Új Szó - Vasárnapi kiadás, 1982. július-december (15. évfolyam, 26-52. szám)
1982-07-09 / 27. szám
ÚJ szú 17 1982. VII. 9. TUDOMÁNY TECHNIKA A múltkori számunkban a világegyetem anyagi és szerkezeti fejlődésének utolsó fejezetéig, a csillagok koráig jutottunk el. Ez a korszak az első 1 millió év végétől egészen napjainkig tartó időszakot öleli fel. A csillagkorszak kezdetén az ad- . dig egyensúlyban levő anyag és sugárzás elszakadt egymástól, és azután sorsuk csaknem függetlenné vált. A sugárzás a tágulással lehűlt a ma észlelhető kb 3°K (-270 °C) hőmérsékletre, míg az atomos anyag sajátos átalakuláson ment keresztül. Az elszakadás előtt a sugárzás hatására az anyag egyenletesen töltötte ki a teret. A' belső mozgás során - fellépő esetleges sűrűsödéseket az igen .erős gammasugárzás mindig szétrombolta. Az atomossá váló anyag (hidrogén és hélium) a mindinkább táguló és lehűlő világegyetem csökkenő energiájú sugárzásának köszönhetően különálló gázfelhőkbe kondenzálódni kezdett. Ennek a folyamatnak a részleteit még sok tekintetben homály fedi, és ezen a területen a csillagászok ma is igen aktív kutatást folytatnak. Ezzel a jelenséggel elsőként Jeans angol csillagász foglalkozott, ezért azt a minimális méretet, amely mellett valamely gázfelhő belső gravitációs erői folytán a környezettől képes elkülönülni, Jeahs- hossznak nevezzük. Mai becslések szerint ezeknek a gázfelhőknek a tömege 105 - 101S naptömeg között lehet. Az alsó határ egy tipikus gömbhalmaz tömegének felel meg, míg a felső egy galaxishalmaznak. A mintegy 10 27 gr/cm3 sűrűségű galaxishalmazok saját gravitációs terükben összehúzódva több instabilitási fázison mentek keresztül, aminek következtében először gajaxismé- retü, majd összehúzódással és feldarabolással ezeken belül csil- laghalmaznyi, majd csillagnyi anyagtömegek különültek el. Végeredményképpen előttünk áll a megfigyelésekkel is alátámasztott kép: a galaxishalmazok, galaxisok, csillaghalmazok, valamint csillagok hierarchikus láncolata. Kövess1'" most végig azt az utat, amely a csillagok kialakulásához vezetett. A hidrogénből és csekély héliumból álló galaxis- nagyságnyi gázfelhőkben a részecskék szabálytalan hőmozgása és a gravitáció hatására helyi összesürüsödések, anyagcsomók váltak ki. Az idő múlásával a folytonosan ható gravitációs. erő a gázfelhő középpontjában minden atomot közelebb húz a többihez. A gravitációs centrum felé zuhanó atomok lassan emelik a gáz hőmérsékletét. Ha ez a zsugorodó, növekvő hőmérsékletű „tűzgömb“ eléri az 55 000 C-ot, a hidrogéngáz atomjainak a sebessége már olyan nagy, hogy egymással ütközve elveszítik elektronjaikat a protonok körüli pályáról. így az eredeti hidrogéngáz (a hélium csekély mennyiségét nem vesszük figyelembe) elektronokból és protonokból álló két gáz keverékévé alakul át. Az anyag ilyen megjelenési formáját plazmának nevezzük. A pazma tulajdonképpen a negyedik halmazállapot, és nem más, mint nagy hő mérsékleten létrehozható atomok és elektronjaik gázkeveréke Az eredeti, mintegy 150-200 trillió km átmérőjű gázgömb mindössze 160 millió km-re zsugorodott, hogy ez az állapot létrejöhessen.(Képzeljük el, hogy egy több omeletes ház gomgostűfejnyi nagyságúra zsugorodott). A gázgömb tovább folytatja az összehúzódást egészen addig, míg a belső sugárnyomás ki nem egyenlíti a gravitációs erőt. De ekkor már a csillag középpontjában a hőmérséklet eléri a kritikus 11 millió “C- ot. Kritikus, mert, ezen a hőmérsékleten indul be a csillag belsejében az a folyamat, amelyet magfúziónak nevezünk, és amely reakció során a hidrogénatomok egymásba préselődve átalakulnak 99%-nyi idejét kormányozza. A mi Napunk ugyanebben a fázisban van, mintegy 5 milliárd éve égeti a hidrogént héliummá. Hidrogén- készlete akkora, hogy lehetővé teszi további kb. 5 milliárd évre a változatlan energiaszintű „üzemeltetést“. Ebből bizonyára mindenki arra a következtetésre jut, hogy minél nagyobb tömegű egy csillag, annál tovább tart az élete. Hogy ez mennyire nincs így, azt a későbbiekben látni fogjuk. A termonukleáris reakció a csillag magjában zajlik, másutt a hőmérséklet túlságosan alacsony. A magfúzió során keletkező hélium a további reakciókban már nem vesz részt, hanem a csillag központi magjában „salakként“ felhalmozódik. A héliummag ugyanis már két pozitív töltésű protont tartalmaz, következésképpen két héliummag között az elektromos taszítóerö sokkal nagyobb. Ahhoz, hogy ez az elektromos „gát“ átszakadjon, vagyis elegendően heves ütközés jöhessen létre, már nem 11, hanem 93 millió fokos hőmérséklet szükséges. Idővel a hidrogén elégetése burkába. Ekkor azonban a tiszta héliumból álló mag elkezd összehúzódni, mert megszűnik benne a sugárnyomás, a kifelé áramló energiának a nyomása, amely addig ellensúlyozta a kívülről ránehezedő gáztömeg súlyát, vagyis a gravitációt. A csillag szerkezete nagyon rövid idő alatt teljesen átrendeződik. Míg a belső mag összehúzódik, addig a külső burok, a felszínhez egyre közelebb végbemenő energiatermelés hatására felfúvódik, néha teljesen leszakad a csillag magjáról. A csillag légköre a felfúvódással egyben lehűl, színe vörössé válik. A csillagoknak ezt az állapotát a csillagászok a „vörös óriások“ névvel illetik. A vörös szín bizonyos csillagokon szabad szemmel is észrevehető. Közülük talán az Orion csillagkép Berelgeuse nevű csillaga a leghíresebb. A szóban forgó csillagok felszínének a hőmérséklete mindössze 3000 fok, az anyagukat alkotó gáz sűrűsége rendkívül alacsony. Ilyen ritka gázt a Földön csak jó-minőségű vákuumszivattyúkkal tudunk előállítani. Miközben a külső hidrogénhéj kifelé tágul, a belső héliummag összehúzódik, s ezáltal a központi hőmérséklet emelkedik. A nehezebb atomokból álló gáz nyomása sokkal nagyobb, mint a hidrogén esetében, és a hőmérséklet "is jóval nagyobb lesz. Ha a hőmérséklet eléri a százmillió °K értéket, megindul a héliumatomok fúziója, Az anyag története (II. RÉSZ) héliumatommá. Közben olyan nagy mennyiségű energia szabadul fel, hogy a csillag sugározni képes; hőt, fényt és nagy mennyi- . ségű energiát bocsát ki magából Ezt, a csillagok életének az első, de leghosszabb szakaszát kitöltő folyamatot proton-proton reakció- . nak is hívják, mivel maga a hidrogénatom csupán protonokból áll. Amikor két proton viszonylag nagy távolságra van egymástól, akkor elektromosan taszítják egymást, mivel minden protonnak pozitív elektromos töltse van. Ha viszont nagyon közel kerülnek egymáshoz, akkor a taszítóerő eltörpül a még erősebb magerő vonzásával szemben. Ilyen megközelítésekre azonban csak igen heves ütközések során kerülhet sor. Heves ütközéseket pedig csak akkor tu-, dunk elérni, ha növeljük a részecskék energiáját (jelen esetben a hőmérséklet növekedésével). Tehát áz ütközés pillanatában a nukleáris vonzerő olyan nagy, hogy a két protont egyetlen maggá egyesíti. Ugyanakkor az ütközés során keletkező energia hő és fény formájában kisugárzódik. E két protonnak az egyesülése viszont az első lépés abban a reakciósorozatban, melynek során a hidrogénből hélium keletkezik. További ütközésekkor két további proton egyesül az előző kettővel és létrejön a négy protont tartalmazó, nehéz atommág. Ez a folyamat a csillag életének mintegy • Az Andromeda-galaxis. Tejútrendszerünkhöz a legközelebbi csillagrendszer. Távolsága több mint kétmillió fényév, megközelítőleg 100-150 milliárd csillagot tartalmaz (A szerző és archív felv.) egyre inkább kitolódik a középponttól, mivel egyre több hélium halmozódik fel a csillag belsejében, amikor a csillag maga már nem tartalmaz számottevő mennyi-- ségű hidrogént és a héliummag is kellő nagyságúra növekedett, a magreakció kiszorul a csillag korábbi Mindeddig az Antarktiszon és Grönlandon úgy fúrtak bele a jégbe, hogy közben a jeget hevítették is. Eközben azonban a jég szerkezete megváltozhatott, s ezért a felszínre hozott minták nem minden szempontból tükrözték az eredeti állapotot. így érték el 1968-ban az Antarktisz nyugati részén a 2164 m-es eddigi legnagyobb mélységet. Grönlandon tavaly fejeződött be a 2036 m mély, Dye 3 nevű fúrás. Ez kizárólag mechanikai eszközöket alkalmazott, s ezért a felszínre hozott magminták minden szempontból hitelesek. Az együttesen 2 km hosszú magminták rengeteg adatot, felvilágosítást ígérnek az elmúlt százezer év időjárására, Földünk iégkörére és a grönlandi jég alakulására vonatkozóan. Máris nyomára jutottak például - 494 m-es mélységben - az izlandi Hekla vulkán 934. évi, különösen heves kitörésének. A mélyebb jégrétegekben nehéz a kort meghatározni. Ezt zürichi és berni kutatók a klór 36-os és a berillium 10-es, hosszú felezési idejű izotópja révén kísérelik meg. A közeev jégtanúi pes évi hőmérsékletet az oxigén 16-os és 18-as izotópjainak egymáshoz való arányából állapítják meg, míg a nyári hőmérsékletek a hőolvadás hatására a jégben keletkező sajátos szerkezetek alapján azonosíthatók. A legfelső 900 méter magmintáiból (ezek az elmúlt 2200 évből származnak) megállapítható, hogy a nyarak melegek voltak az i. sz. 700-800, 1000-1300 és 1900-1950 között. Ellenben határozottan hidegnek látták a 800 és 900, csakúgy mint az 1540 és 1720 közötti nyarakat. Mind ez ideig a kutatók úgy vélték, hogy az első európai telepesek, akik 1000 táján telepedtek le Grönlandon, ott ötszáz évig éltek, s időnként még Kanadába is elmerészkedtek, a múlt évezred derekán azért tűntek el nyomtalanul, mert 1540-ben elkezdődött és 1720-ig tartott a ,,kis jégkor- szak“-nak nevezett legutóbbi hideg időszak. Am a Dye 3 fúrásból eredő jégmintáknak a tanúsága szerint ez a hideg időszak Grönland viking településeinek szélességi fokán csak jóval később következett be, mint eddig vélték. Ezért a mintegy ezerre becsült telepek eltűnésének erről a kényelmes elméletéről most le kell mondani. (Frankfurter Allgemeine Zeitung) amely során szén keletkezik. A Napunkkal azonos méretű csillagokban a héiiumégetö szakasz mintegy százmillió évig tart, és ez az időtartam kozmikus időskálán mérve röpke pillanatnak tűnik. En-. nek a folyamatnak a végére a most már inkább héliumból, mint hidrogénből álló „üzemanyag-tartalékok“ lassanként kimerülnek, a csillag belseje szénatomokkal kezd feltöltődni. Ezeket az atommagokat, amelyekben már 6 pozitív töltés van, még hatalmasabb elektromos taszítóerő választja el, mint a héliumot. Ennek leküzdésé• Már kis távcsővel is csillagok milliárdjai tűnnek elő az égbolt mélységeiből. Felvételünkön a Casiopea csillagkép egy része látható. Valamennyi fénylő pontocska megannyi, Napunkhoz hasonló gigantikus atommáglya hez már nem kevesebb, mint 315 millió °K szükséges. A csillag életében újra bekövetkezik egy hasonló korszak, amilyen a hidrogén-hélium korszak során. Újra összeroppan a gravitációs tér hatására. Eddig a pontig tulajdonképpen minden csillag élete azonosan zajlik le; tömegüktől függően egyikük hamarabb, másikuk később érkezett el eddig a fázisig. A további sorsukat kizárólagosan a tömegük szabja meg. A kisebbek összezsugorodnak és leáll bennük az energiatermelő folyamat. Habár középpontjában nincs olyan hőmérséklet, hogy a szénatomok egyesülhessenek, a felszíni hőmérséklet viszonylag nagy ahhoz, hogy fehéren izzónak lássuk őket. Ezeket a csillagokat fehér törpéknek hívjuk. A nagy tömegű csillagok összeroppanásakor nagyon nagy hő termelődik, a szénatomok is képesek egyesülni. Ennek a magfúziónak a során a még nehezebb elemek - oxigéntől a nátriumig - jönnek létre. A szénkészletek kimerülésekor újabb kollapszus állapotok követik, új felmelegedés, új nukleáris égés, egyre nehezebb elemek keletkezése. Ezeken a folyamatokon keresztül egy nagy tömegű csillagban minden elem létrejön, egészen a vasig. A vas a periódusos táblázatban valahol a félúton, a könnyű és a legnehezebb elemek között foglal helyet. Ahhoz, hogy vasnál nehezebb elemek épüljenek fel, nem energiafelesleg jelentkezik, hanem energiát kell befektetni. Vagyis a vas elnyeli a nukleáris energiát, a csillagok nem képesek nehezebb elemeket előállítani. Mi lesz a sorsuk ezeknek a csillagoknak? Hogyan keletkeztek a vasnál is nehezebb elemek? Ezeknek a kérdéseknek a megválaszolása érdekében meg kell hogy ismerkedjünk a csillagfejlődés egy nagyon érdekes állomásával: a szupernóvákkal, világegyetemünk talán legimpozánsabb tűzijátékával. (folytatjuk) BÖDÖK ZSIGMOND ÉRDEKESSÉGEK, ÚJDONSÁGOK CSÚSZÁSGÁTLÓ - SZILÍCIUM-KARBIDBÓL Nedves vagy zsíros (olajos) padlón könnyű megcsúszni, elesni. E veszélyt elhárítja a 3M nevű vállalat „biztonsági járdá“-nak nevezett csúszásgátlója. Ez fenolos kötőanyagba ágyazott szilícium- karbid (SiC) szemcsékből áll. Az ilyen anyagból való szalogokat garázsok, laboratóriumok, gyári csarnok stb. acélpadlójára fektetik. A gyártók szerint e szalagok nemcsak jól tapadnak, hanem kopásállók is, állják a nedvességet - mínusz 30 és plusz 80 Celsius- fok között - a hőmérséklet-ingadozást, a sós vizet, meg az oldószereket, s ellenállnak sok egyéb vegyi anyagnak is (Sciences et Avenir) (Gyári fotó)
