Új Szó - Vasárnapi kiadás, 1987. július-december (20. évfolyam, 26-51. szám)
1987-11-06 / 44. szám
ÚJ szú 17 1987. XI. 6. TUDOMÁNY TECHNIKA A Halley-üstököst 1759-ben az angol Edmund Halley csillagász és geofizikus fedezte fel, bár valószínű, hogy már előtte is észlelték. Legutoljára 1986 februárjában járt a Nap közelében és újabb megjelenése 76 év múlva várható (ŐSTK felvétel) Nagyteljesítményű lézer, a Perun A pulzációs lézerek fejlesztése szorosan kapcsolódik az irányított termonukleáris reakciók kutatásához. Itt ugyanis a lehető legkisebb hullámhosszú lézerekre van szükség, amelyek általában egy nano- szekundumos idő alatt (10 9 másodperc), jó minőségben stabil sugárnyalábbal nagy energiát képesek kisugározni. Ma a nagyteljesítményű lézerek gyártása a fokozatosan mindig nagyobb teljesítményű lézersugár-erősítők sorbakapcsolásán alapszik. Műszakilag legfejlettebb ezek közül jelenleg a szilárd aktív anyaggal rendelkező 1,06 mikrométer (10-6 méter) hullámhosszú neodim lézer, de hasonló tulajdonságokkal bír és elfogadható paraméterei vannak a 10,6 mikrométer hullámhosszú széndioxidos és az 1,315 mikrométeres jódos lézernek is, sót az utóbbi időben kifejlesztett 248 nanométeres kriptonfluorid lézer is ide sorolható. Ezek közül különös figyelmet érdemel a jódos lézer, amely összekapcsolja az első két típus tulajdonságait, a viszonylag rövid hullámhosszot, az elfogadható pulzációs gyorsaságot azzal az előnnyel, hogy üvegből készül az optikai rendszere, gáz közeggel dolgozik és a neodimmel szemben olcsó az aktív anyaga. Működéséhez a szerves jódvegyületek fotodisszociációját használja ki, az ibolyántúlihoz közel eső tartományban. A hetvenes évek végén a Csehszlovák Tudományos Akadémia akkori elnöke, Kvasil akadémikus ösztönzésére kezdődött meg hazánkban a nagyteljesítményű pulzációs lézerek fejlesztése. Megegyezés alapján a CSTA Fizikai Intézete átvette a Szovjet Tudományos Akadémia Fizikai Intézetének, a Nobel-díjas Baszov akadémikus által vezetett egyik laboratóriumából a jódos fotodisszociációs lézer laboratóriumi berendezését, amelyen az utolsó fokozat gerjesztése (az optikai szivattyúzás) izzószálas volt. 1982-ben Prágában úgy döntöttek a fizikai laboratórium dolgozói, hogy gazdasági és egyéb okokból is, optikai szivattyúzásra az ún. lassú fényforrásokat, xenongázos kisülőcsöveket használnak majd háromszáz mikroszekundu- mos pulzációs idővel. A belépő impulzus 50J energiájú és egy nanoszekundum alatt elég energiát biztosít az interakciós kisértelek- hez. Az ugyan világos, hogy ekkora teljesítmény kevés a termonukleáris reakció beindításához, de fontos kísérletek egész sorát teszi lehetővé, amelyek megvilágítják a fényenergia szilárd anyagba való átvitelének fizikai elveit. Ez a lézer szerkezetében olyan koncepció amelyhez hasonlót a világon eddig nem valósítottak meg. Az igényes tervet a CSTA Fizikai Intézetének kisülési jelenségeket vizsgáló laboratóriuma realizálta a moszkvai intézet hathatós támogatásával. A Perun lézerrendszer oszcillátorból, három előerősítőből és teljesítményfokozatból áll. A belépő sugárnyaláb átmérője 94 milliméter. Aktív anyaga perfluorakiljoid (C3 F71), kénhexafluorid (SF6) és hélium ütközőgázokkal. A gerjesztésére külön erre a célra kifejlesztett, Moher típusú xenon kisülőcsövek rendszere szolgál, amelyeknek jobb a fényteljesítményük, mint a hagyományos ilyen berendezéseknek. A Perun teljesítménye 80J energia impulzusonként, egy nonoszekundumnál rövidebb idő alatt, ami átszámítva 100 gigawatt energiát jelent. Három-öt percig ismételhető 150 mikrosze- kundumos impulzusokkal 120J teljesítmény is elérhető impulzusonként. A Perun a harmadik legnagyobb ilyen berendezés a világon, s megépítése a csehszlovák fizikakutatás nagy eredményeként könyvelhető el. Amellett, hogy a termonukleáris reakció alapkutatásának kísérleteihez szolgál egy teljesen új, eredeti utat mutat az anyagfelületek szilárdítására, a vékony védőrétegek létrehozására és a vegyi reakciók szabályozására készülő lézerek gyártásában is. (ŐSAV) A Vega-terv a tudománytörténet egyik legösszetettebb kísérlete azok között, amelyek a Naprendszer kutatásával foglalkoznak. Három fő feladatot foglalt magába, mégpedig a Vénusz atmoszférájának és felszínének kutatását leszálló egységek (modulok) segítségével, a Vénusz atmoszférájának kutatását aerosztatikus szondákkal és harmadszor, át kellett repülnie a Halley- üstökös gázokból és porszemcsékből álló kómáján (az üstökös csóvája) tanulmányozni azt, illetve az üstökös magját és annak plazmatikus felszínét. EGYIK A SZÁZMILLIÁRDBÓL A legérdekesebb a terv harmadik része volt, tehát az üstökös tanulmányozása. Feltételezhetjük, hogy a Napot körülvevő üstökösfelhőben, amely tízezerszer nagyobb távolságra van a Naptól, mint a Nap és a Föld közötti távolság, több mint százmilliárd üstökös van. Többségük évmilliárdokig marad a helyén, mások örökre elhagyják a Naprendszert, és néhány közülük eljut annak belső területeire, s talán olyan pályára is, amelynek keringési ideje „rövid“, mint például a Halley-üstö- kösé, amely 76 évenként szokott visszatérni. Az említett üstökösfelhő valószínűleg a Naprendszerrel együtt keletkezett, s az egyes üstökösök kutatásával olyan információk birtokába juthatunk, amelyek közelebb hozhatják a négy és fél milliárd évvel ezelőtt létrejött bolygók és holdak ósanyagának megismerését. Még sokáig nem lesznek műszaki eszközeink, amelyek lehetővé teszik a leszállást az üstökös magjára. Túl nagy ugyanis még az a legkisebb sebesség is, amellyel a szondák közeledhetnek az üstököshöz. A Halley esetében például 78 km másodpercenként és ilyen sebességű ütközés megkárosítaná a szondákat. Az sem lehetséges, hogy a szonda túlságosan közel repüljön el a mag mellett, mert az üstökös porfelhője, amely néhány száz mikrométeres nagyságú porszemcsékből áll, ilyén sebességnél megrongálja a szonda műszereit. Azt a távolságot, ahol a Vega 1 és Vega 2 elrepült az üstökös mellett, a kómában található részecskéktől függően választották meg és ennek alapján a mag legnagyobb megközelítése 100 ezer kilométer lehetett. Ilyen távolságból az üstököst kétféle módszerrel kutathatták. Optikai eszközök segítségével distanciós méréseket végezhettek és közvetlenül vizsgálhatták a szondák pályáját keresztező, a kómát alkotó gáz és porfelhőt. NEMZETKÖZI MŰSZEREK Az optikai berendezéseket egy speciálisan kialakított tartólapon helyezték el, amelyen a kamerák a repülés ideje alatt elfordulhattak, követve az üstökös magjának irányát. Ez a tartóoszlop Csehszlovákiában készült hazai és szovjet szakemberek közreműködésével. Az ezen elhelyezett műszerek három tudományos kísérletet hajtottak végre. Az első az üstökös magjának tévékamerákkal való fényképezése volt. Ezt a speciális televíziós rendszert magyar, francia és szovjet szakemberek fejlesztették ki erre a célra. A második műszer, az infravörös spektrométer segítségével két kísérlet zajlott egyszerre: a mag infravörös sugárzásának mérése (így határozva meg a felszín hőmérsékletét) és a maggal közvetlenül érintkező kóma részecskéinek vizsgálata. Ezeknek összetételét sugárzásuk színképéből állapították meg a műszerek segítségével. Ezt a feladatot francia és szovjet kutatók készítették elő és a spektrométer Franciaországban készült. A tartólapon, tehát a szonda belsején kívül elhelyezett harmadik műszer egy háromcsatornás spektrométer volt, amely a kóma belső sugárzását vizsgálta a 280-tól 1800 nanométerig terjedő hullámtartományban. Ezt a műszert szovjet, bolgár és francia szakemberek közösen szerkesztették. AZ ÜSTÖKÖS KÉPE A méréseredmények alapján megmutatkozott, hogy az üstökösmag egy szabálytalan hosszúkás alakú jégtömb. Tizennégy kilométer a hossza, 7 km a szélessége. Perihélium idején, amikor a Naphoz legközelebb van, naponta néhány millió tonna vízpárát veszít el tömegéből. Számítások szerint az ekkora „termelékenység“ megkívánja, hogy a párolgás az egész felületen történjen. Ez csak úgy lehetséges, hogy ha az egész felületet jég borítja. A két Vega műszerei azonban megállapították, hogy az üstökös felülete fekete és forró, körülbelül 100 Celsius- fok hőmérsékletű. Ez az összkép tehát kissé határozatlan és ellentmondásos. A jégből és szilárd részecskékből összefagyott magot ugyanis külső burkolatától, a kómától, egy nagyon rossz hővezető képességű fekete pórusos réteg választja el. Hogyan történik meg tehát a nagyon intenzív párologtatás? Ez a pórusos réteg befogadja a napenergiát, egy részét újra-kisugározza hőenergiaként az infravörös sugárzási tartományban, más részét pedig átadja a belső jégtömbnek. A vízpára molekulák, amelyek e hőátadás következtében keletkeznek, a réteg pórusain keresztül diffundál- nak a mag körüli környezetbe. Magukkal visznek porszemcséket is. A felületi réteg azonban néha túlságosan megvastagodik, bezárulnak pórusai, azután pedig néhány helyen megtörik és itt aktív zóna keletkezik nagyon erős anyagkiömléssel. Ez a folyamat állandó és a magot borító réteg általában néhány naponként teljesen megújul. Ha felső kérgéből a részecskék leszakadnak, berepülnek a kómába, és az üstökösmagból újabb részecskék lépnek a helyükre. A mag alacsony fényvisszaverő képessége arra utal, hogy összetétele hasonlít vagy megegyezik a legrégibb és legkevésbé változó meteoritok összetételével. MIBŐL ÁLL? Az üstököst elhagyó gázáramlatban leginkább vízgőz és atomi állapotban levő anyagok, hidrogén, oxigén és szén találhatók, de a szín- képelemzés azt is megmutatta, hogy az összetett molekulák: szénmono- xid, széndioxid, hidroxidok és kián is előfordulnak. A kómán belüli infravörös spektrométerrel több tucat különböző molekula sugárzását regisztrálták. Ebből következtetni lehet arra, mely molekulák formálják leginkább a magot. Ezek közül a legfontosabb természetesen a víz, a széndioxid, de sok minden utal arra, hogy szerves molekulák is találhatók benne. A magot valószínűleg közönséges jég alkotja, amelynek kristályrácsába különböző molekulák épültek be. Ebbe belefagytak meteorit eredetű kavics és fémrészek is. Ezeket a Vega szondák ütközéses tömegspektrométerei regisztrálták. Az ebbe 80 km másodpercenkénti sebességgel becsapódó porrészecskék nyomán plazmafelhők keletkeztek, s összetételük vizsgálatával több mint 2 ezer részecske vegyi összetételét állapították meg. Megmutatkozott, hogy nagyon bonyolult és összetett szerkezetűek. Főleg fémet tartalmaznak, magnéziumot, nátriumot, kalciumot, vasat, de előfordulnak bennük szilikátok is. A színkép gyakran utal nagy mennyiségű oxigén és hidrogén jelenlétére, amely viszont vizet sejtet. Vannak olyan részecskék is, amelyekben a fémekkel együtt jelentős mennyiségű szénmolekula is található. Ez a részecskegazdagság arra vall, hogy a Naprendszer ósanyagának nagyon összetett a „hőtörténete“. A Vega expedíciónak köszönhetően a tudósok először figyelhették meg az üstökös magját. Alakját illetően leginkább a Marsnak Phobos és Deimos holdjaira hasonlít, esetleg a Szaturnusz és az Uránusz valamelyik holdjára. Ezek a tények pontosan beleillenek abba az elképzelésbe, amely az üstökösök keletkezését a Nap közelébe teszi. Ez a „napközei“ valahol az óriásbolygók, a Jupiter és a Neptunusz tájékán találhatók. Innen szóródtak szét azután nagyobb távolságba. Nagyon nehéz ugyanis elképzelni, hogy az ilyen monolitikus test valahol a csillagközi térben keletkezzen. A porszemcsék vegyi összetételének vizsgálata mellett egy speciális érzékelő segítségével megmérték a gázáramlás minőségi karakterisztikáit is. A kísérlet megmutatta, hogy napközeiben az üstökösmagot 24 óránként egymillió tonnányi csillagközi por hagyja el. Ez az áramlás nem homogén, a mag aktív zónái felett erősebb, s a fénynyomás hatására az áramlást befolyásoló más effektusok is létrejönnek. PLAZMA A CSÓVÁBAN A gázt, amely egy kilométer másodpercenkénti sebességgel áramlik a bolygóközi térbe, teljesen ionizálja a napsugárzás. Ennek következtében gigantikus plazmaképzód- mény keletkezik, mintegy egymillió kilométer hosszúságban. Ez akadályt képez a napszél, tehát egy másik plazmatömeg hangsebesség feletti gyorsaságú áramlása előtt. Ez az összeütközés az üstökös előtt egy specifikus lökéshullámot eredményez, amely különbözik a Föld vagy más bolygók okozta lökéshullámoktól. Ezt a hullámot a Vegán elhelyezett, tömegspektrométert, magnetométert, alacsony- és magasfrekvenciás plazmahullám-anali- zátort és feltöltött részecskedetektort magába foglaló plazmavizsgáló berendezés fedezte fel. A lökéshullám mögött a napszél lefékeződik, körbeveszi a tőle sűrűbb kómát és részecskéket ragad magával az azt alkotó ionizált gázból. Főleg ennek következtében jön létre az enyhén görbülő alakú hosz- szú csóva, amely jól látható az üstökösről készült felvételeken. A csóva ' belsejében található plazma és plazmahullámok mérése megmutatta, hogy azok nem keletkezhetnek csupán az üstökösgázok napsugárzás általi ionizációja hatására. Ehhez jelentősen hozzájárulnak még azok a nagy energiájú elektronok, amelyek a Nap és az üstökös plazmájának kölcsönös egymásra hatásából keletkeznek. Ez a felfedezés nemcsak az üstökösök, hanem más asztronómiai testek esetében is segít a plazmaképzödés folyamatának megértésében. R. SZAGGYEJEV BAD AH MÁGNESES víztisztítás Az elszínezett és kevéssé lúgos, csak kissé zavaros vizek szűrés utáni tisztítására alkalmas módszer lényege: a vizet savanyítják és 1-10 mikron finomságú természetes magnetit ásványőrleménnyel keverik el. A finomszemcsés felületű, a savanyítás miatt pozitívan töltött magnetit ad- szorbeálja a színezékeket és koa- gulálja a negatív kolloid részecskéket. Ezután a magnetites zagyot 600 gauss erősségű mágneses téren vezetik keresztül, amelyben a finomszemcsés magnetitpor ko- agulál. Ülepítés, lúgosítás és klórozás után a víz felhasználható. A szennyezett, leülepedett magnetitiszapot lúgos oldatban iszapolják, mire a felületén ad- szorbeált szennyezés a mosóoldatba kerül. A regenerált magneti- tet dobszerűen leválasztják és visszavezetik a viz tisztítására. MŰANYAG REPÜLŐGÉPEK Az Aero’87 kiállítás egyik tapasztalata, hogy a műanyag repülőgépek jó esélyekkel vesznek részt a piaci versenyben. A Grob Flugzeugbau cég a konstrukció és a gyártás racionalizálásával 300 órás gépenkénti ráfordítás mellett az anyagköltségeket a bérköltségeknél alacsonyabb szinten tudta tartani. Hosszabb ideje van már a piacon a Gyroflug cég Speed Canard modellje, melynek kompozit anyagból készült hátsó főszárnya és kisebb mellső szárnya van: mindkét szárny felhajtóerőt hoz létre. A hagyományos gépekkel szemben, ennél a konfigurációnál az áramlás leválása csak az elülső szárnynál érvényesül, a hátsónál már teljesen a testhez simul, ezáltal nem csökkenti a felhajtóerőt. A Speed Canard repülési tulajdonságai kiválóak: 118 kilowattos boxer- motorral 7,77 m-es fesztáv és 4,40 m hossz mellett a gép 285 km/órás utazósebességet ér el. Nemzetközi összefogás az üstökös-kutatásban Információk a VEGA szondákról p-
