mrk 8. april 2024, kraj Bogata - Texas.

Od mraka naše šolske realnosti se vrnimo na mrk, na čas po polni fazi in na dejstvo, po kako tanki črti do neuspeha (razočaranaj) smo v resnici hodili. Nekaj časa smo torej še opazovali Sonce v H-alfa svetlobi, se slikali, a oblaki so zmeraj bolj prekinjali pogled na izginjajoči Sončev mrk (kot so to, tokrat pravilno, napovedovali vremenski modeli in zato smo tudi potovali v Bogato 300 km od hotela). Temperatura se je počasi višala na vrednosti pred mrkom (do 33 °C). Nekaj časa smo še vztrajali, tudi zaradi merjenja temperature. Do konca mrka smo pospravili opremo, nazadnje logar za merjenje temperature in vlage in se počasi nabasali v naša kombija. A le kakšno uro po mrku se je sprožila huda nevihta, veter in močan dež sta našo vožnjo dodobra upočasnila. Grmenje v tem delu ZDA je precej drugačno kot v Sloveniji - je kratko, odrezavo - nobenih sekundarnih udarov. Kakšno srečo smo imeli, si ne znamo niti predstavljati - no in seveda nekaj znanja o vremenu tudi – in še enkrat, vso pregovarjanje kam na mrk, dolge priprave, potrpljenje ob protislovni človeški naravi, vseh naših kapricah, se je bogato poplačalo. Uspelo nam je torej videti tudi popolno fazo Sončevega mrka – že dolgo nisem bil tako vesel in hkrati tako prazen po koncu misije nemogoče.

Sončev mrk sarosa-139 (pripada mu tudi letošnji mrk) bo 16. julija 2186 trajal kar 7 min 29 s (to je nekje na limiti najdaljših mrkov). Imel bo magnitudo 1,0805 in bo pokrival pas širok 267 km. Letošnji je bil maksimalno širok 198 km. No - tega mrka pa ne smemo izpustiti :). Saros 139 se je začel z mrkom 17. maja 1501 in se bo končal 3. julija 2763.

Diamantna prstana in različne podrobnosti popolne faze Sončevega mrka 8. aprila 2024 v kraju Bogata (13:44:06 - 13:48:27), Texas, ZDA. Korona je bila izjemno bogata v Bogati. Morebiti smo pričakovali več prominenc – a že te, ki smo jih videli, so za mnoge udeležence bile pravo odkritje – to šteje. Foto: Zorko Vičar

Uspela nam je misija nemogoče in zato izjemno veselje po koncu mrka. Kljub apokaliptični vremenski napovedi smo preko strokovnih izkušenj zbrali dobro družbo ob pravem času na pravem kraju, prevozili 300 km in skozi razprto nebo ujeli izjemen Sončev mrk (mnogi prvič in to šteje) - 8. april 2024, naš srečen kraj Bogata je ležal na centralni črti mrka, Texas, ZDA. Kakšno olajšanje - vsaj delno sem si obnovil nevronske povezave – bilo je res težko … Po mrku pa nas je stuširala še nevihta – in tudi te nevihte smo bili veseli. Foto: 'Our eclipse friend'

Temperatura in vlaga pred, med in po mrku - primerjava štirih mrkov
Najdaljša fizikalna vaja mojega življenja, ki traja že 25 let: 1999, 2006, 2017, 2024. Kaj nas pouči primerjava, a znamo razložiti razlike?

Med mrkom v Texasu 2024 sem pred mrkom izmeril zdaleč najvišjo temperaturo zraka 33 °C. Zakaj že temperatura med Sončevimi mrki pada? Ker nam Luna počasi zastira in na koncu popolnoma zakrije vir sevalne energije – to je naše Sonce. In ne pozabimo, med popolnim Sončevim mrkom (izračunali 2017 v Spiki) dnevna globalna temperatura pade skoraj za stopinjo Celzija. A se v tem pojavu skriva kaka ideja, da preprečimo globalno segrevanje?

Graf poteka temperature in relativne vlage med Sončevim mrkom v kraju Bogata, Texas, ZDA. Časi na grafu so podani v "Central Daylight Time" (lokalni čas). Sončev mrk se je začel (prvi poljub) ob 12:26:52. Temperatura se je zaradi pozitivne energijske bilance (Bogata je na začetku mrka še zmeraj prejela nekaj več energije od delno zastrtega Sonca, kot je je oddala s sevanjem, prevajanjem …) pričakovano višala še 25 minut, tja do 12:50 - na 33 °C (to je najvišje med štirimi mrki) - in je nato padala do konca popolne faze ob 13:49 na 26.5 °C in je na tej vrednosti vztrajala tja do 14:05 (torej še 15 minut po popolni fazi – pričakovani fazni zamiki, kot dnevni ali letni hod temperature, ki ne sledi višini Sonca). Nato je temperatura naraščala do maksimuma pred mrkom (podobno kot med prejšnjimi mrki), a nadaljnje naraščanje se je ustavilo zaradi oblačnosti. Razlika med temperaturnim maksimum zraka pred popolno fazo Sončevega mrka in temperaturnim minimumom po popolni fazi, je bila torej 6,5 ° C. To je največji padec temperature med mrki, a tudi pri največjem maksimumu pred mrkom, ki sem jih do sedaj pomeril - to so mrki v letih 1999, 2006, 2017, 2024.

Primerjalna tabela mrkov glede na temperaturo, relativno vlago in gostoto vodne pare. Gostota vodne pare je izračunana iz meritev temperature in relativne vlage. Meritve so seveda potekale v senci praktično pod enakimi pogoji na vseh mrkih.

Tem.[°C]         R. vla.[%]    Gos. H20 pare[g/m³]  Sončev mrk 
-------		 ---------       -------------------     --------------------------- 
33 		51.0 		18.2 		  2024-04-08 S. MRK maks. tem., r. vla. pri dani tem. *****
26.5		65.0 		16.3 		  2024-04-08 S. MRK min.   tem., r. vla. pri dani tem.  ***** 
26 		26 		6 		  2017-08-21 S. MRK maks. tem., r. vla. pri dani tem. **
20		35.5 		6 		  2017-08-21 S. MRK min.   tem., r. vla. pri dani tem.  **  (1600 m. n. v.)
25 		52 		12 		  1999-08-11 S. MRK maks. tem., r. vla. pri dani tem. 
21		65		12		  1999-08-11 S. MRK min.   tem., r. vla. pri dani tem. 
18.5 		62 		10 		  2006-03-29 S. MRK maks. tem., r. vla. pri dani tem. 
16.5 		71 		10 		  2006-03-29 S. MRK min.   tem., r. vla. pri dani tem. (ob morju)

Ali znamo razložiti vzorec, ki se razbere iz tabele?
1) - da je pri višjih temperaturah pred mrkom tudi večji padec med mrkom,
2) - zakaj je v Turčiji bil najmanjši padec temperature (2 °C),
3) - da je v Wyomingu (ZDA) 2017, kljub maksimalni temperaturi pred mrkom le 26 °C, bil padec (6 °C) skoraj tak kot letos (6,5 °C) pri maksimalni kar 33 °C; pri mrku 1999 (Madžarska) pa je bil padec pri maksimumu 25 °C nekje vmes 4 °C?

Upoštevali bomo lego - ob morju so temperature spomladi nižje kot v celinskem delu, in da o pomembnem toplogrednem plinu, to je o vlagi v zraku, odloča tudi nadmorska višina in seveda, da je višja gostota pare pomeni počasnejše ohlajanje zraka in obratno. Za prvo vprašanje pa bomo ponovili Stefanov zakon o toplotnem sevanju teles in Newtonov zakon ohlajanja.

Najprej izpišimo tabelo (spodaj) razlik med maksimalnimi temperaturami pred mrkom in minimalnimi temperaturami med mrkom, ter maksimalne temperature in nato izrišimo raztrosni diagram.

Tmaks_Tmin [°C]	Tmaxs [°C]	Leto
6.5		33		2024
6		26		2017
4		25		1999
2		18.5		2006

Raztrosni diagram maksimalnih temperatur pred Sončevimi mrki glede na padce temperatur blizu popolne faze mrkov za mrke v letih: 1999, 2006, 2017, 2024. Padci temperatur med Sončevimi mrki so veliko izrazitejši pri višjih maksimalnih temperaturah. Kljub izrazitim razlikam v gostoti vodne pare, različnim vetrovnim razmeram, stopnji oblačnosti med mrki, je še zmeraj obveljal primarni vpliv Newtonovega zakona ohlajanja. Gre le za meritve štirih mrkov, pa vendar.

V resnici se Zemlja kot celota ohlaja s sevanjem v mrzlo vesolje, segreva pa nas Sonce (Zemlja sicer ima nekaj malega lastnih zalog energije, a za razvoj visoko razvitih oblik življenja še zdaleč premalo). V sami atmosferi pa so razmere glede prenosa toplote precej bolj zapletene, v veliki meri jih določajo toplogredni plini, ki absorbirajo dolge valove sevanja naših tal, katere v večji meri segreva energija elektromagnetnega valovanja s Sonca (svetloba). S Sonca na vrh atmosfere prispe vsako sekundo gostota energijskega toka blizu j = 1400 J/(sm²), nekaj te energije se seveda odbije - in to dragoceno zalogo fuzijske energije nam zastonj pošilja Sonce na razdalji AE že milijarde let. In to je naše življenje.

Povejmo, da se tla in zrak ohlajata tako zaradi sevanja, kot zaradi prevajanja toplote, kot tudi zaradi vertikalne konvekcije (vzgon) in advekcije - zaradi vetrov (mešanje zraka zaradi tlačnih razlik). Pomembna je tudi sistemska Coriolisova sila zaradi rotacije Zemlje (vrtinčenje atmosfere in oceanov) in seveda sami oceni, morja z ogromno toplotno kapaciteto in s tokovi, ki prenašajo notranjo energijo in vsekakor geografska širina (vpadni kot Sončeve svetlobe) in položaj Zemlje na tirnici okrog Sonca (to so letni časi, saj je os rotacije Zemlje nagnjena na normalo ekliptike za okrog 23.5 °).

Po Stefanovem zakonu velja, da je pri višji temperaturi izrazitejši izsev (j ∝ σT⁴). Če bi neko telo sevalo direktno v vesolje, kjer je temperatura le nekaj K, potem bi lahko predpostavili, da se temperatura telesa s časom (dT/dt) manjša na četrto potenco same temperature, saj velja znana povezava za toplotni tok in Stefanov zakon

dQ/dt = -mcdT/dt = SeσT⁴,

kjer je e emisivnost, S pa površina telesa, σ je Stefanova konstanta, m je masa telesa, c je specifična toplota.

A pri tleh se telesa ne ohlajajo direktno v vesolje. Če zelo poenostavimo, gre večinoma za kombinacijo ohlajanja (ali segrevanja) zaradi prevajanja in tudi zaradi sevanja. Oglejmo si ta dva primera in s tem tudi odgovorimo na prvo vprašanje ali med mrki raztrosni graf padca temperatur glede na maksimalne temperature ustreza pričakovanjem.
Izguba toplote telesa s temperaturo T zaradi prevajanja toplote (izmenjava energije med atomi in molekulami telesa in okolice) v okolico, ki ima seveda nižjo temperaturo To, je sorazmerna s temperaturno razliko ΔT = T - To in seveda s toplotno kapaciteto samega telesa in okolice, oziroma s toplotno prevodnostjo. Učili smo se, da se toplotni tok (dQ/dt) s telesa z maso m zapiše kot dQ/dt = mcdT/dt, c je specifična toplota, dT je sprememba temperature v času dt. Tako velja za časovno spremembo temperature (to je manjšanje temperature telesa) kar sorazmernost:
-dT/dt ∝ T - To.
Ta enačba nas torej pripelje do Newtonovega zakona hlajenja, ki pravi, da je hitrost izgube toplote iz telesa sorazmerna temperaturni razliki med telesom in okolico. Ta formulacija predpostavlja homogeni medij (okolico) in telo. Okoliški medij pa naj ima konstantno temperaturo To. Tako velja

-dT/dt = (T - To)/τ.

V časovni konstanti τ se izražajo lastnosti telesa, toplotna kapaciteta, prevodnost telesa in okolice.

Kako pa je s Stefanovim sevanjem? Pod določenimi pogoji lahko podobno enačbo zapišemo tudi za toplotno sevanje, zakaj?

Vemo, da je neto izguba toplote telesa zaradi toplotnega sevanja po Stefanu sorazmerna z razliko (T⁴ – To⁴) in da torej velja enačba za izsev telesa napram okolici L = Seσ(T⁴ – To⁴).
- kjer je e emisivnost telesa (ta je realno manj kot 1), S pa njegova površina, σ je Stefanova konstanta.
Če predpostavimo da je T = To + ΔT in če je razlika temperatur sevajočega telesa in okolice ΔT zelo majhna (ko je torej ΔT/To << 1), potem dokaj dobro velja približek

T⁴ – To⁴ = (To + ΔT)⁴ - To⁴ = To⁴(1 + ΔT/To)⁴ - To⁴ ≈ To⁴(1 + 4ΔT/To) - To⁴ = 4To³(T-To).

Snov iz srednje šole, računanje z majhni vrednostmi (bolj učeno se temu reče razvoj v Taylorjevo vrsto). Tako velja pri majhnih temperaturnih razlikah za izsev L telesa dober približek:

L ≈ 4SeσTo³(T-To)

Ker iščemo izsev pri majhni temperaturni razliki, lahko člen 4SeσTo³ privzamemo kot konstanto k in spet bomo dobili podobno odvisnost kot pri prevajanju, velja: L ≈ 4SeσTo³(T-To) = k(T-To)
Vemo, da je izsev L povezan z izgubo toplote dQ/dt in le ta je sorazmerna s časovnim odvodom temperature -dT/dt, spet pridemo do podobne odvisnosti kot pri prevajanju toplote:

-dT/dt ∝ T - To.

Takšno enačbo zapišemo s časovno konstanto τ v kateri se pri prevajanju izražajo lastnosti telesa in okolice, toplotna kapaciteta, prevodnost ali pri sevanju temperatura telesa, oz. okolice, emisivnost, Stefanova konstanta ... in tako spet dobimo znano enačbo:

-dT/dt = (T - To)/τ

Enačbo preoblikujemo in integriramo od Tz do T in od časa 0 do t.

∫dT/(T - To) = -∫dt/τ

Rešitev levo je logaritem ln(T - To), desno pa kar -t/τ. Ko vstavimo meje v izveden integral dobimo enačbo:

ln(T - To) - ln(Tz - To) = -t/τ - 0.

Končna enačba za časovno padanje temperature toplejšega teles z začetno temperaturo Tz glede na temperaturo okolice To je torej kar eksponentna (srednja šola - glejte tudi graf):

T = To + (Tz - To)e^-t/τ - to povezavo je izpeljal že I. Newton.

Če narišemo to funkcijo, opazimo, da najbolj strmo pada na začetku pri višjih temperaturah telesa in sama strmina je pričakovano odvisna tudi od temperature okolice To. To trditev velja preveriti še s strmino krivulje ali bolj učeno, kar z odvodom, ko velja:

dT/dt = -((Tz - To)/τ)e^-t/τ

In tako vidimo, da je padec v istem časovnem intervalu, recimo med Sončevim mrkom, kar sorazmeren z višino temperaturne razlike, saj velja:

dT/dt = -((Tz - To)/τ)e^-t/τ
in je strmina največja ob času t=0 enaka dT/dt = -(Tz - To)/τ

In to preprosto modelsko dejstvo kažejo tudi naše meritve - najvišji padec temperature med popolnim Sončevim mrkom se je zgodil letos, ker je bila med tem mrkom tudi temperatura najvišja glede na prejšnje mrke.

Strmina ohlajanja je odvisna od začetne temperature – zgornji graf prikazuje modelska izračuna za idealne pogoje. Telo z modro krivuljo ohlajanja z začetno temperaturo 20 °C (293 K) se ohladi v eni uri za okrog 8 °C, a telo z rdečo krivuljo ohlajanja z višjo začetno temperaturo 30 °C (303 K) se ohladi kar za okrog 16 °C v eni uri. To je kar dobra prispodoba za padec temperature med dvema mrkoma z različnima maksimalnima temperaturama pred popolno fazo. Padci temperatur med Sončevimi mrki so, kot to potrjujejo tudi naše meritve, veliko izrazitejši pri višjih maksimalnih temperaturah. Tudi naš raztrosni diagram štirih mrkov to nazorno potrjuje. Če nismo malenkostni, se časovni grafi padca temperatur med mrki dokaj dobro ujemajo s teoretično napovedano obliko krivulj

T = To + (Tz - To)e^-t/τ.

Seveda pa je realnost precej bolj zapletena (oblaki, vlaga, veter, vzgon, višina Sonca … cel čas spreminjajo energijsko bilanco nekega dela atmosfere in s tem njeno temperaturo kot mero za povprečno kinetično energijo molekul zraka kT ∝ mv²) in kar priznajmo si, modeli so zmeraj zgolj poenostavitev in nič več. Pomembno je, da se trudimo razumeti bistvene mehanizme.

Zakaj je v Turčiji bil najmanjši padec temperature (2 °C)?
Mrk 2006 smo datumsko opazovali 10 dni prej kot tega v Texasu, a je bil padec temperature vseeno več kot trikrat manjši. Zakaj? Kot prvo, leta 2006 je bila maksimalna temperatura le 18,5 °C in po Newtonovem zakonu je bil zato padec najmanjši. Za tako nizko maksimalno temperaturo pa je v prvi vrsti odgovorna bližina sredozemskega morja (mrk smo opazovali kar na obali - lepo). Morje ima namreč visoko toplotno kapaciteto in se zato spomladi počasi segreva in s tem tudi zrak ob morju, v jeseni pa se k sreči počasi ohlaja. Iz dolgoletnih izkušenj poznamo tudi dejstva, da se lahko kopamo pri znosnih temperaturah morja in zraka komaj nekje sredi junija (blizu poletnega solsticija), v jeseni pa se kopalna sezona lahko podaljša celo v oktober. No v Atlantiku, plaža »Miami Beach«, se da kopati že marca, saj je tam višina Sonca marca približno taka, kot v Sloveniji konec junija. In celo to nam je uspelo, izborili smo si kopaje - zagotovo smo si po vseh negotovostih, neprestanemu pogonu z malo spanja, zaslužili očiščenje ob rajski plaži …

Odgovorimo še na tretje dilemo – in sicer, da je v Wyomingu (ZDA) 2017, kljub maksimalni temperaturi pred mrkom le 26 °C, bil padec (6 °C) skoraj tak kot letos (6,5 °C) pri maksimalni kar 33 °C (podobno vrednost je izmeril tudi ameriški kolega)?
Zgornja tabela kaže, da je zdaleč najmanj zračne vlage bilo prav med mrkom 21. 8. 2017 v kraju Casper, ZDA - nadmorska višina 1600 m (nizka vlaga je značilna za visoke lege, recimo za Kredarico). Gostota vodne pare (gram/m³) je bila leta 2017 le 6 g/m³, na Madžarskem 1999 pa kar 12 g/m³ (2x več), letos pa celo okrog 18 g/m³. Kot smo že omenili, je vodna para izjemno dober absorber dolgih toplotnih em valov, ki jih seva površina Zemlje (je najvažnejši toplogredni plin v atmosferi, ki nam omogoča življenje - toplogredni plini torej niso zmeraj škodljivi, le preveč jih ne sme biti). Če je pare manj, se torej površina Zemlje in zrak hitreje ohlajata. Na kratko povzeto - med Sončevim mrkom v okolici mesteca Casper, 1600 m nad morjem, so nizka vlaga, visoka nadmorska lega in suha tla botrovali k nekoliko nepričakovani dinamiki poteka temperature (padec za kar 6 °C) – glede na ostale mrke. Na Madžarskem je pri maksimalni temperaturi 25 °C (po prehodu poletne fonte 11. avg. 1999) temperatura padla za 4 °C, torej manj kot v Wyomingu 2017, saj bila tam tudi gostota pare 2x višja kot v Wyomingu. Letos bi, zgolj glede na maksimalno temperaturo pričakovali, nekoliko višji padec temperature med mrkom. A letos je to preprečila res visoka gostota vlage v zraku, kar okrog 18 g/m³ (bili smo praktično v prednevihtni atmosferi, prvič je zato gostota vlage med mrkom nekoliko nihala).

Ker vidimo, da Stefanov in Newtonov zakon kar dobro opišeta potek temperature med Sončevimi mrki, lahko sklepamo, da bodo z globalnim segrevanjem tudi padci temperatur med Sončevimi mrki globlji. To je sicer slaba tolažba – a to daljše razmišljanje o mrkih in temperaturah nam vseeno vliva neko upanje, da ko se odpravijo pogoji za globalno segrevanje, se lahko kmalu temperature vrnejo v znosne vrednosti. A človek se kdaj vpraša, kaj je hujše, da nam je vroče ali razdiralna revščina, lakota. Sploh, ker še ne razumemo vseh podnebnih mehanizmov. Dobro pa razumemo kemično onesnaženje okolja, a ukrepamo prepočasi. In če bi razrešili zadnjo dilemo, bi razrešili tudi prvo – vsaj kar se tiče prevelikega vpliva moderne družbe, človeka na podnebje. Ali si res zastavljamo prava vprašanja – ali so nam vsiljene umetne dileme in tako ničesar ne rešujemo? Radi bi odpravili bolečino in ne resničnega razloga zanjo – to ne gre.

Morebiti je najpomembnejše vprašanje astronomije in znanosti nasploh, prav izvor, logika življenja, njegovega nastanka. Zakaj smo nastali mi in ali je še kje drugje v globinah vesolja nastalo življenje in - ali tam prebiva visoko razvita civilizacija – če ja, kako deluje in kako ima urejene »medčloveške« odnose, vrednostni sistem, »humanizem«, delo, na kakšni stopnji je njen tehnološki, znanstveni razvoj, kakšna etična načela jih družijo, solidarnost, odnos do narave, do drugih bitij na njihovem planetu in v vesolju in ali berejo »Spiko«. In prav je, da mi sami najprej spoznamo raznolikost in ranljivost našega planeta (tudi, če nikoli ne zaznamo izven zemeljskih civilizacij), da spoznamo princip življenja, sobivanja v oddaljenih krajih, kulturah, v drugačnih podnebnih pogojih. In mrki so prav idealna priložnost za taka potovanja, spoznavanja, druženja. V tem kontekstu podajmo

še nekaj presenečenj s Texasa, ki je v Evropi na precej slabem glasu. Zanimiva je bila debata med nekaterimi mladimi in pozitiven šok ob srečanju z realnim Texasom. Ti mladi so lani obiskali Los Angeles, oz. Californio in tam žal srečali reveža, mamilaša, pijanca v vsaki ulici, v Texasu pa zelo, zelo redko (mladi sopotniki so pričakovali namreč v Texasu še slabšo socialno sliko).
Dejstva – to je urejenost Texasa in relativno dober socialni status ljudi, ki so sicer nagnjeni k socialnim zdrsom - so nas skoraj vse pozitivno presenetila. Recimo v nakupovalnih centrih verige Walmart pregledujejo račune ob izhodu iz trgovine osebe (tudi invalidi), ki bi sicer težko počele kaj drugega, a tukaj so koristni in s tem se izognejo morebitnim zdrsom v beračenje, v kriminal, preprodajo mamil,... imajo redni mesečni dohodek in s tem so enaki večini. A glede ZDA se s strani pametnih Evropejcev zmeraj naprej potisne vprašanje zdravstva, šolstva. A če pogledamo naše čakalne vrste, pomanjkanje zdravnikov, učiteljev, norih avtističnih idej, ki jih širijo mediji, se mi zdi, da pravzaprav mi živimo v pravem 'Texasu' ne Texačani. Tudi socialne razlike naše generacije, segregacija kmečkih otrok s podeželja, Slovenske gorice, Haloze, napram mestom, je bila vsaj taka kot takrat v ZDA, če ne večje (o tem recimo pričajo izjemne Kerblerjeve fotografije) – hribovite Haloze so zato žal praktično izpraznile. Na jugu ZDA živi res prava mešanica ljudi iz Južne in srednje Amerike, potomci sužnjev, Indijanci, Evropejci ..., a v vsakdanu tega že nekaj desetletij ni čutiti kot kak akutni problem. Zakaj? Ker imajo praktično vsi neko zaposlitev, cene so zmerne in vsem je dovoljeno, da se obnašajo primerno svoji naravi – dokler seveda ne kršijo družbenega dogovora. Gospodarstvo Teksasa je tako drugo največje v ZDA in največje število podjetij s slavnega seznama »Fortune 500« se nahaja prav v Teksasu. Tukaj cvetita tako kmetijstvo kot tehnološka podjetja z visoko dodano vrednostjo – a seveda črpajo tudi veliko nafte in plina, vendar nikakor ne živijo zgolj od fosilnih gorivih.
Seveda, ostanimo kritični. Ne smemo pozabiti, da so v Dallasu (Texas) leta 1963 ustrelili Kennedyja, ki se je vsaj teoretično zavzemal za družbo brez formalnih rasnih razlik, ki jo danes živi recimo Texas. Kennedy je tudi dejal, da na Luno ne gremo zato, ker je lahko, ampak, ker je težko (“We choose to go to the moon in this decade and do the other things, not because they are easy, but because they are hard, because that goal will serve to organize and measure the best of our energies and skills, because that challenge is one that we are willing to accept, one we are unwilling to postpone, and one which we intend to win.). Njegova inavguracijska izjava: “Ne sprašujte, kaj lahko vaša država stori za vas, ampak kaj lahko vi naredite zanjo,” je postala ideal mnogih, ki iščejo rešitve in ne težav, a tudi mnogih bleferjev. Kaj pa Slovenija, Evropa? Tudi v Sloveniji je leta 1992 pod streli končal znani štajerski politik, torej … in še kje v Evropi: “Kdor izmed vas je brez greha, naj prvi vrže kamen vanjo.” – iz poziva so seveda izvzete mame … ZDA so torej država velikih razlik v pristopu, kako reševati srečo ljudi in še večjih razlik kako jih medijsko slikamo v Evropi. Nekateri mladi so se vprašali, koliko časa lahko še Texas, Florida, Evropa … bežijo pred usodo »Los Angelesa«. A usode praktično vseh razvitih družb so hitri zdrsi (zgodovina Evrope je lep primer za tak cikel), in to se zdi kot nek zakon populacijskih nihanj, ki je generalno prisoten v logiki narave, življenja, celo vesolja … pa ne, da je to opravičilo, je pa zato lažje sprejeti ta svet in tako na nek način kvalitetnejše živeti - recimo. Mrki nam tako razkrivajo resnico o vesolju in tudi dejstva, kako raznoliko živimo na Zemlji. In - pojdite z mrki »random« po svetu in ga tako tudi spoznajte (videti je vedeti) – kajti medijska podoba sveta je žal mnogokrat izkrivljena. Zakaj je temu tako, pa si naj odgovori vsak sam. Je pa res, da marsikdaj vidimo to, kar hočemo videti – a to smo ljudje in s tem je treba živeti. Znana je modrost, da če hočeš spremembe, bodi najprej sam sprememba – a to je zelo težko. Lažje je živeti, če so vsega krivi drugi in zato kričati na vse drugačne, ki te morebiti celo hranijo in vsak dan bentiš ('fajtaš') celo preko njihovih tehnologij (mobilni telefoni, računalniki na spletu) ...
Svet žal gledamo skozi (večinoma od drugih nataknjenih) finančno-ideološke filtre, a edini naši filtri naj bodo za gledanje Sonca, ostalih zvezd, meglic, lepot globokega neba … Lepo se je srečevati na poteh Sončevih mrkov.

Zorko Vičar

[ Daljši potopis, S. mrk 2024 | S. mrk 8. apr. 2024, ZDA | Katedrale znanja | LIGO - detekcija gravitacijskih valov ]

S P I K A,
strani 380 - 384, Spika 9 (2024) - 7,15 EUR

Moderne tehnološke katedrale znanja
- misija nemogoče, ZDA apr. 2024 (II)

Ker je ogled Sončevega mrka zmeraj odvisen od vremena – potencialni neuspeh je torej del izbire – se zmeraj potrudimo, da je ostali program kar se da kvaliteten – da nas obogati, nauči kaj novega. Letos je tematika, tudi zaradi poti mrka, bila zelo vezana na izjemne vesoljske polete (Houston - Johnson Space Center in Cape Canaveral - Kennedy Space Center) in celo na povezavo vesolja s splošno teorijo relativnosti preko detekcije gravitacijskih valov (LIGO v Livingstonu, blizu New Orleansa).
Naslov moderne katedrale znanja ni slučajen. Večina svetišč naših prednikov je nekoč bila tudi v funkciji astronomskih observatorijev, ki so pomagali, glede na lego Sonca in senc, določiti letne čase (koledar) in hkrati čas v dnevu, ter so bila hkrati tudi orientacija v prostoru. V njih se je pozneje zbiralo tudi knjige, poučevalo, raziskovalo tako človeka, naravne pojave na Zemlji in v vesolju, določalo smer razvoja širše skupnosti. V zadnjih stoletjih, sploh v 20. in 21. stoletju, so se centri, ki v temeljih spreminjajo kulturne vzorce človeštva, mu lajšajo življenje, dostop do znanja, izjemno višajo hitrost medsebojne komunikacije …, preselili v svet kemije, fizike, inženirstva, astronomije in poletov v vesolje.

Zakaj poimenovanje tehnološke katedrale znanja? Poleti v vesolje so omogočili razvoj mnogih danes vsakdanjih tehnologij modernega človeka, recimo: izjemno odporna zlitina niklja in titana je tako recimo v kolesih Lunarnih vozil kot tudi v žilnih opornicah naših teles, potem so v našem vsakdanjem življenju že desetletja prisotne fluoropolimerne smole – to je izjemen teflon, razviti so bili ostali izjemni materiali v raketnih motorjih, za toplotno zaščito raket, sond, modulov, raketoplanov ..., danes je življenje nepogrešljivo vtkano v izjemno dodano tehnološko vrednost mreže različnih satelitov (vremenski, komunikacijski, navigacijski, vesoljski teleskopi …), recimo preko posebej za to razvite elektronike za GPS navigacijo in to z uporabo Einsteinove relativnostne mehanike in rešitev, ki so jo prispevali izjemni sodobniki (recimo pozabljeni genij Schwarzschild).
Tudi računalniška omrežje, splet, imajo direktno navezavo na vesoljsko tekmo. Poglejmo zakaj? Ko je sovjetska Rusija 1957 lansirala prvi satelit Sputnik, so februarja 1958 ZDA kot odgovor šle v projekt z imenom "Advanced Research Projects Agency" (ARPA ali DARPA - prevod bi se lahko glasil "Agencija za napredne raziskave"), da bi ponovno prevzeli tehnološko prednost. ARPA je ustanovila "IPTO" ("Information Processing Technology Office") za namene programa "SAGE" ("Semi Automatic Ground Environment"), ki je prvič računalniško povezoval radarske sisteme širom ZDA - vse pod vodstvom Pentagona. Internet ali medmrežje, je okrajšava angleške besede »inter-network«. Internet uporablja sistem paketno preklopljivih komunikacijskih protokolov TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol). Začetek odprtega interneta sega v konec šestdesetih let 20. stoletja (29. oktober 1969) in osemdeseta leta, ko je začel delovati kot ARPANET. S sponzorstvom agencije za napredne raziskave pri ameriškem obrambnem ministrstvu DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) je bil razvit sklad protokolov IP (Internet Protocol) in TCP (Transmission Control Protocol - napisal ga je Robert Kahn leta 1973). Podatkovno omrežje zasnovano na tem protokolnem skladu, naj bi služilo povezavi oddaljenih raziskovalnih institucij s superračunalniki za potrebe raziskav, ki jih je naročalo ameriško obrambno ministrstvo. Sčasoma je omrežje preraslo v akademsko in raziskovalno omrežje, kasneje pa je postalo zanimivo tudi za komercialne uporabnike. Seveda je hladna vojna zelo zavirala množično uporabo svetovnega spleta.
Danes ima tako že skoraj vsak Zemljan v žepu mobilni telefon in v njem GPS relativistične preračune, ki ga varno vodijo do cilja (enako smo tudi mi navigirali pot po ZDA, tudi do kraja ogleda mrka, do Bogate). Razvoj danes samoumevne digitalne fotografije in prenos le te preko elektromagnetnih valov iz vesolja na Zemljo in obratno, je sploh po letu 2000 popolnoma spremenil način našega življenja, komunikacije in razumevanje sveta (pojavile so se tudi nove oblike umetniškega ustvarjanja, tako zaradi elektronskega zajemanja in prenosa slik preko em valovanja, kot zaradi izjemnih slik, spektrov in razlag dinamike globokega vesolja, temne snovi, temne energije, gravitacijskih valov, kvantne teleportacije - zelo se je razcvetela tudi znanstvena fantastika). Ta digitalna tehnologija zajemanja fotonov je danes vgrajena že v vsak mobilni telefon in tako lahko v vsakem trenutku posnamemo in pošljemo sliko, film do nam ljube osebe, z njo komuniciramo v »živo« preko videoprenosa ... ... Družbena omrežja so tako polna naših posnetkov doživljanja sveta. Tudi do strokovnega gradiva za naš študij ali službo prihajamo skoraj v trenutku. Naše digitalne izdelke tako izmenjujemo skoraj v realnem času in nam tako ostane več časa za kulturo, kakovostno preživljanje prostega časa, naj bi :). Seveda je pri uporabi modernih tehnologij nujna velika previdnost, sploh pri mladih, da jim odrasli in pedagogi pokažemo, poleg digitalnega sveta, tudi naravo, zvezdno nebo in ne zgolj Stellariuma na mobilcu in da jim verodostojno pokažemo, tudi na njihovi lastni koži, da so naši možgani prvi in ne svetovni splet. Naučiti jih moramo zdravega sobivanja z naravo, tudi s človeško in z izjemnimi modernimi tehnologijami. A same moderne tehnologije ne pomenijo prav ničesar, če smo izgubili primarni stik z naravo, s sočlovekom, z vesoljem – z zvezdnim nebom, s primarnim znanjem in s fizičnimi spretnostmi naših prednikov in sodobnikov.
A vendar se zdi, da do željenega cilja, do zdrave simbioze človeka tako z naravo, kot z modernimi tehnologijami, lahko pridemo le z razumevanjem tako osnov narave, kot tehnologije – in da se oboje izjemno prepleta, je v osnovi eno.

Obisk centrov poletov v vesolje je tako lahko primerna vstopna točka v spoznavanje, razumevanje sveta, ki ga živimo. Spoznavanje tega izjemnega procesa in ozadja celotnega razvoja, odrekanj, tudi stranpoti, ki stojijo za tem, je v bistvu povzetek človeške zgodovine:
od razvoja govora, izdelave orodij, oblek, pridobivanja kovin, pisave, poljedelstva, koledarja, do prvega tipanja, kako daleč je Luna, Sonce, kjer so glavno vlogo odigrali mrki, do prvih antičnih kozmoloških modelov (Babilonci, Aristarh, Hiparh, Ptolemaj …) do Kuzanskega in Keplerje nebeške mehanike, Galileja, Huygensa, Newtona, Fraunhoferja, Lavoisiera, Volte, Sturgeona Faradaya, Hertza, Stefana, Bohra, Einsteina, Lemaîtra, Potočnika, Goddarda, Babbaga, Zuseja, Brauna, Koroljova ... opravičilo vsem, tudi inženirjem, ki so pozabljeni, vse do današnjega trenutka, do vseh nas, ki uživamo izjemna moderna orodja – do Spike, ki v veliki meri nastaja s pomočjo tehnologij, ki so rezultat poletov v vesolje.

Dan pred mrkom obiščemo Lyndon B. Johnson Space Center (JSC) - Houston – (Texas, NASA)

JSC, pogovorno kar Houston, usklajuje ameriški vesoljski program s posadkami od leta 1961 naprej. Zaobjema 100 zgradb in meri kar 660 ha (večino tega zemljišča je bilo prej namenjenega paši krav) ter ima zaposlenih več kot 14.000 ljudi. Znotraj JSC je še Center za nadzor misij (MCC - Christopher C. Kraft Jr. Mission Control Center). Uveljavljen vzdevek pa je kar "Houston", zato so se vsi stavki, ki jih izgovorijo astronavti, začeli z besedo "Houston". Najbolj znana je izjava astronavtov Jim-a Lovella in Jack-a Swigert-a: »Houston, imeli smo problem«, 14. april 1970 ali: "Houston, we've had a problem."
Ta znameniti stavek je bil izgovorjen med misijo Apollo 13 – to je bil tretji, a žal neuspeli pristanek človeške posadke na Luni (pristanek je preprečila eksplozija v servisnem modulu) - a z veliko sreče in tudi znanja, preko komunikacije s centrom v Houstonu ("Houston, we've had a problem." …), se astronavti srečno vrnejo na Zemljo.
Ko je ameriški predsednik John F. Kennedy maja 1961 postavil nacionalni cilj, da še v istem desetletju pošljejo človeka na Luno in ga varno vrnejo na Zemljo, je NASA iskala lokacijo za nov center. Namenjen je bil konsolidaciji in koordinaciji programa Apollo. Avgusta 1961 je šef Nase James E. Webb (danes se po njem imenuje najzmogljivejši vesoljski teleskop) zadolžil štiričlansko skupino pod vodstvom Johna F. Parsonsa, da izbere primeren teren za vesoljsko delovno skupino. Identificiranih je bilo 23 lokacij. Ko ameriško letalstvo ni želelo zapreti svoje baze MacDill v Tampi na Floridi, kot je bilo prvotno načrtovano, je bil potem končno izbran Houston kot NASA-in center poletov v vesolje. Texas in Houston sta to odločitev seveda sprejela z odprtimi rokami. In – človeštvu je uspelo pristati na Luni (letos mineva 55 let - 20. julij 1969). V letih 1969–1972 je bilo 6 uspešnih letov na Luno v okviru programa Apollo z raketo Saturn V (misije Apollo 11, 12, 14, 15, 16 in 17) in 12 ljudi je uspešno pristalo na Luni in se tudi vrnilo na Zemljo. Eden od treh astronavtov je med pristankom dveh kolegov na Luni zmeraj ostal v tirnici okrog Lune v servisnem modulu – tam je počakal, da sta se kolega vrnila z Lune in potem so skupaj poleteli proti Zemlji. Posadki Apolla 13 ni uspel pristanek na Luni, a je uspela preživeti – kar šteje. In kaj se je dogajalo v zadnjih 52 leti? Kar veliko, a morebiti še premalo – tako se polet na Luno s človeško posadko danes zdi še zahtevnejši kot leta 1969 – zakaj že? Sanjamo pa že o poletih s človeško posadko na Mars, »letajo« pa zgolj birokrati po pisarnah vesoljskih agencij.

Seveda, vesoljski poleti so zelo dragi, a se ogromno vloženega denarja tudi povrne – veliko lajšanje človeškega vsakdana zaradi vesoljskih tehnologij, dostop do znanja, pa vemo, da se težko pomeri v denarju. A poglejmo, zakaj se vesoljska tekma sploh začela – to je manj znano dejstvo in kaže, da je človek najprej raziskovalec in šele potem vojak, politik.
Znameniti ukrajinski konstruktor raket Sergej Pavlovič Koroljov (njegovi primarni cilji so bili poleti v vesolje) je imel v Sovjetski zvezi enake težave kot njegov kolega Wernher von Braun v ZDA. Vojska, vladi, nista dopuščali sanj o poletih v vesolje. Centralni komite k. partije je Koroljova zavrnil (že) 26. maja 1954 . A S. Koroljov je vedel, na katero tipko mora pritisniti – taktično je objavil neresničen članek, da Američani že pripravljajo izstrelitev prve rakete v orbito okrog Zemlje - in ruski generali ter centralni komite k. p. so to zagrabili (zastrigli z ušesi) in S. Koroljov je tako končno lahko načrtoval prvi sovjetski polet v vesolje (v resnici je v ZDA predsednik Dwight D. Eisenhower prej zaviral razvoj vesoljskega programa, kot ga podpiral). In z Bajkonurja 4. oktobra 1957 dvostopenjska balistična raketa R-7 Semjorka ponese prvi sovjetski satelit Sputnik 1 (Sopotnik I) v tirnico okrog Zemlje. To je bil šok za ZDA in odziv na prvi sovjetski satelit je bila kar agencija NASA (National Aeronautics and Space Administration). Ustanovljena bila 29. septembra 1958 in rakete so z rta, takrat znanega kot Cape Canaveral Missile Annex, izstreljevale kar posadke letalskih vojaških sil, tudi mornarica.
Raketa Juno I je izstrelila ameriški satelitek Explorer 1 komaj 1. februarja 1958. Za kaj več ta raketa ni bila primerna. Ameriške rakete 'Vanguard ', v katere je ameriška mornarica in politika polagala vse upe, so bile na začetku popolnoma neuporabne, vse po vrsti so eksplodirale na rampi ali zelo blizu, to je bila velika blamaža za eno od zmagovalk druge vojne. Pozneje so sicer z njo utirili drugi Ameriški satelit Vanguard 1 (17. 3. 1958, še zmeraj je v orbiti) z raketo Vanguard TV-4 , a to je tudi vse. Vedeli so, da tako ne bo več šlo naprej in pozneje se je to zares spremenilo, a zakaj? S težkim srčem so na pomoč morali povabiti 'ujetnika' Wernherja von Brauna – ki je s svojo ekipo edini takrat lahko pariral Sovjetom - ki so v resnici tudi uporabljali njegovo tehnologijo. A jo je izvrstno nadgradila ekipa konstruktorja Koroljova s pomočjo nemških ujetnikov. Pomagal mu je tudi odličen ukrajinski konstruktor motorjev, tudi on je bil v zaprt v Gulagu, Valentin Glushko, ki je (zelo poenostavljeno) 4 Braunove, oz. Rudolphove motorje V2 povezal v en modul – 'motor' - in teh 5 modulov spet povezal v dvostopenjsko raketo. Najprej so raketo potisnili štirje stranski motorji, pozneje sredinski – to je druga stopnja. Iniciator poletov v vesolje Koroljov je žal umrl že leta 1966 zaradi malomarnega medicinskega posega. Von Braun je za Koroljova prvič slišal šele po njegovem državnem pogrebu, saj so bile podrobnosti o sovjetskem vesoljskem programu uradna skrivnost.
Oba sta si torej najprej želela poletov v vesolje in sta jih tudi doživela, uresničila. Meja vesolja je nekje pri 100 km višine – Kármánova meja. Zakaj ravno ta višina? Na tej višini atmosfera postane preredka, da bi bil mogoč letalski let z dinamičnim vzgonom in je »dovolj že« sama orbitalna hitrost. Seveda je upor zraka na 100 km še zmeraj zelo velik, zato so sateliti izstreljeni na višje tirnice. Prvi, ki je uspel poslati raketo v vesolje (do takratne ocene Kármánova meje) in to že leta 1942, je bil nemški konstruktor Wernher von Braun - to je bila mama vseh raket V2 (to je danes splošno sprejet konsenz – a problem je, ker so te nemške rakete potem pobijale ljudi po Evropi). Še zanimivost – oba (Koroljov in von Braun) sta bila nekaj časa zaprta v svojih državah s strani takratnih režimov (sovjetski, nacistični) …, v resnici, kot kažejo dejstva, noben od njiju po srcu ni bil vojak (a sta se prilagodila na razmere, kot tudi mi danes …). Američani in Rusi so proti koncu vojne v svoje laboratorije prepeljali ostanke nemških raket V2 in seveda tudi večino nemških inženirjev, znanstvenikov. Operacija Sponka (Paperclip) je bil tajni obveščevalni program Združenih držav Amerike, v katerem je bilo več kot 1600 nemških znanstvenikov, inženirjev in tehnikov z družinami odpeljanih iz nekdanje nacistične Nemčije v ZDA, v državne službe – tudi v NASO … Živeli so v Fort Bliss (Texas) in pozneje v Huntsville-u v Alabami.

Prijatelji Sončevih mrkov in tujih krajev, ljudi, običajev, pred zgodovinsko raketo Saturn 5, ki nas je pred 55 leti ponesla na Luno. Lyndon B. Johnson Space Center (JSC) - Houston – (Texas, NASA), 7. april 2024 – dan pred mrkom. Foto: Rasto Snoj.

Znamenita slika Wernherja von Brauna pred raketo Saturn V., oče ameriškega vesoljskega programa. V Houstonu ali Cape Canaveralu (v za javnost odprtih zbirkah) danes praktično ni nobenih slik, podatkov, filmov o inženirjih, ki so gradili ameriški vesoljski program – kot da jih ne bi bilo. Vir: splet.

Kaj si lahko ogledamo v središču Lyndon B. Johnson Space Center - Houston:
- repliko Space Shuttle Independence na prenašalcu, modificiranem letalu Boeing 747 (oče letala je Slovenec, inženir aeronavtike Joseph Frederick »Joe« Sutter, Pri Boeingu je bil na čelu ekipe 4500 ljudi, od tega je bilo 2700 inženirjev, ki so bili vključeni v projekt Boeinga 747),
- kontrolno sobo, ki so jo uporabljali med misijami Gemini, Apollo in zgodnjimi misijami Space Shuttla,
- Galerijo astronavtov,
- ponujajo različne predstave in predstavitve, povezane z raziskovanjem vesolja in Nasinimi misijami.
- ogledi s posebnim vlakcem: obiskovalci se lahko odpravijo na izlete po kampusu vesoljskega centra, kjer si lahko ogledajo razstavo raket (Rocket Park - priporočam), vključno s postankom v 'The Neutral Buoyancy Laboratory (NBL)', ] v katerem astronavti izvajajo simulirane naloge kot pripravo na prihajajoče misije – simulirajo breztežnost, mikrogravitacijo (tukaj trenira tudi Sunita Williams),
- interaktivne razstave, ki obiskovalcem omogočajo, da izvedo več o raziskovanju vesolja, vesoljskih oblekah, o življenju v vesolju ...

Obisk znamenitega izstrelišča raket v Cape Canaveralu (Kennedy Space Center) – Florida - 13. apr. 2024

Obisk znamenitega izstrelišča raket v Cape Canaveralu je bil v znamenju Sonca – po mrku so nas nekaj dni spremljali nalivi, nevihte, oblačno dokaj hladno vreme in Florida je bila pravo nasprotje prejšnjih dni. Sprejela nas je z odprtimi rokami v res lepem vremenu in v skladu z imenom. Florida je namreč ime dobila iz španskega jezika, kar dobesedno pomeni "polna cvetja" (flora). Španci so jo »odkrili« v času velike noči in jo od takrat imenujejo Pascua Florida.

Cape Canaveral (rt) je bila ključna lokacija v tekmi za Luni, ki so jo vodile ZDA in nekdanja ZSSR. Prva raketa izstreljena z rta je bila Bumper 8, 24. junija 1950. Cape Canaveral je bil izbran za izstrelišče raket, ker laži na jugu ZDA in se tako izkoristi še dodatna tangentna hitrost zaradi rotacije Zemlje – izstrelitev proti vzhodu. Čeprav imajo ZDA oporišča veliko bližje ekvatorju (npr. Havaji, Portoriko), ima vzhodna obala Floride logistično prednost pred otoškimi lokacijami.

Vstopnina v ta center je precej zasoljena – a tudi ponuja veliko.

Obiskovalci si lahko Cape Canaveralu ogledajo razstave raket in vesoljskih vozil na prostem, kot je recimo »Rocket Garden« - sestavljajo ga rakete Nasinih vesoljskih programov, vključno z Mercury, Gemini in Apollo programom. Foto: Zorko Vičar.

Znamenito raketo Saturn V SA-506 (slika levo), ki na vrhu nosi vesoljsko plovilo Apollo 11, peljejo iz kultne zgradbe za sestavljanje raket ("Vehicle Assembly Building - VAB") proti izstrelitvenemu kompleksu LC-39 (Cape Canaveral) – pred prvim poletom človeka na Luno - leto 1969. Raketa je bila visoka 110.6 m, premera 10,1 m, mase do 2965 ton, imela je tri stopnje in nosilnost 118 ton. Projekt je takrat bil vreden 6.417 milijard $, kar je v letu 2020 zneslo 49.9 milijard $. Desno je shema faz poleta na Luno in vrnitve astronavtov domov na Zemljo.
Podatki o raketi Saturn V SA-506:
stopnja 1 2 3 motor 5 x F-1 5 x J-2 1 x J-2 potisk (kN) 33400 5115 1020 čas izgorevanja (s) 150 367 470 gorivo kerozin/RP-1 tek. vodik/LH2 tek. vodik/LH2
Vir slike: wikipedia.

Lunarni modul Apollo s priklopljenim komandnim in servisnim modulom (CSM)
I - stopnja spuščanja lunarnega modula (ostane na Luni);
II - stopnja ponovnega dviga lunarnega modula s površja (2 astronavta) do CM;
III - Komandni modul CM (v njem je posadka med potjo do orbite okrog Lune, med pristankom dveh astronavtov z lunarnim modulom na Luni kroži CM okrog Lune z enim članom posadke);
IV - Servisni modul SM (kroži skupaj s CM okrog Lune in na koncu se CM s posadko vrne na Zemljo, SM pa zgori v atmosferi).
Vir: https://de.wikipedia.org/wiki/Apollo-Mondlandef%C3%A4hre

Levo - komandni modul Apolla 14 Kitty Hawk v »Kennedy Space Center« na Floridi. V njem so uspešno poleteli na Luno in nazaj astronavti: Stuart Roosa, Alan Shepard, Edgar Mitchell.
Foto: Zorko Vičar
Desno pristanek komandnega modula Apolla 14, 9. feb. 1971 v Pacifiku, po astronavte je prišla ladja USS New Orleans (LPH-11). Pristajalna kapsula je ciljno točko zgrešila le za 1,1 km, to je bil najbolj natančen pristanek med vsemi misijami Apollo. Vir: splet.

Z Nasinim avtobusom smo se odpeljali na ogled področja z izstrelitvenimi ploščadmi. Tudi do znamenite zgradbe "Vehicle Assembly Building - VAB" (zgradba za sestavljanje raket), ki je 4. največja zgradba na svetu po prostornini in je bila največja, ko so jo zgradili leta 1965. Od decembra 1968 so bile vse izstrelitve z izstrelitvenih ploščadi A in B, del kompleksa Launch Complex 39 (LC-39). Obe ploščadi sta ob oceanu, 5 kilometrov vzhodno od VAB. V letih 1969–1972 je bil LC-39 uporabljen za vseh 6 uspešnih letov na Luno - program Apollo, rakete Saturn V. Ta raketa je bila največja in najmočnejša operativna raketa v zgodovini vesoljskih poletov (to se s ponovno tekmo za Luno seveda spreminja). Z LC-39 so izstrelili tudi vse raketoplane Space Shuttle v letih 1981-2011. Pristajalna steza Shuttle Landing Facility na severu se je uporabila za večino pristankov raketoplana. Dolga je 4.572 m in široka 91,4 m, s tem pa ena od največjih na svetu. Med vožnjo smo v kanalih videli tudi kakega aligatorja – torej skrbijo tudi za naravo.

Center ponuja številne predstavitve, predstavitve strokovnjakov v živo in filme povezane z raziskovanjem vesolja in Nasinimi misijami (poleti na Luno, raziskovanje Marsa, poleti na Mednarodno vesoljsko postajo …) - priporočam. Določene aktivnosti je potrebno doplačati – recimo udeležbo na treningu, ki je skrajšan in prilagojen program, ki ga opravljajo astronavti (recimo, kot so to počeli ali nekateri še počenjo:
Sunita Lyn Williams, Ronald Šega, Jery Linenger, Dušan Petrač – žal ni poletel v vesolje, Randy Bresnik ...).

Razstava originalnega raketoplana Atlantis je res izjemna. Atlantis je prvič poletel oktobra 1985. V vesoljski prostor je ponesel mnoge satelite, sonde, izvajal je tajne vojaške operacije in sodeloval v odpravah na vesoljski postaji Mir ter ISS. Maja 2009 je Atlantis s sedemčlansko posadko odletel do vesoljskega teleskopa Hubble z izjemno pomembno servisno misijo 4, STS-125. Misija je bila več kot uspešna, saj je posadka opravila kar pet vesoljskih sprehodov v skupnem času 37 ur in je tako namestila prepotrebne nove kamere, baterije, žiroskop in druge komponente na danes že kultni vesoljski teleskop Hubble in mu je tako izjemno podaljšala življenje. To je bila Atlantisova zadnja misija in njene izjemne sadove še zmeraj žanjemo – Hubble je namreč še zmeraj v dobri formi. In res je nekaj posebnega, ko stojiš zraven Space Shuttla Atlantis, njegove znamenite kanadske robotske roke in hkrati je ob njem postavljena maketa teleskopa Hubble kar v razmerju 1:1. Teleskop Hubble je 24. apr. 1990 ob 12:33:51 UTC v tirnico okrog Zemlje popeljal Space Shuttle Discovery (STS-31).

Še zmeraj se dobre rešitve najprej skicira na papir – to je inteligenca, seveda ne umetna.
Leta 1993 so zelo uspešno popravili veliko optično napako Hubbla s čolničkom Endeavour (če jim ne bi uspelo, bi se razvoj astronomije zelo upočasnil). Astronavti so v fokus namestili korekcijsko optiko ("očala"), to je napravo imenovano - The Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR). Skica je iz Nasinega poročila "Strategija za popravilo", ki prikazuje, kako na novo vgrajeni zrcali M1 in M2 prestrežeta in korigirata pot svetlobe oddaljenih zvezd, planetov, galaksij … v teleskopu Hubble. Primarno zrcalo je žal imelo napako in slike teleskopa so bile na nivoju amaterja začetnika s teleskopom za 500 eur. Ta nepričakovana napaka je popolnoma spremenila standarde testiranje vesoljskih sond, mehanike, optike - in to na boljše. Mnoge misije so se zato časovno podaljšale, tudi podražile - in recimo pri James Webb Space Telescopu se taka ali podobna napaka na srečo ni ponovila (se ga tudi ne da popravljati, ker je predaleč, kot to recimo počnemo izjemno uspešno pri Hubblu).

Slika raketoplana nad modro Zemljo z očesom v ozadju, spredaj pa del naše skupine – je zelo zgovorna - povedna. Videti je pot do vedeti - to je tudi primarna človeška pot (s pogledom) v vesolje. Oko je okno v človekovo dušo (L. da Vinci).
Foto: Zorko Vičar.

Projekt Space Shuttle (raketoplan) je bil zelo napredno zasnovan, večkratna uporaba, poleti s pomočjo dodatnih raketnih motorjev in ko opravi naloge v orbiti, recimo namesti ali popravi satelite, se vrne na Zemljo kot jadralno letalo. Shuttle za vstop v orbito sicer uporablja raketni pogonski sistem, toda med ponovnim vstopom je letalo dejansko jadralno letalo brez motorja. Majhne krmilne rakete se uporabljajo zgolj za manevriranje pri vstopu v atmosfero, ker je nizka gostota zraka na višinah nad 80 km aerodinamično neučinkovita (Kármánova meja). Nekaj let je program čolničkov tekel po pričakovanjih, a kot študent se spomnim šoka 28. januarja leta 1986 (tudi na Univerzi v Ljubljani) – prva nesreča raketoplana Challenger (ravno sem bil pri mentorju po zadnjem astronomskem seminarju). Ko fiziki pozabijo na fiziko letnih časov! Rekordno nizke temperature na dan izstrelitve Challengerja so zmanjšale elastičnost tesnil (mnogi so zato nasprotovali zimskim poletom, a jih niso poslušali), kar je zmanjšalo možnost ustreznega tesnjenja takratnih spojev med deli sestavljene nosilne rakete. Po 57 sekundah leta, ki se je zdel normalen, so kamere ujele plamene, ki so prihajali iz predzadnjega spoja rakete na trdo gorivo. V naslednjih 16 sekundah so ognjeni zublji uspeli uničiti dno zunanjega rezervoarja (ki prenaša tekoči kisik in vodik za normalno delovanje treh glavnih motorjev čolnička). Ko se je desna raketa na trdo gorivo zaradi požara ločila od zunanjega rezervoarja, je konica rakete zadela vrh rezervoarja, kar je povzročilo, da je celoten raketoplan eksplodiral (kabina s posadko je nadaljevala vzpon še do višine približno 20 km – zagotovo je bila večina članov posadke še živih, a niso preživeli padca v morje). Umrlo je torej vseh 7 članov posadke; to je bila prva Nasina izguba astronavtov med kako misijo. Misija STS-51-L je bila deseta misija raketoplana Challenger in 25. misija programa Shuttle. Cilj misije je bil izstrelitev komunikacijskih satelitov in preučevanje Halleyjevega kometa ter prvič še zelo pomemben pedagoški namen. Nesreča je bila tako tudi simbolno zelo hud udarec mladi generaciji. Misija je imela torej še eno poslanstvo, da bi mlade navdušila za vesoljske misije, saj je bila članica posadke tudi Christa McAuliffe, kot prva učiteljica na poti v vesolje – v projektu Učitelji v vesolju (Teachers in Space). Nesrečni polet si je zato ogledalo tudi veliko otrok.
Projekt Učitelj v vesolju (TISP) je bil NASA-in program, ki ga je leta 1984 napovedal Ronald Reagan in je bil namenjen navdihovanju učencev, spoštovanju učiteljev in spodbujanju zanimanja za matematiko, znanost in raziskovanje vesolja. Projekt bi učitelje popeljal v vesolje kot strokovnjake pedagoge, ki seveda niso astronavti, a bi se po poletu vrnili v svoje učilnice in delili izkušnjo s svojimi učenci iz prve roke. A načrtovano je bilo še več, tudi, da bi Christa McAuliffe celo poučevala, izvedla dve 15-minutni lekciji kar iz Space Shuttla (zelo dobra ideja, sploh za tisti čas in takratno tehnologijo). Še zanimivost – kar 11000 učiteljev je poslalo izpolnjene prijave Nasi za projekt Teachers in Space. Po dolgem postopku sta bili na koncu izbrani Christa McAuliffe in Barbara Morgan kot rezerva – a žal se je zgodilo tisto najhujše. Leta 1998 nadomestijo program Teachers in Space z novim - Educator Astronaut Project. Namesto petmesečnega usposabljanja učiteljev za specialiste poletov v vesolje, ki bi se vrnili v razred, je Educator Astronaut Project od izbrancev zahteval, da opustijo svojo učiteljsko kariero, se preselijo v Houston in postanejo specialisti za misije (nasini astronavti s polnim delovnim časom).

Prvi astronavti učitelji so bili leta 2004 izbrani kot del NASA-ine astronavtske skupine 19. Učitelji so bili Joseph Acaba, Richard Arnold in Dorothy Metcalf-Lindenburger. Acaba in Arnold sta letela na STS-119 marca 2009, Metcalf-Lindenburger pa na STS-131 aprila 2010. 'Srečna' rezerva gospa Morgan se je vrnila k poučevanju v Idahu, a je kasneje (2007), skoraj neverjetno, vseeno poletela z misijo STS-118 (Space Shuttle Endeavour, status Morganove je bil »Mission Specialist 4 - Only spaceflight«). Misija STS-118 je dostavila in sestavila desni segment nosilca S5 Mednarodne vesoljske postaje, kot tudi zunanjo skladiščno platformo 3 (ESP-3) in nadomestni žiroskop krmilnega momenta (CMG). Na Zemljo pa je misija vrnila več kot 850 materialov - vzorcev, da bi ugotovili posledice dolgotrajne izpostavljenosti vesoljskim pogojem.

Barbara Radding Morgan (rojena 28. novembra 1951) je ameriška učiteljica in nekdanja Nasina astronavtka – gospa na levi. Sodelovala je v programu Teacher in Space kot rezerva Christi McAuliffe (gospa na desni) v nesrečni misiji STS-51-L raketoplana Challenger leta 1986. Za kar nekaj let se je vrnila v poučevnje. Nato se je izšolala za specialistko za misije in avgusta 2007 vseeno poletela v misiji STS-118. V bistvu ji lahko podelimo status prve učiteljice, ki je poletela v tirnico okrog Zemlje, v vesolje, čeprav je letela kot specialistka za misije in je bila že zaposlena na Nasi (a izbrana je bila že 1998, nekoliko pred začetkom programa Educator Astronaut Project). Neverjetna zgodba.
Leta 2005 je projekt Učitelj v vesolju ponovno oživel v zasebnem sektorju. Razvoj suborbitalnih nosilnih raket za večkratno uporabo s strani komercialnih podjetij omogoča neprofitnim skupinam, da omogočijo, financirajo polete učiteljev v vesolje. Mnogi se zavedajo (privatni sektor in NASA), da učitelji brez izkušenj težko verodostojno približajo mladim osnove astronavtike in same astronomije, pomen modernih tehnologij, in da so te ključ za nova spoznanja in za dolgoročen obstoj samega življenja. Ameriški astronavti tako veliko predavajo po šolah, univerzah. To občasno počnejo tudi izven ZDA. Gimnazijo Šentvid Ljubljana je tako v okviru različnih dejavnosti obiskalo več strokovnjakov s področja astronavtike: predaval nam je Slovenec zaposlen v Nasi dr. Dušan Petrač 2009 v okviru U3 (treniral je za polet), astronavtka Sunita Williams je bila 2014 gostja astronomskega krožka kar nekaj ur, celo čez polnoč, imenitno predavanje na Gimnaziji je pripravil tudi astronavt Randy Bresnik 2018 (oba slovenskega rodu) in Bresnikova žena Rebecca Bresnik 2019 (predstavila je projekt Back to the Moon Plan - je sicer strokovnjakinja za vesoljsko pravo).
Vrnimo se na naše potepanje po ZDA.
Ko je načrtovana izstrelitev rakete iz Kennedyjevega vesoljskega centra, jo obiskovalci lahko spremljajo z določenih javnih območij za ogled zunaj kompleksa za obiskovalce. Na poti po centru smo tudi lahko opazovali postopek, kako so zelo počasi peljali na izstrelišče Muskovo raketo Falcon 9 podjetja SpaceX, ki je bila žal izstreljena 4 dni pozneje. Prav tako smo si lahko ogledali sondo Dragon (Zmaj), ki jo raketa Falconu 9 dvigne v orbito Mednarodne vesoljske postaje (ISS), kamor Dragon prevaža opremo in tudi astronavte. S tem je Musk tudi delno rešil čast ZDA, ki po ukinitvi programa Space Shuttle (2011) ni imela več operativnega programa za oskrbo ISS.

Oba centra Houston in Cape Canaveral sta odlična, bogata – a zgolj en dan za vsakega od njiju pomeni, da se moraš dobro organizirati, da si tako ogledaš bistvene prelomne programe, rakete, sonde, vozila, satelite, astronavte, ki so pisali (in še pišejo) zgodovino izjemne poti človeška v vesolje. Nekoč se bo namreč življenje moralo preseliti drugam, ker bo naš planet že čez cca 500 milijonih let prevroč ali celo prej, za kakršno koli obliko življenja. In vse se je začelo s sanjami in pogledom v zvezdno nebo – in sanjati je potrebno še naprej in tudi leteti. Tisto, kar pa je velika pomanjkljivost obeh centrov – lahko da sem kaj spregledal – je, da nikjer ni zaznati vsaj vljudnostnega poudarka na raketnih inženirjih, fizikih, profesorjih, strojnikih, matematikih, informatikih, kemikih, metalurgih, gradbenikih, elektroinženirjih, biologih, zdravnikih, psihologih, trenerjih ..., ki so vse te polete načrtovali, izračunali, razvili izjemne raketne motorje, elektroniko, komunikacijske naprave, računalnike, navigacijo … katedrale znanja brez znanstvenikov … Škoda!

Zaključimo pa z močvirji in z zanimivim ogledom zelo prikupnih zimskih domovanj, pravih malih botaničnih vrtov, delno tudi laboratorijev, izumiteljev Thomasa A. Edisona in Henryja Forda, ob reki Caloosahatchee na jugozahodu Floride v Fort Myersu. Tukaj sta prijatelja Edison in Ford skupaj snovala nove izume, rojevale so se nove ideje, inovacije, tudi preko izjemnega botaničnega vrta. Hiši sta leseni in izjemno estetki – ne preveliki. Mnogim ni bilo čisto jasno, zakaj tak poudarek, teh tehnoloških genijev, na rastlinah, recimo na bambusu. A veste, kje je osnova prve uspešne žarilne nitke Edisonove žarnice? Prva komercialno uspešna žarilna nitka v žarnici je bila narejena iz bambusove nitke - Edison jo je najprej termično obdelal (segrevanje brez kisika nad 275 °C – piroliza - temperatura se potem samodejno poveča na 350 °C do 400 °C), da je dobil oglje - ogljikovo nitko z malo ostalih primesi. To je podatek, ki ga pozna zelo malo ljudi – v naši skupini ga je poznal samo eden. Edisonovo delo na gumi (z rastlino Solidago leavenworthii ali tudi Leavenworthova zlata rozga) je v veliki meri potekalo v njegovem raziskovalnem laboratoriju v Fort Myersu, ki ima danes status nacionalne zgodovinske kemijske znamenitosti. Edison je četrti najplodnejši izumitelj vseh časov, ameriškemu patentnemu uradu je prijavil kar 1093 patentov. Najbolj znani izumi so mikrofon na ogljikova zrna (oglje), megafon, fonograf, pisalni stroj, telegrafski aparat, ki tipka črke, kvadrupleksni telegraf, preprosta konstrukcija kinematografa na osnovi stroboskopskega efekta, kamera, žarnica z ogljikovo nitko, ki je služila za razsvetljavo nekaj desetletij, pred izumom kovinske žarilne nitke (rec. iz volframa).

Od leve proti desni: Henry Ford, Edison in Harvey S. Firestone v Fort Myersu na Floridi 11. februarja 1929.

Thomas Alva Edison (February 11, 1847 – October 18, 1931) - izumitelj ("There is no substitute for hard work."). Bil je podpornik volilne pravice žensk.
Leta 1879 - prva uspešna žarnica na nitko iz bambusa - obdelana s pirolizo. Prva komercialna uporaba Edisonove žarnice z žarilno nitko je bila leta 1880 na novi parni ladji družbe Oregon Railroad and Navigation Company, Columbia.

In še zanimivost – zmeraj smo se učili, da Edisonov enosmerni tok ni primeren za daljše transporte. A na zelo velike razdalje je v resnici precej učinkovitejši, saj nima induktivnih izgub, ki so prisotne v izmeničnem prenosnem sistemu. Zakaj je temu tako? V žicah je hitrost elektromagnetnega valovanja med elektroni, to je hitrost širjenja električnega polja, okrog 90 odstotkov svetlobne hitrosti ali celo manj (odvisno od kovine in njene čistosti). Če ocenimo valovno dolžino pri 50 Hz za hitrost svetlobe, je ta λ = c/ν = 300000 km/50 = 6000 km. Torej je pri razdalji daljnovodov nekaj 1000 km valovna dolžina izmenične napetosti primerljiva s potjo električnega polja, kar pa povzroči resonanco stoječega valovanja (zaradi odbojev od uporabnika, problem neusklajenih impedanc med vodom in uporabnikom, pride do interference vpadnega in odbitega valovanja) in zato tudi zelo velike sevalne izgube energije. V resnici je za stoječe valovanje dovolj že vodnik dolžine četrtne valovne dolžine (kar pa hitro dosežemo). Tako je Edison, za prenos na velike razdalje, še kako imel prav glede enosmerne napetosti – in danes se na velike razdalje električna energija prenaša enosmerno (večinoma podvodni kabli, a tudi nadzemni). To izboljša stabilnost in ekonomičnost vsakega omrežja, saj omogoča izmenjavo energije med prej nekompatibilnimi omrežji (50 in 60 Hz, tudi med ne sinhroniziranimi sistemi, manj je tudi vodnikov). Večina povezav HVDC uporablja napetosti med 100 kV in 800 kV. Zakaj visoka napetost, ker se s tem zmanjša tok ( Io = P/Uo ) in posledično toplotne (Q) izgibe (za vodnik velja dQ/dt = I²R, z večanjem premera vodnikov sicer zmanjšamo upor R, a se tudi cena vodnika poviša), recimo 3x večja napetost (3Uo), omogoča 9x manj toplotnih izgub na vodniku, saj velja I² = P²/(3Uo)². Na koncu se enosmerna napetost pretvori v izmenično in spusti na vsakdanje vrednosti – ta pretvorba je bila na začetku kar problem (a so pretvorbo dokaj dobro rešili že pred drugo sv. vojno z živosrebrnimi obločni ventili), danes se to večinoma rešuje s tiristorskimi ventili. Enosmerni visokonapetostni prenos (HVDC) ima na 1000 km približno 50 % manj izgub in manj kablov – ni treh faz.

Zanimivo je, da se je Edison ukvarjal tudi z akumulatorji, delno tudi zaradi električnih avtomobilov, ki so na začetku bili celo številčnejši od avtomobilov na fosilna goriva, a jih je uničil kratek doseg. V tem kontekstu pa omenimo še Henryja Forda, ki je s tekočim trakom in s poenostavitvijo konstrukcije avtomobilov pognal ZDA v dobo mobilnosti (poznan je njegov model avtomobila Ford T). Leta 1916 so cene najenostavnejšega modela T padle samo na 360 dolarjev, kar bi danes pomenilo okrog 9000 dolarjev. Edison in Ford sta simbola moderne Amerike, tudi sveta, svet se vrti na kolesih in povsod nas obdaja svetloba – vsaj tako je potekal razvoj v 20. stoletju in tudi v 21. stoletju. Danes sicer spreminjamo okoljske standarde, kaj je napredno, sploh zaradi ekološke krize, omejenih virov – a nam v praksi ne gre ravno od rok. Tudi razsvetljava ni ravno v prid astronomiji – a to je problem odločevalcev za javno razsvetljavo in ne problem Edisona.

A brez razvite ekonomije lahko kar pozabimo na polete v vesolje, na mobilne telefone, računalniška omrežja – a to ne pomeni, da smo obsojeni na degradacijo okolja – potrebujemo torej nove Edisone, Forde, von Braune, Einsteine, Potočnike, Stefane, Mavretiče, Sutterje …, ki bodo recimo ukrotili fuzijo, naredili boljše motorje, tudi raketne, da bomo morebiti rudarili v bližnjem vesolju - če ne, bomo naš planet čisto naluknjali in tudi sicer degradirali okolje, hrano …

Podobe iz Fort Myersa (Florida), kjer sta v zimskih obdobjih prijatelja Edison in Ford skupaj kovala nove ideje, inovacije, tudi preko izjemnega botaničnega vrta (dekleta ob Edisonu - a veste, kaj je rekla žena Edisonu, ko je zvečer prižgal prvo žarnico?). Foto: Zorko Vičar.

Ta del zaključimo z znamenitimi »neskončnimi« močvirij južnega dela ZDA – ki v sebi skrivajo globoko simbolno in dejansko povezavo med razvojem življenja, tudi človeka na Zemlji in vesoljem. Ko se voziš na 1000 km po jugu ZDA, se praktično premikaš po nekoč skoraj neprehodnih in skoraj nepretrganih močvirjih. Danes so to zelo plodovita območja mnogih kulturnih rastlin, recimo riža, sladkornega trsa, bombaža, soje, tukaj so še morske dobrote. Voda, toplo Sonce, bližina Atlantika, je kombinacija, ki tem državam prinaša nesluten razvoj in to že zgolj zaradi kmetijstva in turizma – a zraven so pritegnili tudi najnaprednejše tehnološke gigante in polete v vesolja. Cestna infrastruktura je recimo narejena na betonskih pilotih, ki segajo nad močvirja, kjer še zmeraj domujejo mangrove, prebivajo seveda mnoge živali, razumljivo veliko ptic, dvoživk, rib, rakov, jelenjadi, medvedov, žuželk, tudi zelo ogrožen floridski panter, kralj teh močvirij pa je seveda sladkovodni aligator in še ena vrsta krokodila, ki lahko prebiva tako v slani kot v sladki vodi (Florida). Močvirja se pomemben del vodnega kroga, ki ga seveda poganja energija Sonca in ti med ljudmi nekoč nezaželeni habitati, v resnici predstavljajo most po katerem je življenje iz morij - voda - počasi prestopilo tudi na kopno, celine.
Katera žival je "prva" prišla na kopno in je tako naš davni vodni prednik? Noge kopenskih vretenčarjev bi se naj razvile iz plavuti rib mesnatoplavutaric, recimo latimerij (spada v vrsto celakantov, riba latimerija je zadnja iz te vrste, živi fosil najden leta 1938). Razporeditev kosti latimerije v prsnih plavutih je enaka kot pri prednjih okončinah plazilcev (imajo podobne kosti kot mi v rokah, nadlahtnico, podlahtnico, koželjnico, zapestne koščice in celo zametke prstov), zaradi česar so bolj sorodne kopenskim vretenčarjem kot ribam in pojasnjuje izvor prvih kopenskih vretenčarjev. Za dihanje poleg škrg uporabljajo tudi zračni mehur. Samice skotijo žive mladiče, ki so takoj sposobni za samostojno življenje. Njihova nosečnost traja 13-15 mesecev.
Prvotno so te plavuti rib iz družine mesnatoplavutaric delovale kot vesla za premikanje v plitvih in zaraščenih vodah – v močvirjih. Skozi mnogo generacij pa so se iz njih razvile dovolj močne in gibljive noge, ki so lahko nosile maso prvih kopenskih vretenčarjev.
Močvirja so torej imela velik pomen za današnjo pestrost vodnega in kopenskega življenja. So izjemni čistilci okolja. To spoznavamo komaj zadnjih nekaj desetletij – prej smo pa izvajali pravo vojno proti močvirjem in to tako v Evropi (tudi na naših barjih), kor recimo v ZDA – na veliko smo jih izsuševali (tudi v šolah so nas učili, da je izsuševanje napredek, enako regulacija vodotokov – danes spoznavamo, da je to velika napaka tako za pestrost, kot za samoregulacijo ekosistemov – in še poplave smo si nakopali). A tam čez lužo so kmalu spoznali vrednost močvirij in tako naredili tudi enega večjih narodnih parkov v ZDA, kot tudi na svetu – to je Everglades (južni del Floride) ustanovljen 1934 (a še dolgo so bili posamezni politiki skeptični do te rešitve). Sanirali so tudi del škode, ki so jo povzročili močvirju v preteklosti. Zanimivo - tudi Indijanci Seminoli so si ustvarili svoj dom v Evergladesu v močvirjih in se pozneje skupaj s Španci borili proti ZDA, a zmagale so ZDA ... Ko že omenjamo zaščitena območja, povejmo še, da je najstarejši narodni park na svetu Yellowstone - 1.3. 1872 (obiskali med mrkom 2017). Je pa tako, da velikokrat močvirja ne naredijo kakega velike vtisa na obiskovalce – problem je nepoučenost in (tudi medijska) fascinacija zgolj z gorskimi ali morski rezervati. Torej, poimenovanje močvirnik je prej pohvala kot žalitev … No tudi v Sloveniji si danes lahko ogledamo nekaj zaščitenih močvirij in to kot vrednoto, lepo. Tako lahko, glede na zadnja spoznanja biologije in astronomije, celo rečemo, ker je Cape Canaveral tudi močvirje – preko močvirja do človeka in naprej do zvezd.

Zorko Vičar

[ Daljši potopis, S. mrk 2024 | S. mrk 8. apr. 2024, ZDA | Katedrale znanja | LIGO - detekcija gravitacijskih valov ]

S P I K A,
strani 428 - 431, Spika 10 (2024) - 7,15 EUR

Ko smo zaznali gravitacijske valove trka zvezd, ki se je zgodil pred 1,3 milijard let, ko na Zemlji še ni bilo vretenčarjev
- misija nemogoče, ZDA apr. 2024 (III)

Eden od vrhuncev poti po jugu ZDA - obisk znamenitega detektorja gravitacijskih valov LIGO, mesto Livingston, okrog 100 km severozahodno od New Orleansa.

Spet smo se morali pogajati za dovolj zgodnji odhod do Livingstona, da ne zamudimo izredno velikodušnega »povabila« v LIGO (The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Take res redke priložnosti se ne zamudi.

Prvi je že leta 1905 utemeljeno razmišljal verjetnosti obstoja gravitacijskih valov Francoz Henri Poincaré. Lorentzovo krčenje dolžin (relativnost) ga je pripeljalo na krčenje prostora. Pozneje je pravilne izračune izvedel Albert Einstein.
A zgodbo o neposredni detekciji gravitacijskih valov je stara toliko kot avtor tega članka. Spomnim se (še med študijem) zelo zanimivih predavanj prof. Andreja Čadeža o detekciji gravitacijskih valov. Sam je tudi sodeloval pri načrtovanju detektorjev gravitacijskih valov v ZDA in je tudi izračunal sproščeno energijo traka dveh črnih lukenj. A leta so minevala in detektorji so bili neodzivni. Ker je osnova detektorja geometrijsko podobna kot pri iskanju neobstoječega etra z Michelson – Morleyjevim interferometrom – se je že zdelo, da bo tudi rezultat podoben, bo ničelni. A, ker so gravitacijske valove že detektirali posredno preko medsebojnega bližanja tesnega dvojnega sistema pulzarjev (PSR B1913+16) – Nobelova nagrada 1993 Russell Alan Hulse in Joseph Hooton Taylor mlajši – ni bilo več vprašanje ali gravitacijski valovi obstajajo, ampak ali smo zmožni narediti dovolj občutljive detektorje. In, ko smo na gravitacijske valove že skoraj vsi »pozabili« - se pojavi čudežna novica, da jim jih je uspelo zaznati leta 2015. Poglejmo na kratko osnovno idejo detekcije gravitacijskih valov – pojasnjuje jo naslednja slika. Gravitacijski valovi dejansko spremenijo razdalje – recimo med dvema ogledaloma – in kako bi to pomerili?

Poenostavljena razlaga delovanja LIGO. Tam, kjer se kraka interferometra križata, se skozi razdelilnik žarka pošlje laserski žarek, ki žarek razdeli in usmeri proti ogledaloma na obeh koncih vsakega kraka dolžine 4 km, kjer ju odbijeta zrcali na koncih krakov. Ko se odbijeta, žarka potujeta nazaj vzdolž krakov in se ponovno združita, preden vstopita v detektor. Če ni gravitacijskih valov, sta poti žarkov enaki in pride do destruktivne interference (žarka se po domače odštejeta, ker se srečajo valovni hribi z dolinami iz obeh krakov) – detektor ne zabeleži ničesar. V primeru gravitacijskih valov se dolžini krakov rahlo spremenita (razdalji med zrcali) in sedaj sta valovanji zamaknjeni, hribi in doline več ne sovpadajo (glejte sliko) in tako pride konstruktivne interference – torej do signala, ki ni več nič in to (oslabljen prepuščen žarek) zazna detektor. Sliši se enostavno, a deformacija prostora je večinoma minimalna, premiki med zrcali so zato večinoma ekstremno majhni in zunanje motnje so dolga leta preglasila zaznavanje gravitacijskih valov, ki jih v resnici kar mrgoli okrog nas. Vsako pospešeno gibanje mas jih povzroči, a le trki masivnih zvezd, recimo črnih lukenj sprostijo dovolj energije, da se prostor dodobra »strese«, deformira.
Če se malo pohecamo, "Michelson-Morleyjev interferometer" (IDEJA), je dala "pozitiven" rezultat komaj pri detekciji gravitacijskih valov. Tokrat smo res zaznali spremembo interferenčnega vzorca - projekt LIGO – a le zato, ker se je spremenila dolžina krakov zaradi gravitacijskih valov, zaradi spremembe dimenzij samega prostor-časa ... Tako se je krog sklenil. Michelson-Morleyjev interferometer (princip) je utemeljil relativnost (s katero pa se Michelson in Morley nikoli nista sprijaznila, iskala sta namreč neobstoječi eter ...!) in hkrati potrdil enega zadnjih nerešenih problemov napovedi splošne teorije relativnosti - neposredno je zaznal gravitacijske valove. RES FASCINANTNO!
V resnici je v vsakem kraku še sistem zrcal (Fabry-Pérotov resonator, sestavljen, poenostavljeno, iz dveh zrcal od katerih je eno delno prepustno), tako da se svetloba v resnici odbije skoraj 280-krat preden se vrne v območje detektorja – s tem se podaljša efektivna pot kar na 1120 km in tako poveča občutljivost detektorja.

Gravitacijski valovi, poimenovani GW150914, ki jih je zaznal LIGO leta 2015 (14. sep.), so skladni z združitvijo dveh črnih lukenj, ena s 36 in druga 31 Sončevih mas – od nas oddaljenih 1,3 milijarde svetlobnih let (to so zadnje ocene). Končna, ena sama, črna luknja ima 64-krat večjo maso od Sonca, 3 sončeve mase pa so se pretvorile v energijo, ki se je izsevala v obliki gravitacijskih valovih. Pri prvi detekciji je bila največja moč izvira kar 3,6 · 10⁴⁹ W na razdalji R = 1,3 milijarde svetlobnih let, kar ustreza gostoti energijskega toka na Zemlji 0,2 W/m². Kolaboracija LIGO je z opisanim detektorjem uspela meriti odmik od ravnega prostora (označimo ga s h) z natančnostjo večjo od h = 5 · 10^-22. Astronomski dogodki (trčenja črnih lukenj) in napovedi splošne teorije relativnosti pravijo, da gravitacijski valovi, ki izvirajo več deset milijonov svetlobnih let od Zemlje, popačijo 4 kilometre dolg zrcalni razmik za približno 10^-18, to je manj kot tisočinka premera protona (vodikovega jedra) – to je nekje ocena velikosti kvarka. To so nepredstavljivo majhne deformacije – a ker večinoma pomerimo enak signal še na ostalih interferometrih tisoče km vstran in določene dogodke (trke) zaznamo tudi še v vidni svetlobi, so to res verodostojne meritve. Hkrati pa lahko iz zakasnitev signalov vsaj na treh detektorjih določimo pozicijo trka masivnih zvezd v vesolju, kar šteje.

Tako za Sončev mrk, Houston, Cape Canaveral, kot seveda za LIGO, sem sestavil dva preprosta učna lista, da so se lahko tudi čisti laiki v grobem seznanili z vsebino dotičnih znanstvenih centrov, dogodkov. Posebej LIGO je bil za večino neznanka, a so na koncu praktično vsi spoznali, da so obiskali izjemno pomembno inštitucijo, ki je bila za trud dolg desetletja, za odrekanja mnogih znanstvenikov, inženirjev, nagrajena z Nobelovo nagrado leta 2017, za prvo neposredno detekcijo gravitacijskih valov 2015.

11. aprila 2024 nas je zjutraj ob 9. h sprejel dr. William Katzman, vodja Znanstvenega izobraževalnega središča LIGO (Program Leader of LIGO Science Education Center, Livingston, LA). Najprej smo se pozdravili in seveda takoj slikali pri vitrini z Nobelovo nagrado in ostalimi priznanji eminentne znanstvene ekipe. Gravitacijski valovi se precej tuje področje za povprečno izobraženega človeka, sploh pa princip njihove detekcije in samo dejstvo, kako ekstremno majhne premike, deformacije prostora, le ti večinoma povzročajo. V resnici jih kar mrgoli okrog nas, a so izjemno šibki. Seveda, ker je z gravitacijskimi valovi povezan (med drugimi) znameniti fizik Albert Einstein, je v tem primeru bila motivacija slehernika za obisk LIGO veliko lažja.

Odlična vaja z rokami (pravokotna vodoravna drža) za prikaz principa delovanja detektorja gravitacijskih valov! Na odru je predavatelj dr. William Katzman. »Slika je rahlo neostra, zaradi gravitacijskih valov :)«

Kot je to poznano vsem, ki so kdaj vsaj malo pokukali v eminentne tuje izobraževalne ustanove - kjer se recimo valijo Nobelove nagrade ali iz njih prihajajo tehnološke inovacije, ki v temeljih lajšajo naše življenje - se tam znanje, delovanje narave, predstavlja veliko bolj eksperimentalno nazorno, tudi s slikovitimi prispodobami - kot je to recimo praksa v manj razvitih okoljih. Tudi v tem primeru je bilo tako. Najprej smo se zbrali v predavalnici izobraževalnega centra LIGO. Gospod Katzman je po kratkem nagovoru takoj začel z opisom pojava in detektorja – ogledali smo si tudi dva krajša poučna filma. Najprej s pravokotno držo rok in izmeničnim krčenjem (kot pri krakih interferometra, ko ga dosežejo gravitacijski valovi, recimo zaradi rotacijskega trka dveh črnih lukenj), nazorno pokazal učinek gravitacijskih valov na prostor, tudi na krake interferometra. Nam je namignil, da bomo sedaj malo telovadili, in smo tako tudi mi vstali in ponovili vajo s pravokotno držo rok, z vzdolžnim tresenjem. Potem nas je prosil, da zapremo oči, in ko zaploska jih lahko odpremo. Še prej nas je preizkušal in dejal, da odpremo oči (»open your eyes«) pa tega ne bi smeli, ker ni zaploskal ...

Vaja z zvokom, dve različna rotirajoča kovinska diska, ki nas je približala principu delovanja sistema LIGO detektorjev.

Potem smo poslušali nek zvok (kovinskega rotirajočega obroča) in ko je zaploskal, je dejal, da se o slišanem pogovorimo s sosedom. Potem smo ponovili vajo z naslednjim virom zvoka (kovinska okrogla rotirajoča plošča na tleh, a na drugi poziciji) - po plosku (odpiranju oči) je spet sledil pogovor s sosedom o slišanem. Potem smo skupaj analizirali razliko v zvoku, glasnosti, smeri ... Kaj je bilo torej drugače pri obeh virih, recimo smer, kdaj je bilo zaznati večji hrup, kdaj je bila višja frekvenca (proti koncu rotacije), o barvi zvoka. Potem nas je vprašal, če hočemo videti, kje in kaj je povzročalo hrup - in pravilno smo ugotovili smer, lego, obeh virov zvoka. Polna glasnejša okrogla kovinska plošča je bila zarotirana na odru desno glede na naš pogled, kovinski obroč pa levo. Naše odgovore je komentiral z besedami, da imamo prav in da smo vse ugotovili zgolj preko zvoka, ker imamo dve ušesi ... Problem LIGO je, ker nima dveh "ušes", zato so naredili na začetku še enak detektor na severozahodu ZDA, to je LIGO Hanford Observatory. Pozneje pa še nekaj podobnih detektorjev - recimo VIRGO v Italiji, je skoraj enak kot LIGO, ima pa večji premer cevi, ker je "nihalo" z ogledaloma nekoliko daljše. Tu je še Kagra - Kamioka Gravitational Wave Detector - na Japonskem. To je bila torej odlična primerjava realnega signala ligo in našega slušnega zaznavanja, recimo trčenj dveh različno masivni dvojic zvezd in prispodoba zvoka dveh različnih obročev (obroča in okrogle plošče) med rotacijo in padanjem na tla ...
Nekaj pomembnih informacij. Kar dve leti so rabili, da so cevi (kraka) dovolj zatesnili, da so lahko v njih vzpostavili dovolj majhen vakuum, kjer je pa je gostota molekul še zmeraj veliko višja od povprečne gostote vesolja (kjer je gostota zgolj nekaj atomov vodika na kubični meter).
A vseeno LIGO vsebuje enega najbolj globokih in najčistejših trajnih vakuumov na Zemlji. Po prostornini ga prekaša le Veliki hadronski trkalnik v Švici. Tlak znotraj vakuumskih cevi LIGO je le ena bilijoninka (10-12) zračnega tlaka na morski gladini (če bi predpostavili atmosfero zgolj s kisikovih O2 molekul in računali s plinsko enačbo, je to je še zmeraj okrog 1013 molekul kisika na kubični meter - povprečje za vesolje pa smo že omenili in je le nekaj atomov vodika na m3). LIGO mora vzdrževati tako dober vakuum iz dveh razlogov:
Prvič - molekule zraka, ki zadenejo zrcala, lahko povzročijo njihovo premikanje ali vibriranje, kar spremeni razdaljo, ki jo prepotuje laserski žarek. Tudi najmanjša sprememba razdalje lahko posnema ali prikrije spremembo, ki jo dejansko povzroči mimoidoči gravitacijski val. Tako redčenje zraka odpravlja torej šum (motnje) zaradi Brownovega gibanja. Zrak tudi upočasni laserski žarek - zato je nezaželen v ceveh.
Drugič - prah, molekule, lahko tudi povzročijo razpršitev svetlobe. To sipanje bi lahko napačno razlagali kot utripanje svetlobe, ki ga povzroči gravitacijski val. Še huje, če bi kos prahu padel na ogledalo v liniji z laserskim žarkom, bi ga laser sežgal in bi lahko povzročil nepopravljivo škodo na ogledalu, tako da bi postalo neuporabno. Glede na to, da proizvodnja vsake testne glave z zrcalom LIGO stane približno 2 milijona dolarjev (steklo in premazi), je izogibanje tej škodi z vzdrževanjem enega najčistejših vakuumskih sistemov na Zemlji ključnega pomena za funkcionalnost LIGO.
Ustvariti tako velik obseg praznega prostora na Zemlji (v ceveh detektorja LIGO) ni bila lahka naloga. Za odstranitev skoraj vsega zraka in drugih molekul iz vakuumskih cevi LIGO je bilo uporabljenih veliko tehnik:
Cevi so bile 30 dni segrevane na med 150 °C in 170 °C, da so odstranile preostale molekule plina, ki so bile v sami kovini. Vakuumi s turbo črpalkami (majhni reaktivni motorji, ki ustvarjajo sesanje namesto potiska) so izsesali večino zraka v ceveh. Ionske črpalke so nato ekstrahirale posamezne preostale molekule plina tako, da so jih električno nabile in nato pritegnile stran z nasprotnim nabojem, podobno kot pri magnetu opilke. Dejansko, ker kovina v vakuumski komori vedno oddaja nekaj plinastih molekul (odplinjanje), te črpalke delujejo neprekinjeno, da tako ohranijo praktično konstanten, nedotaknjen vakuum v ceveh. Trajalo je 40 dni (1100 ur), da so odstranili vseh 10.000 m3 (353.000 ft3 ) zraka in drugih ostankov plinov iz vsake od vakuumskih cevi LIGO, da so dosegli zračni tlak, ki znaša le eno bilijoninko (10-12) atmosfere. Postopek izčrpavanja se je na vsaki lokaciji zgodil samo enkrat, leta 1998 na LHO in leta 1999 na LLO. Zanimivo je, da LIGO od takrat ohranja ta vakuum v svojih ceveh, kjer potuje laserska svetloba!
Srce LIGO je njegov 200 W laserski žarek. Toda žarek se ne začne pri 200 W. Potrebni so štirje koraki, da povečate njegovo moč in izboljšate njegovo valovno dolžino do stopnje natančnosti, ki je pri laserju te vrste še nismo srečali. Prvi žarek svetlobe, ki na koncu postane močan laser LIGO, izvira iz laserske diode, ki skrbi za ustvarjanje 808 nanometrov (nm) skoraj infrardečega žarka z močjo približno 4 W. To je iste vrsta naprave, kot jo uporablja običajni laserski kazalnik. Čeprav se 4 W ne zdi veliko, pa laser v povprečnem laserskem kazalniku sveti z manj kot 5 milivati. Torej je 4-vatni žarek LIGO 800-krat močnejši od laserskega kazalnika, ki ga recimo uporabljate za zabavo vaše mačke! Drugi korak pri povečanju laserja LIGO do 200 W se zgodi, ko žarek s 4 W vstopi v napravo, imenovano neplanarni obročni oscilator (NPRO). NPRO je sestavljen iz kristala v obliki čolna, velikosti približno nohta! 4 W žarek se odbija znotraj tega kristala in stimulira emisijo 2 W žarka z daljšo valovno dolžino 1064 nm (v nevidnem infrardečem delu spektra). Tretji korak pri laserskem ojačanju LIGO se zgodi, ko zdaj 2 W, 1064 nm žarek vstopi v drugo ojačevalno napravo, ki mu poveča moč na 35 W. Ta 35 W žarek se nato pošlje skozi napravo, imenovano High Powered Oscillator (HPO), ki dodatno ojača in izboljša žarek. Končno je 35 W laser ojačan na 200 W oddane svetlobe. To je žarek, ki vstopi v interferometer LIGO. Ta večstopenjski laser z ojačevalci je potreben v LIGO, ker mora nenehno proizvajati »nedotaknjeno« le eno valovno dolžino svetlobe. Pravzaprav je laser LIGO najbolj stabilen, kar jih je bilo kdaj narejenih, da proizvaja svetlobo na tej valovni dolžini. Ta stabilnost je eden od številnih dejavnikov, ki so ključni za sposobnost LIGO pri zaznavanju gravitacijskih valov.

Nad krakom interferometra LIGO dolgim 4 km, v kraku je eden najčistejših trajnih vakuumov na Zemlji. Pod nami torej švigajo laserski žarki in preko interference s svetlobo iz sosednjega kraka beležijo nepredstavljive razdiralne oddaljene trke zvezd, ki povzročajo gravitacijske valove.

V ozadju je srce detektorja – to je centralna zgradba z laserjem, z razdelilnikom žarka in detektorjem, kjer se pravokotna kraka in tudi odbita laserska žarka interferometra LIGO, dolga 4 km, srečata. Gospd W. Katzman se je za našo skupino pri razlagi delovanja detektorja LIGO zelo potrudil.

Z današnjo ločljivostjo LIGO zaznajo gravitacijske valove skoraj vsake 4 dni ali pogosteje (veliko je bilo vprašanj z naše strani). Potem smo šli v prostor, kjer sta prikazani staro in novo zrcalo vpeto na vrveh (recimo nitke navite na valj z zrcalom) - nihalo namreč duši motnje, tresljaje od zunaj (potresi, tudi v oceanih, valovanje oceanov, človeške dejavnosti - promet, gradnja, električni daljnovodi, elektrarne, temperaturna nihanja same konstrukcije LIGO, okolice, motnje ptičev, ki radi kljuvajo ...). Vse to kažejo tudi ekrani v komandni sobi, tudi stopnjo vakuuma v ceveh, lego in velikost samega laserskega žarka, delovanje senzorjev, seveda vsekakor morebitne interferenčne vzorce ob detekciji gravitacijskih valov ...

Leta 2017 so prav za uspešno detekcijo gravitacijskih valov z detektorjem LIGO Nobelovo nagrado za fiziko prejeli Rainer Weiss, Barry Clark Barish, Kip S. Thorne.

Še zanimivost. Preden so detektirali gravitacijske valove, torej seveda tudi pred nominacijo za Nobelove nagrade, jih je mesečno obiskoval, po letu 2010, le en od treh bodočih Nobelovih nagrajencev (Barry Barish, ki je leta 1997 postal tudi direktor LIGO), ki pa je tudi naredil intervju z našim gostiteljem Williammom Katzmannom. Zelo zanimiva poanta - življenje je polno presenečenj. Glejte tudi LIGO revije:
https://www.ligo.org/magazine/
Še nekaj informacij - ki so posledica vprašanj naše skupine. Laserski žarek zapusti vir za kuli debeline, razprši se na 10 cm premera - dolga pot - zrcala ga zopet zožijo, na senzor (seveda le v primeru gravitacijskih valov) pa spet pade zožen ...

Če smo prav razumeli, imajo na 300 m razdalje še eno nihalo z ogledalom, da vedo, kolikšna je frekvenca nihanja in končni signal je vsota obeh (da tako nekako odštejejo zunanje dejavnike) ...
Dvojček detektorja je v Hanfordu na severozahodu ZDA (LIGO Hanford) je skoraj enako orientiran, le po enem kraku zrcalno. Tukaj je seveda orientacija zelo odvisna od ukrivljenosti Zemlje na dveh različnih normalah na površino ... Ligo v Livingstonu ima težave z vlago, leži na močvirnatem področju. V Hanfordu pa jim recimo vrane s kljuvanjem v led na tunelih nekoliko motijo signal ... To samo kaže na občutljivost senzorjev.
Da so najbrž zaznali prve gravitacijske valove 14. sep. 2015, jih je opozorila ekipa iz Nemčije (Inštitut Maxa Plancka), saj je takrat bila v ZDA še noč in je LIGO ekipa tam mirno spala in ko se je zbudila, je dosanjala sanje svojega življenja - detektor je dal po desetletjih truda končno rezultate in ostalo je zgodovina ... To zgodbo je povedal Michael Fyffe, eden od inženirjev v kontrolni sobi.

V kontrolni sobi detektorja LIGO se beleži in spremlja vse zunanje motnje in seveda vitalnost samega detektorja, stopnja vakuuma, lego žarka in seveda interferenčni signal – to je uspešne zadetke gravitacijskih valov. Zelo poučno – kontrolorji so zelo prijazni in seveda zelo vedo, kaj počnejo – poznajo podrobnosti, ki jih sicer ne prebereš v člankih.

Stroški centra LIGO so čez 40 milijonov dolarjev na leto. Samo za elektriko dajo okrog milijon dolarjev na leto – večina energije gre za hlajenje. Nacionalne fundacije za znanost je v projekt do danes vložila dobro milijardo evrov.

Bodočnost je optimistična. Pripravlja se še veliko dodatnih zmogljivejših detektorjev po celem svetu. Recimo ESA načrtuje merilnik gravitacijskih valov iz treh satelitov - Laser Interferometer Space Antenna (LISA) - nekje do leta 2035. Svoj LIGO bo zgradila tudi Indija. Kaj pa EU poleg ESA? Želi si zgraditi Einsteinov teleskop (interferometrom). Ena najbolj obetavnih lokacij za Einsteinov teleskop je obmejno območje Nizozemske, Belgije in Nemčije. Tukaj mehka zgornja plast zemlje blokira vibracije, ki jih povzroča človeška dejavnost na površini, kar omogoča podzemnemu observatoriju nemoteno izvajanje meritev. Poleg tega je za Einsteinov teleskop pomembna dobra povezanost in bližnja mreža institucij znanja in podjetij. Na koncu bodo odločili seveda evropski ministri, kje bo zgrajen Einsteinov teleskop. Sestavljali bi ga naj trije 10-kilometrski predori 250 do 300 metrov pod zemljo. Z Einsteinovim teleskopom (interferometrom) bodo na primer opazovali procese rojstva črnih lukenj, strukturo nevtronskih zvezd in naravo vesolja takoj po velikem poku. Prav tako želijo preizkusiti napovedi Einsteinove teorije relativnosti kot še nikoli doslej. ZDA pa načrtujejo Cosmic Explorer, to je tretja generacija zemeljskih observatorijev za gravitacijske valove. Ohranja zasnovo črke L, a z desetkrat daljšimi kraki, torej po 40 km, na drugi lokaciji pa po 20 km dolgimi kraki. To bo bistveno povečalo občutljivost observatorija, ki bo omogočil opazovanje prvih združitev črnih lukenj v zelo mladem vesolju. LIGO namreč ne more zaznati dogodkov starejših od cca 3 milijarde let (ocene so različne).

LIGO je bil za mnoge udeležencev - tudi zame - vrhunec strokovnega dela potovanja po ZDA. Na vseh je pustil globok pečat. Ti valovi niso zgolj akademsko zanimivi, ampak predstavljajo novo okno v vesolje, v meritve razdalj in lastnosti vesolja pri izjemno visokih energijah. To so trki zvezd, nastanek vesolja - veliki pok, merjenje Lemaitre - Hubblove konstante, ki je danes ena večjih neznank vesolja. Zakaj? Ker trenutno poznamo dve različni vrednosti - preko dveh različnih metod (preko oddaljevanja supernov tipa Ia in preko merjenja kozmičnega mikrovalovnega sevanja, ki je ostanek velikega poka, v resnici od trenutka, ko se je vesolje zaradi širjenja toliko ohladilo, da so nastali nevtralni atomi in je imelo sevanje prosto pot - 380 000 let po velikem poku, temperatura vesolja je bila takrat cca 3000 K). Lemaitre - Hubblova konstanta pa odloča o dinamiki vesolja - torej posredno tudi o naši usodi - usodi naše kozmične zgodovine in o usodi naših zelo oddaljenih potomcev. In meritve vesolja preko gravitacijskih valov, so še eno orodje za boljše razumevanje, boljši opis vesolja, življenja.

Zorko Vičar

[ Daljši potopis, S. mrk 2024 | S. mrk 8. apr. 2024, ZDA | Katedrale znanja | LIGO - detekcija gravitacijskih valov ]

Popolni Sončev mrk - 8. apr. 2024 - ZDA, Texas, Bogata - misija nemogoče (I)

Moderne tehnološke katedrale znanja - misija nemogoče, ZDA apr. 2024 (II)

Ko smo zaznali gravitacijske valove trka zvezd, ki se je zgodil pred 1,3 milijard let, ko na Zemlji še ni bilo vretenčarjev - misija nemogoče, ZDA apr. 2024 (III)

Popolni Sončev mrk - 8. apr. 2024 - ZDA, Texas, Bogata
- misija nemogoče (I)

Moderne tehnološke katedrale znanja
- misija nemogoče, ZDA apr. 2024 (II)

Ko smo zaznali gravitacijske valove trka zvezd, ki se je zgodil pred 1,3 milijard let, ko na Zemlji še ni bilo vretenčarjev
- misija nemogoče, ZDA apr. 2024 (III)