 |
/images/archive/gallery/113/425.jpg ניסוי גרעיני אמריקאי באי ביקיני, 1946.
אי-פי  |
|
|
|
|
| שלבים בהיווצרות כוכבי היקום, שינויים בכדור הארץ, רעידות האדמה ויער הסילקון |
|
|
|
 | דפדף בכלכלה |  | |
אלכס דורון
4/2/2005 10:21 |
|
|
|
|
|
|
|
באמצעות מאיצי חלקיקים אטומיים, שיחזרו מדענים בשווייץ ופינלנד את שרשרת התגובות הכימיות, הכי-הכי-בראשיתיות שהתחוללו ביקום, מרגע בריאתו ב"מפץ הגדול", לפני כ- 14 מיליארד שנה. הם הגיעו למסקנה, כי הפחמן שהוא אבן-הבניין היסודי ביותר ליצירת החיים על כדור הארץ נוצר בליבות הכוכבים. אבל איך התהווה - זו הייתה עד כה חידה.
כל הפחמן שביקום, כולל זה הדרוש ליצירת בעלי-חיים ובני אדם, נוצר בליבות הכוכבים בתהליך המכונה "ריאקצית אלפא המשולשת". לשחזור שרשרת התהליכים הכימיים שהתחוללו, ולקביעת קצב ההתרחשויות, יש כמובן השלכות רחבות מאד עבור האסטרו פיסיקאים, החל מהבנת הדרך בה התעצבו הכוכבים הראשונים, ועד ליצירת כל היסודות הכימיים הכבדים, שהגיעו אלינו רק בעקבות התפוצצות אדירה של כוכב, במה שמכונה סופרנובה.
"מדהים הוא הקשר בין עולם החלקיקים התת-אטומיים לבין היקום כולו", התבטא בנושא זה פרופ' הנס פינבו, מאוניברסיטת אאהרוס הדנית, ראש צוות המחקר הבינלאומי שהפעיל את מאיץ החלקיקים האירופי הגדול, סר"ן, בז'נבה.
וכך מסבירים עתה המדענים את השלבים השונים בהיווצרות כוכבי היקום והחיים: מיד לאחר המפץ הגדול, הלא הוא הביג-בנג, התהווה בעיקר מימן והליום. זה השלב בו לא היו ביקום הבראשית, גרעינים אטומיים חיים אחרים כדי ליצור את הגשר הדרוש להיווצרות היסודות הכימיים הכבדים, כמו הפחמן ואחר כך האחרים.
אבל בליבות הכוכבים, החל להיווצר הפחמן הנדרש, בעקבות תהליך כימי ייחודי המכונה ריאקצית אלפא משולשת,
שבה שלושה גרעינים של הליום או חלקיקי אלפא - הותכו יחד ובהמשך נוצר הגרעין של האיזוטופ פחמן 12. כדי לשחזר את התהליך, השתמשו המדענים באיזוטופים בורון 12 וחנקן 12 שהם קצרי-חיים וסמוכים לפחמן בטבלה המחזורית.
את בורון 12 יצרו החוקרים במאיץ החלקיקים בז'נבה, את חנקן 12 – במאיץ במעבדה בפינלנד. הגרעין הבלתי יציב שלהם הפך מהר מאד לפחמן 12 ואחר כך האיזוטופ הזה, נשבר שוב לחלקיקי האלפא. החוקרים מדדו במדויק את הזמן והאנרגיות שנדרשו לתהליך ההתכה וההתפרקות הזה וגם קבעו כי התרחש בטווח טמפרטורות שבין מאית המעלה, ל- 10 מיליארד מעלות (הנמדדות בסולם קלווין, לא צלזיוס).
יחסית, מדובר בתהליך המתרחש בליבות כוכבים בטמפרטורות נמוכות מכפי שחשבו בעבר. בליבות הכוכבים הכי ראשוניים שהתהוו ביקום הקדום, שררה טמפרטורה של 0.05 מיליארד קלווין, ללא פחמן. התהליך הואץ: כמות הפחמן שנוצרה בתהליך קטליטי של שריפת המימן, הייתה כפולה ומהירה הרבה יותר מכפי שסברו עד היום.
לאותה טמפרטורת השיא של מעל 1 מיליארד מעלות קלווין, בתהליך האלפא המשולש הנ"ל, כנדרש ליצירת היסודות הכימיים הכבדים – הגיעו הכוכבים מהר יותר מכפי שהעריכו. סיום התהליך היה בהתפוצצות, סופרנובה, שהשליכה בכוח עצום למרחבי היקום את היסודות הכימיים השונים וביניהם גם ברזל. יסודות אלו כבר יצרו אינטראקציות כימיות עם גלי ההלם שסבבו אותם. כך התהווה ניקל (איזוטופ ניקל 56 לשם דיוק). מחקר המשך יברר כיצד התהוו שאר היסודות הכימיים מאותו גרעין בראשית.
|
|
 |
|
 |
|
|
|
|
|
 |
|
 |
|
שינויים בכדור הארץ
|
|
|
 |
|
|
|
מול המחקר העוסק בהתהוות היקום מספקים עתה חוקרים סידרת מחקרים על שינויים שמתרחשים בכדור הארץ וגם בשמש שלנו. באמצעות לווייני נאס"א הוברר למשל, כי חל שינוי בצורה כדור הארץ בהשפעת אירועי אקלים. אלו הביאו לשינויים במסת המים באוקיאנוסים, בצורת היבשות ובשינויים באטמוספרה. אירועי אל-ניניו ודומיו משפיעים על כמויות המים הזורמים באוקיאנוסים.
שינויים אחרים בעיצובו וצורתו של כדור הארץ, שהמדענים שמו לב אליהם, מושפעים מהשדה המגנטי של כדור הארץ שעובר שינויים מדודים מאז 28 שנה. גם התברר שחל שינוי בכדוריות ובעגלגלות הפחוסה שלו. בעיקר הוא נעשה יותר שטוח בקטבים ויותר רחב ב"מותניו", כלומר באזור קו המשווה שלו.
לצורך זה השתמשו המדענים בציוד מדידה שהופעל מתחנות קרקע העוקבות אחר הלוויינים ומד-טווח לייזר לווייני. רמת הדיוק הייתה 1 מילימטר. התברר כי יש שינויים גדולים במחזוריות המים המתאדים מהאוקיאנוסים יוצרים את העננים באטמוספרה וחוזרים שוב לכדור הארץ כגשם ומשקעים הנספגים בקרקע.
שינוי משמעותי החל בעקבות אירוע אל-ניניו של שנת 2002 שגרם לשינויים במזג האוויר. כמו כן, שמו לב המדענים לשינויים שחלו בשדה המגנטי של כדור הארץ ובכוח המושך הבלתי נראה, כוח הכבידה או הגרוויטציה שגורם עתה לשינויים קלים מאד בתנועת גופים בחלל, למשל רכבי-חלל.
ואם לא די בכך, הרי שמחקר נוסף שבחלקו נעשה בידי מדען בריטי החי בישראל, ד"ר ג'רי סטנהיל, העלה כי עקב זיהום האוויר בחלקיקי פיח וגופרית, יש ירידה הדרגתית באור השמש, בעיקר ברמת השקיפות שלו כשהוא מוחזר מהחלל.
במלים אחרות: כמות האנרגיה הסולארית המגיעה לכדור הארץ פוחתת. על-פי חישוב: ב- 50 השנים האחרונות שיעור הירידה באור השמש הגיע ל- 22 אחוז. בארה"ב היא כ- 10 אחוז ובחלקים שונים של בריה"מ לשעבר בעיקר במרחבי אסיה – הירידה אפילו מגיעה לכדי 30 אחוז. על כדור הארץ מתחוללת עתה "התעמעמות גלובלית".
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
תופעות רעידות האדמה
|
|
|
|
|
|
|
כדי ללמוד טוב יותר את תופעת רעידות האדמה חייבים מדענים ליצור הדמיות וסימולציות מתאימות. טכנולוגיה חלוצית שפותחה על בסיס נתונים שנאספו ממערכת לווייני האיכון, ה- GPS אפשרה לראשונה להפיק סרט קולנוע המתאר רעידת אדמה. בסרט האנימציה רואים כיצד מתחולל עיוות צורה בפני-השטח של כדור הארץ עקב רעידת אדמה בעוצמה של 8.3 בסולם ריכטר כמו זו שפקדה את חופי האי היפני הוקאידו בספטמבר 2003.
סיסמוגרפים שעוקבים אחר רעידות אדמה ומודדים תנועות האצה החלות בלוחות קרום כדור הארץ, לא סיפקו חישובים לגבי תנועת פני-הכדור המתרחשת בשבריר שניה. מכשירי המדידה עצמם מאד רגישים, ומצביעים על כל שינוי – אבל לא מספקים חישוב מדויק. בעיקר לא כאשר מתרחשת רעידה רבת עוצמה.
גם מקלטי מערך הלוויינים לאיכון וניווט אינם רגישים, אבל הם קשיחים חזקים דיים כדי לפעול גם עקב רעידה גדולה. הם מספקים אז מדידת מיקום מדויקת גם במצב כזה. מאחורי החידוש עומדת מהנדסת חלל ותעופה אמריקנית, ד"ר כריסטין לרסון מאוניברסיטת קולורדו, חלוצת השימוש בנתוני GPS לשימושי סיסמולוגיה.
מערך של יותר מאלף מקלטי GPS בתחנות בקרה וניטור ביפן בלבד, הקליטו את רעידת האדמה שהתרחשה בהוקאידו. כל מקלט מדד מיקום אחד לשניה ברמת דיוק של מילימטרים. בעקבות זאת הועלה כל המיידע שנאסף על מחשב שיצר סרט אנימציה שבו רואים גלים ססמיים.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
יער הסילקון
|
|
|
|
|
|
|
מול "עמק הסיליקון" של ההיי-טק בקליפורניה, יש עתה במדינת וושינגטון "יער הסיליקון". זהו מיזם מדעי חדשני של חוקרים בתחום החומרים המתקדמים המנסים "לאבן" עץ, מבלי לחכות לכך מיליוני שנים. המטרה: להפוך עצים למינרל, מחצב, לשימושים תעשייתיים שונים. בטבע, תהליך זה דורש כמה מיליוני שנים. אבל החוקרים האמריקנים עושים זאת בתוך ימים אחדים.
צוות המחקר עושה זאת ביער גינגקו, ליד ריצ'לנד במדינת וושינגטון, במעלה נהר קולומביה. העצים שם, נעקרו ונפלו בתהליך הרס שהתחולל בעקבות התפרצות געשית. הם נקברו ללא חמצן מתחת לשכבת הלבה הרותחת. הרכיבים העציים שלהם, יבשו ונספגו בתוך המינרלים שבקרקע. זו תהליך שהתרחש בעידנים קדומים. החוקרים מבקשים לעשות כל זאת במהירות.
הם ביצעו במעבדה ניסוי מעניין – עליו דיווחו לכתב העת העוסק בחומרים מתקדמים: הם נטלו לוחות של עץ אורן וצפצפה וטבלו אותם באמבטיית חומצה. אחר כך הספיגו את העץ במשך יומיים נוספים בתרכובת של סיליקון, תהליך שעליו חזרו שלוש פעמים, ייבשו את הלוחות, חיממו בכבשן-אש שהוזן בגז ארגון עד ל- 1,400 מעלות. "הבישול" נמשך שעתיים. העץ קורר שוב בטמפרטורת החדר בעזרת אותו גז.
התוצאה: מאובן עץ קשיח, כאשר הסיליקה "התיישב" קבע בשילוב עם הפחמן בתאית – והתווה חומר חדש בשם סיליקון קרביד, SiC שהוא חומר קראמי שאפשר להשתמש בו לצרכים תעשייתי רבים. החומר הזה משכפל אחד-לאחת במדויק את ארכיטקטורת העץ ואת התכונות הנדרשות.
אף כי לא סביר שייצרו שבבי מחשב על מצע של סיליקון-קרביד – במקום הסיליקון הנוכחי – יש עניין רב לייצר חומרים קראמיים על בסיס עץ. משום שמדובר בחומרים בעלי פני-שטח בעיצוב אחר לחלוטין, חדשני. 1 גרם של חומר עצי כזה, למשל, יכול לשמש לציפוי כל המשטח של מגרש כדורגל. לחומר הזה יש חשיבות רבה בתעשיות כימיות, לצרכי סינון מזהמים בתוך צנרת ייחודית בתוכה מזרימים גזים. אפשר יהיה גם ליצור כך חומרים דמויי-סיבים. לחומר שהתהווה בתהליך הייחודי שיצרו החוקרים האמריקנים יש תכונות הרבה יותר טובות, מאשר זה שהתהווה בתהליכים טבעיים ארוכי-שנים.
| | | | | |
|
|
| |
|
| |
|
|
|
