ТЭЦ подо льдом

nd Энцелад вырабатывает ток и отправляет его на материнскую планету из сообщения НАСА,  им вроде бы удалось разгадать одну из многочисленных загадок системы планеты-гиганта. И опять она была связана с Энцеладом - огромным ледяным спутником Сатурна.

Энцелад покрыт льдом
И чуть больше месяца назад выяснилось, что на Энцеладе под толстым слоем его льда существует колоссальный источник тепла. Будто бы там работают 20 ТЭЦ суммарной мощностью 15,8 ±3,1 гигаватта (1 гигаватт = 1000 мегаватт). Это, минимум, в 10 раз превосходит прежние оценки.

Загадочные источники тепла подо льдом Энцелада оставляют странные отпечатки, видимые в тепловых лучах.



Так в НАСА проиллюстрировали ожидаемое (слева) и реальное (справа) количество тепла, генерируемое Энцеладом: в условных ТЭЦ.
- Мы предполагали, что уровень теплового потока из недр спутника составляет порядка 1,1 гигаватта, максимум - 5,8, но оказалось, что он гораздо выше, - говорит Карли Хоуетт (Carly Howett) - руководитель исследования из Юго-Западного НИИ (Southwest Research Institute in Boulder, Colo.).

- Мы пока не можем объяснить, что за источник работает там, который поставляет тепло столь мощно, - признается Карли. Она пояснила: считалось, что недра Энцелада разогревает гравитационное взаимодействие с Сатурном - приливная сила. Немного - добавляет радиация. Но производительности и того, и другого не хватает, чтобы генерировать тепло в таком количестве, как это наблюдается.

И вот новое открытие: Сатурн и Энцелад представляют собой гигантскую динамо-машину. Планета и спутник связаны электрически - словно бы проводами. По ним туда-сюда текут токи колоссальной силы. Протяженность "проводов" - 240 тысяч километров. Диаметр самого спутника - 500 километров.

Электростанция в космосе

Несколько лет назад все тот же зонд Cassini сфотографировал удивительно явление: Энцелад что-то извергал из себя на высоту, сравнимую с его размерами. Фонтаны били из гигантских трещин на поверхности, получивших название "тигровые".

Специалисты Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене (NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif) проанализировали ультрафиолетовый спектр струй с помощью прибора Ultraviolet Imaging Spectrograph (UVIS). И пришли к выводу, что они скорее всего водяные.

- Мощность струй, измеренная на высоте 15 километров от поверхности, позволяет оценить скорость их истечения, - говорит Кандис Хансен, отвечающая за работу UVIS. - Это 2100 километров в час, выше скорости звука.

Как теперь объясняют ученые, с помощью этих водяных струй Энцелад и генерирует электрический ток.

Частицы из фонтанов приобретают заряд - ионизируются, становясь плазмой. Ее пучки несутся к Сатурну. Двигаются сквозь его магнитосферу словно проводники в магнитном поле. В результате планета-гигант и ее спутник становятся деталями циклопической динамо-машины. А точнее - МГД-генератора. Он и вырабатывает ток. Плазменные проводники, по которым тот течет, образуют в космосе широкие дуги.

Так в НАСА проиллюстрировали выработку тока системой Энцелад-Сатурн
Там, где дуга упирается в атмосферу планеты-гиганта, возникает светящееся пятно - так называемый авроральный след. Его удалось рассмотреть на снимках Северного полюса Сатурна, переданных зондом Cassini.

Отпечаток электрического воздействия Энцелада выглядит скромно. На самом же деле он огромен примерно 1200 километров на 400. Таково, по сути, сечение "провода", соединяющего планету со спутником.

По идее, аналогичный авроральный след должен появляться и на Южном полюсе. Но его почему-то нет.

На снимках Северного полюса Сатурна хорошо заметно огромное пылающее кольцо, природа которого оставалась непонятной. Ученые теперь полагают, что и это свечение вызвано токами, циркулирующими в электрической цепи планеты и ее спутника. Оно своего рода Северное сияние.

Огненное кольцо на Сатурне, снятое с промежутком в 80 минут. В квадратике авроральный след Энцелада. Конфигурация кольца меняется по мере перемещения следа.
Исследователям под руководствам Дональда Гарнета (Donald Gurnett) из Университета Айовы (University of Iowa in Iowa City) удалось даже записать характерное шипение, сопровождающее передачу тока.

К сожалению, ученые миссии Cassini не сообщают мощность космического генератора. Или не прикинули сколько гигаватт он вырабатывает. Или скрывают. Но интересно было бы узнать, куда можно употребить такое количество электроэнергии, которую вырабатывают планета и ее спутник.

КСТАТИ

Вода в проруби

Как сообщает та же Карли Хоуетт, мощные "ТЭЦ", работающие на Энцеладе, и МГД-генераторы сильно повышают шансы на то, что там - подо льдом спутника Сатурна, в его тигровых трещинах - имеется жидкая вода. То есть, океан. А в нем жизнь. Некоторые ученые всерьез намекают по крайней мере на моллюсков и медуз.

- Энцелад может представлять интерес для астробиологов, - соглашается Карли Хоуетт.

Спутник Сатурна включает свои фонтаны с завидной периодичностью - раз в 1,37 дней (земных), завершив полный оборот вокруг планеты.

Недавно было обнаружено, что фонтаны Энцелада содержат соль и органические соединения, богатые углеродом.

Подробные научные отчеты об исследованиях Энцелада читайте здесь

  и тут

http://kp.ru/daily/25676/836515/

источник

Звук, рождающий свет

ndСонолюминесценция: звук, рождающий свет

Американским физикам удалось провести эксперимент, в результате которого ультразвуковая волна в жидкости смогла породить  вспышку света мощностью в сотню ватт. Это явление известно достаточно давно и называется оно сонолюминесценцией. Некоторые ученые уверены: наконец-то в руках человечества - ключ к созданию источника неиссякаемой энергии.



Недавно в ходе экспериментов физики из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе зарегистрировали рекордно мощную вспышку сонолюминесценции. Этим мудреным словом ученые называют явление возникновения вспышки света при схлопывании пузырьков, которые появляются в жидкости при воздействии на нее мощной ультразвуковой волной. Это явление известно еще с 30-х годов прошлого века, однако глубоко изучать его начали совсем недавно.

Типичный опыт по наблюдению сонолюминесценции выглядит так: в емкость с водой помещают резонатор и создают в ней стоячую сферическую ультразвуковую волну. При достаточной мощности ультразвука в самом центре резервуара появляется яркий точечный источник голубоватого света, что говорит о том, что звук превращается в свет. Однако механизм данного явления достаточно сложен и интересен.

Расчеты и анализ данных показывают, что стоячая ультразвуковая волна в фазе разрежения создает в воде большое отрицательное давление, которое приводит к локальному разрыву водной толщи и образованию так называемого кавитационного пузырька, то есть полости внутри воды, заполненной паром. Далее, когда волна переходит в фазу сжатия, данное давление уменьшается и этот кавитационный пузырек схлопывается, причем с достаточно высокой скоростью.

Было замечено, что в ряде случаев процесс схлопывания ускоряет также сила поверхностного натяжения. В итоге на заключительной стадии процесса сонолюминесценции из центра схлопнувшегося пузырька вырывается очень короткая и яркая вспышка света. Следует заметить, что, поскольку каждый кавитационный пузырек рождается и схлопывается миллионы раз за секунду, - наблюдатель видит усредненный сонолюминесцентный свет, являющийся результатом "деятельности" огромного количества подобных пузырьков. Для нас этот свет кажется голубоватым, хотя, как было доказано рядом опытов, рыбы воспринимают его скорее как малиновый.

Согласно исследованиям физиков, спектр данной люминесценции имеет гладкий вид и не содержит явно выделяющихся линий, что свидетельствует в пользу теплового механизма излучения. Поэтому вполне логично предположить, что источником света в данном случае становится небольшое облачко плазмы, в которое под огромным давлением превращается пар, находящийся в пузырьке. Именно эта плазма на короткое время зажигается в центре схлопывающегося пузырька, что в чем-то роднит свет, порождаемый ими со светом, идущим от звезд.

В большинстве экспериментов мощность сонолюминесцентных вспышек не превышает 10 мВт. Однако физики уже давно научились повышать ее, добавляя в состав некоторого количества благородных газов, таких как гелий, аргон и ксенон, которые при образовании кавитационного пузырька попадают внутрь него вместе с водяным паром. В результате семь лет назад ученым из Кембриджского университета удалось получить вспышку пиковой мощностью в 1 Вт. Но нынешний эксперимент американских исследователей, конечно же, побил все предыдущие рекорды.

Сам опыт, кстати, тоже был весьма оригинален. Сначала исследователи заполнили ёмкость цилиндрической формы, размещённую в сантиметре над стальной плитой, фосфорной кислотой и с помощью иглы ввели в эту "трубу" миллиметровый пузырёк ксенона. Когда последний, поднимаясь, достигал высоты в 11 см, цилиндр уронили на стальное основание. Это резкое падение и породило давление, приведшее к схлопыванию пузырька. Причем схлопнулся он, что называется, "ярко, красочно и со вкусом" - экспериментаторы регистрировали 150-наносекундную ярко-голубую вспышку с пиковой мощностью, превышающей 100 Вт, а также ощутили запах озона (это часто бывает при сонолюминесценции). Спектральная температура при этом составляла 10 200 К, что для подобного явления тоже почти рекорд (обычно таковая составляет 2-3 тысячи кельвинов).

И хотя мощность вспышки все равно не достигла таковой, которую может продемонстрировать нам самая распространенная электрическая лампочка, исследователи заявляют, что в будущем они планируют ещё увеличить температуру и мощность. Кстати, данные эксперименты проводятся вовсе не для того, что бы удовлетворить личное любопытство ученых за государственный счет, а ради того, что бы опровергнуть или, подтвердить заявления другой группы физиков, которые девять лет назад опубликовали в журнале Science сенсационную статью о запуске с помощью сонолюминесценции термоядерного синтеза дейтерия в ацетоне. Впрочем, последнее, скорее всего, маловероятно.

Напомню, что в 2002 году сотрудники иллинойского университета (США) Кен Саслайк и Дэвид Флэнниган сумели достичь сонолюминисценции с необычно яркими вспышками света - настолько яркими, что они хорошо видны невооруженным глазом. Ученые воздействовали ультразвуковыми волнами частотой от 20 кГц до 40 кГц, находящимися за пределами чувствительности слуха человека, на концентрированную серную кислоту, содержащую газ аргон. Ну, а данные волны, как им и положено, приводили к образованию в жидкости областей, в которых давление менялось с высокого на низкое практически мгновенно. В результате этого микроскопические пузырьки газа то увеличивались в размерах, то "схлопывались".

При этом скорость изменения давления была столь высока, что пузырьки буквально "взрывались" под воздействием так называемой акустической кавитации, в результате чего вещество в микроскопической области нагревалось до сверхвысоких температур. Было отмечено, что оно при этом ионизировалось, а при возвращении в исходное состояние накопленная энергия высвобождалась в виде вспышки света.

Измерения, проведенные американскими химиками, показали, что температура в пузырьках достигает 15 тыс. градусов Цельсия - что в несколько раз выше, чем на поверхности Солнца. На приведенном снимке облако пузырьков газа освещается собственным свечением образующейся в них под воздействием ультразвука плазмы. "Никому прежде не удавалось измерить температуру внутри схлопывающегося пузырька", - так прокомментировал суть открытия г-н Саслайк.

В том же году похожий эксперимент провели физики из группы Рузи Талейархана из Ок-Риджской лаборатории (США). Они работали с ацетоном, в котором предварительно обычный водород был заменен на его радиоактивный изотоп дейтерий (у которого в ядре кроме протона имеется нейтрон). При этом они использовали детекторы, способные регистрировать гамма-лучи и нейтронное излучение. Именно эти явления обычно являются признаком того, что в экспериментальной емкости произошла реакция термоядерного синтеза (подробнее о ней читайте в статье "Приручение энергии термоядерного синтеза").

Самое интересное, что все эти детекторы действительно подтвердили факт возникновения подобных излучений. Однако до сих пор ряд физиков сомневается в том, что они являются результатом термоядерной реакции, произошедшей в результате сонолюминесценции. Кстати, в числе скептиков оказался и Кен Саслайк, который заявил о том, что возможность "пузырькового синтеза" в эксперименте Талейархана, строго говоря, ничем не доказывается, поскольку нет прямого подтверждения того, что зарегистрированные излучения появились в результате схлопывания пузырьков.


И вот теперь ученые из Калифорнийского университета собираются повторить этот опыт, имея в своем распоряжении технологию создания более мощной вспышки. И - кто знает - быть может, им удастся доказать возможность протекания термоядерного синтеза в плазме внутри кавитационного пузырька. Если это случится, то человечество сможет получить доступ к поистине неиссякаемому источнику энергии...Антон Евсеев

http://www.pravda.ru/science/eureka...-sonoluminos-1/

источник