Vybrali sme z Quarku 11/2020

Nestihli ste si kúpiť novembrový Quark? Dávame vám do pozornosti najzaujímavejšie články a novinky zo sveta vedy a techniky, ktoré priniesol za posledný mesiac.

Zem ako veľký magnet (Téma)

Súčasný moderný pohľad na geomagnetizmus vyžaduje integrovaný prístup v rámci geovedného výskumu a prienik poznatkov viacerých príbuzných vedeckých disciplín. V posledných desaťročiach sa magnetická porušenosť v krátkych časových škálach chápe v širšom kontexte ako jeden z prejavov tzv. kozmického počasia. Pojmom kozmické počasie sa označujú podmienky v blízkom kozmickom okolí Zeme, ktoré sa menia vplyvom variabilnej slnečnej aktivity a majú priamy alebo sprostredkovaný dosah na Zem a našu každodennú činnosť. Podobne ako pri pozemskom (meteorologickom) počasí sa vedci snažia pochopiť príčiny a predpovedať budúci stav aj v prípade kozmického počasia. Naša súčasná spoločnosť je závislá od dômyselných technológií (komunikačných, energetických, navigačných systémov), ktoré považujeme za samozrejmosť, no neuvedomujeme si, aké môžu byť zraniteľné. Problémom pre tieto technológie je porušené kozmické počasie v dôsledku energetických procesov na Slnku, ktoré sa v kozmickom priestore okolo Zeme prejavuje napríklad poruchami magnetického poľa, zvýšenými tokmi energetických častíc alebo zmenami v kozmickom žiarení. Následne môžu nastať zlyhania citlivých elektronických zariadení na palubách umelých družíc a lietadiel alebo sa môžu indukovať anomálne prúdy v dlhých elektrických vedeniach vysokého napätia. V extrémnych prípadoch boli dokonca zaznamenané poškodenia satelitov a niekoľkohodinové výpadky v elektrických rozvodných sieťach na rozsiahlych územiach.

Typickým prejavom porušeného kozmického počasia, ktorý môžeme pozorovať na zemskom povrchu, sú magnetické búrky. Napríklad v celej kanadskej provincii Quebec 13. marca 1989 v dôsledku silnej magnetickej búrky nastal okolo tretej hodiny výpadok elektrickej rozvodnej siete a trval až deväť hodín. To, že výpadok nastal nadránom a v čase veľmi chladného počasia, spôsobilo šiestim miliónom poškodených obyvateľov veľké problémy. Škody zapríčinené touto magnetickou búrkou sa počítajú v desiatkach miliónov kanadských dolárov.

Najnovšie zistenia vedcov ukazujú, že podobné magnetické poruchy, aké spôsobili výpadok dodávky elektrického prúdu v Quebecu, by sa mohli vyskytnúť aj v stredných zemepisných šírkach, a teda by mohli zasiahnuť aj našu krajinu. Kozmické počasie sa v súčasnej spoločnosti chápe ako významný rizikový faktor, preto je potrebné jeho systematické skúmanie a monitorovanie na celosvetovej úrovni, a to v spolupráci s odborníkmi v oblasti slnečnej astrofyziky a kozmickej geofyziky. Koncovými odberateľmi produktov výskumu a monitorovania kozmického počasia sú najmä civilné a vojenské letectvo, kozmonautika, telekomunikácie a energetika. Kozmické počasie sa z perspektívy geofyziky zameriava na geoefektívne slnečné energetické úkazy, čo sú procesy na Slnku schopné vyvolať geomagnetickú odozvu. Táto problematika je pomerne rozsiahla a jej štúdium zahŕňa celý kauzálny reťazec javov od povrchu Slnka cez slnečný vietor, zemskú magnetosféru, ionosféru až po povrch Zeme.

„Od malička sme všetci vedcami, pretože nasávame informácie. Tu je počiatok vzťahu k veľkej, skutočnej vede,“ hovorí v novembrovom rozhovore pre Quark minister školstva, vedy, výskumu a športu SR Branislav Gröhling.

Odolní miniastronauti (Astrobiológia)

Hypotéza panspermie – v modernej verzii prenos živých foriem medzi planétami – je stále iba hypotéza. Viaceré jej zretele prezentované aj Hoylom a Wickramasinghom (napríklad vznik niektorých epidémií infekčných chorôb po dopade kometárneho a meteorického materiálu na zemský povrch) sú objektívne kritizovateľné. Nie je to však bežná špekulácia. V jej pozadí je experimentálny kontext. V prvom rade ide o objavy zložitých chemických zlúčenín vrátane niektorých stavebných kameňov živej hmoty, ako ju poznáme, v oblakoch medzihviezdnej hmoty a vnútri komét a meteoritov. V druhom rade sú to experimenty, ktoré ukázali, že časť organických zlúčenín, a dokonca aj mikróbov, prežije laboratórne simulované extrémy dopadu meteoritu. Tento kontext sa ďalej rozširuje, najnovšie vďaka misii Tanpopo, ktorá prebiehala na Medzinárodnej vesmírnej stanici ISS. Uskutočnil ju sedemnásťčlenný tím japonských vedcov, ktorý viedol Akihiko Yamagishi z Tokyo University of Pharmacy and Life Sciences. Výsledky vedci uverejnili v časopise Frontiers in Microbiology.

Tanpopo je po japonsky púpava. Misiu takto nazvali pre vonkajšiu podobnosť podstaty hypotézy panspermie. Jej reálnosť sa mala testovať podobným spôsobom, ako keď vietor roznáša semená púpavy po lúkach na našej planéte. Členovia tímu si z poznatkov o meteoritoch odvodili, že väčšiu šancu na prežitie extrémov voľného kozmu by mali formy života ukryté pri ceste vesmírom vnútri nejakého útvaru. Preto pre hlavný experiment misie zvolili baktérie z rodu Deinococcus, konkrétne druhy D. radiodurans, D. aerius a D. aetherius. Najmä prvý z nich je dobre známy tým, že bez väčších problémov znáša aj veľmi silnú rádioaktivitu. Tieto baktérie totiž vytvárajú kolónie, zhluky veľké až vyše jedného milimetra, čiže viditeľné voľným okom. Baktérie vnútri takého zhluku by logicky mali byť lepšie chránené pred vonkajšími vplyvmi. Motivoval ich aj skorší výskum pomocou lietadiel a výškových balónov, pri ktorom našli vo vzorkách vzduchu zemskej atmosféry baktérie Deinococcus, ktorých kolónie sa vznášali až vo výške 12 kilometrov nad povrchom. Položili si otázku: „Ako vysoko by ešte prežili v atmosfére?“ To ich napokon priviedlo k rozšíreniu výskumu, v rámci ktorého sa rozhodli zistiť, ako by baktérie Deinococcus odolávali extrémom voľného kozmického priestoru. Využili na to zariadenie EFU (Exposed Facility Unit) pripojené zvonku k japonskému modulu Kibó na ISS, ktorý slúži na testovanie vzoriek v kozme. Rôzne veľké zhluky Deinococcus na ňom ponechali jeden rok, dva a tri roky (2015 – 2018). Vyšlo najavo, že v zhlukoch, ktorých rozmery presahovali určitú hranicu, prežila časť baktérií aj trojročný pobyt v kozme.

Viac z oblasti vesmírneho výskumu: Život v atmosfére Venuše, Slovenské vesmírne odysey (Čítanie).

Farby noci (Pýtame sa odborníkov)

Paleta farieb, ktorú na nočnej oblohe dokážu citlivé fotoaparáty zaznamenať, je pestrá. Všimnúť si môžeme zelenú, žltú, červenú a rôzne odtiene fialovej. Za hranicami schopností našich očí by sme videli ešte infračervené či ultrafialové spektrum žiarenia. Za každou farbou sa skrýva iná reakcia. Zelenú farbu s vlnovou dĺžkou 557,7 nm spôsobuje emisia atomárneho kyslíka O s maximom vo výške 97 km. Atomárny kyslík O emituje tiež červené žiarenie s vlnovou dĺžkou 630 nm nachádzajúce sa vo výškach 250 – 300 km. V nami viditeľnom spektre sa nachádza aj emisia sodíka Na (80 – 105 km) spôsobujúca žltú farbu. Za hranicami nášho zraku sa nachádza emisia radikálov hydroxylu OH vo výške 85 – 95 km (infračervené spektrum 700 – 1 800 nm) a emisia molekulárneho kyslíka O₂ s maximom vo výške 90 – 100 km (ultrafialové spektrum 300 – 400 nm). Emisií, ktoré môžu vysokocitlivé kamery zaznamenať, je viacero, tieto však radíme medzi hlavné.

Snaha pozorovať či fotografovať airglow nemusí byť vždy úspešná. Ak je slnečná aktivita slabá, intenzita airglow môže byť príliš nízka na to, aby ho fotoaparát zachytil. Rôzne štúdie ukázali súvis nielen so slnečným cyklom, ale aj s orientáciou Zeme k Slnku počas roka. Vďaka tmavej oblohe sa najlepšie pozorovacie podmienky nachádzajú v Parku tmavej oblohy Poloniny na Slovensku. Práve preto je na astronomickom observatóriu na Kolonickom sedle umiestnená unikátna pozorovacia stanica AMON-ES (z angl. Airglow MONitor – Extended Station). Obsahuje niekoľko prístrojov, ktoré sú schopné monitorovať vývoj airglow počas noci a v priebehu roka. Zariadenie bolo vyvinuté na oddelení kozmickej fyziky Ústavu experimentálnej fyziky SAV v Košiciach. Jedným z prístrojov je celooblohová kamera, ktorá s použitím úzkopásmových filtrov zhotovuje snímky airglow z rôznych nadmorských výšok. Výskum airglow slúži aj na monitorovanie diania v hornej atmosfére, napríklad na detekciu ionosférických porúch, ktoré majú vplyv na prenos signálu z vesmírnych satelitov na Zem.

Výskum airglow na Slovensku už má určitú tradíciu. Prvé merania airglow v troch spektrálnych čiarach sú z roku 1957. Vykonané boli na Observatóriu Lomnický štít počas prvých rokov jeho prevádzky. Zrejme najkrajší pohľad na airglow majú astronauti z Medzinárodnej vesmírnej stanice ISS, ktorí ho pozorujú ako farebnú súčasť zemskej plynnej obálky. Vieme, čo ho spôsobuje, kde sa nachádza a dokážeme merať jeho intenzitu. Na základe údajov o slnečnej aktivite a stave atmosféry sa ho usilujeme aj predpovedať. Naďalej je to však málo známy úkaz, ktorý zrejme pred nami ukrýva ešte mnohé tajomstvá. Žijeme v dobe, ktorá nám azda vďaka zanietenosti ľudí po celom svete prinesie nové poznatky aj o tomto fascinujúcom jemnom žiarení horných vrstiev atmosféry.

V novembrovom čísle Quarku ste si mohli pozrieť aj vydarené fotografie dvoch typických slovenských živočíchov – svišťa a medveďa.

Prúdenie pri šliapaní vody (Vedátor)

V práci publikovanej v časopise Sports biomechanics vedci detailne sledovali pohyb nôh športovcov a rozdelenie tlaku vody okolo ich chodidiel pri takzvanom šliapaní vody. Vtedy dokážu hráči krúživým pohybom nôh zostať vysoko nad hladinou aj bez použitia rúk. Šesť vodných pólistov bolo snímaných rôznymi podvodnými kamerami a na chodidlách mali umiestené tlakové senzory. Cieľom výskumníkov bolo študovať, čo presne sa pri pohybe deje a ako sa hráči udržia nad hladinou. Idea akéhokoľvek plávania je po fyzikálnej stránke vcelku priamočiara. Keď kopneme nohou do vody, potlačíme isté množstvo kvapaliny a v dôsledku Newtonových pohybových zákonov sa naše telo posunie v opačnom smere. Prirovnať by sme to mohli k rakete, ktorá pri ceste do vesmíru vypúšťa horúci plyn nadol, čo ju tlačí smerom nahor. Tento istý dej sa však dá popísať aj iným spôsobom – pomocou tlaku vody. Na rôznych stranách chodidla nie je rovnaký tlak. Na tej strane, ktorou odtláčame vodu, je vyšší tlak ako na tej opačnej. Tak vzniká rozdiel tlakov a výsledkom tohto rozdielu je sila, ktorá na nás pôsobí a v kvapaline nás tlačí dopredu.

V tejto oblasti prichádza veľmi zaujímavý výsledok spomínanej štúdie. Vedcom sa podarilo porovnať kamerové zábery pohybu chodidiel s tlakmi, ktoré namerali senzory. A rozdiel tlakov bol väčší, ako by sa iba z pozorovaného pohybu dalo očakávať. Vedci predpokladajú, že ide o dôsledok nestabilného vírivého prúdenia okolo chodidiel. Pohyb nôh vo vode vytvára víry, ktoré ešte výraznejšie znižujú tlak za chodidlom a zvyšujú silu pôsobiacu na hráčov. Rovnaký efekt bol pozorovaný v podobnej štúdii s plavcami a prúdením v okolí ich rúk. Ukazuje sa teda, že pravdepodobne ide o všeobecný efekt pri pohybe vo vode, a jeho ďalšie štúdium by mohlo pomôcť plavcom k efektívnejšiemu pohybu. To si však bude vyžadovať ďalšie výskumy, najmä detailnejšie študovanie a vizualizáciu samotného prúdenia vody. Nakoniec sa však ukazuje, že otázka šliapania vody predsa len súvisí s jedným veľmi podstatným fyzikálnym problémom. Pri rýchlych prúdeniach sa tekutina chaoticky premiešava, vznikajú komplikované víry a správanie kvapaliny v takomto turbulentnom prúdení zatiaľ nevieme dobre predpovedať. Lepšie porozumenie turbulencii môže viesť napríklad k efektívnejším lietadlám, lepším predpovediam počasia, a dokonca aj k lepšiemu zvládaniu niektorých ochorení ciev. A ktovie, možno sa v tomto smere dozvieme niečo zaujímavé aj pri ďalšom štúdiu toho, ako vodní pólisti šliapu vodu.

Mohlo by vás zaujímať: Dokonalá synchronizácia, Satirická cena. 

Chodiaci papier (Experimenty)

Čo sa udialo vo výskume?

V Brne prišli na to, ako liečiť paradontózu. Ide zatiaľ len o experimentálnu liečbu.

Výskum ukázal, že za posledných dvetisíc rokov hrali sopky väčšiu úlohu v premenlivosti prirodzenej teploty, ako sa doteraz myslelo.

Mravce Solenopsis richterisú schopné používať vonkajšie nástroje tak, aby sa vyhli utopeniu sa.

Vedci preukázali, že veľká skupina vírusov vrátane chrípkových vírusov a iných závažných patogénov kradne genetické signály svojim hostiteľom, aby rozšírila svoje vlastné genómy.

Oceány absorbujú viac oxidu uhličitého, ako sa doteraz myslelo.

Mikrobiológovia náhodne objavili baktérie, ktoré sa živia mangánom a používajú kov ako zdroj kalórií. Zistenie pomôže výskumníkom lepšie pochopiť geochémiu podzemných vôd.

Nový rod a druh mosasaura identifikovali z lebky dlhej jeden meter a izolovaných kostí nájdených vo fosfátovej bani v Maroku.

Zem nemusí byť nevyhnutne najlepšou planétou na život vo vesmíre. Geobiológovia identifikovali 24 superobývateľných planét mimo našej slnečnej sústavy.

Archeológovia objavili v Izraeli 6 500 rokov starú dielňu na tavenie medi.

Na okrajoch ľadových šelfov dvoch najdôležitejších ľadovcov Antarktídy sa vyskytli veľké trhliny a otvorené zlomy.

Nový algoritmus strojového učenia dokáže vytvárať obrázky iba pomocou textových titulkov.

Doteraz vesmírny systém sa stal tento rok súčasťou tenisového turnaja French Open na tenisovom štadióne Rolanda Garrosa neďaleko Paríža. Počas turnaja sa tam po prvý raz použili vesmírne sprchy pre tenistov, ktoré vodu použitú na sprchovanie recyklovali na vodu na splachovanie toaliet v šatni.

Čítajte viac…

 

Pre aktuálne informácie a ďalšie zaujímavosti sledujte Quark na Facebooku www.facebook.com/casopisquark.

Zdroj: Quark

(DK)