Νέα ώθηση στην αναζήτηση βαρυτικών κυμάτων. Hunt for gravitational waves to resume after massive upgrade

Καθένας από τους ανιχνευτές αποτελείται από δύο κάθετες σήραγγες. Τα βαρυτικά κύματα θα προκαλούσαν ανεπαίσθητες μεταβολές στο μήκος τους, το οποίο φτάνει τα 4 χλμ. The LIGO Livingston Observatory in Louisiana sits in the middle of a pine forest. Credit: LIGO Scientific Collaboration/NSF

Σε νέα επίπεδα ακρίβειας και ευαισθησίας θα λειτουργεί από αυτήν την εβδομάδα το αμερικανικό LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), το μεγαλύτερο πείραμα για την ανίχνευση των λεγόμενων βαρυτικών κυμάτων, ρυτιδώσεων στο χωροχρόνο που προβλέφθηκαν από τον Αϊνστάιν αλλά παραμένουν άφαντες μέχρι σήμερα.

Η ολοκλήρωση της αναβάθμισης των δύο ανιχνευτών LIGO -ένας στην πολιτεία της Ουάσινγκτον και ένας ακόμα στη Λουιζιάνα- αναπτερώνει τώρα τις ελπίδες των φυσικών για την ανίχνευση του θεωρητικού φαινομένου, έπειτα από μια δεκαετία άκαρπης αναζήτησης με τους αρχικούς ανιχνευτές.

Η ύπαρξη των βαρυτικών κυμάτων είχε προβλεφθεί το 1916 από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν ως συνέπεια της Γενικής Σχετικότητας. Ο μεγάλος φυσικός είχε υπολογίσει ότι η επιτάχυνση σωμάτων μεγάλης μάζας, όπως μαύρες τρύπες και άστρα νετρονίων που οποία κινούνται σε τροχιά το ένα γύρω από το άλλο, δημιουργούν κυματισμούς στο χωροχρόνο που διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός.

Μεζούρες ακριβείας

Illustration: Nik Spencer/Nature

Τα βαρυτικά κύματα, εφόσον υπάρχουν, ουσιαστικά τεντώνουν το χώρο σε μια διάσταση (ας πούμε κατά μήκος) και τον συμπιέζουν σε μια άλλη (ας πούμε κατά πλάτος). Αυτό είναι το φαινόμενο που προσπαθούν να καταγράψουν οι ανιχνευτές LIGO. Καθένας από τους δύο ανιχνευτές αποτελείται από δύο σωλήνες τοποθετημένους κάθετα ο ένας στον άλλο, μέσα στους οποίους υπάρχουν δέσμες λέιζερ που μετρούν το μήκος των σωλήνων με εξαιρετικά μεγάλη ακρίβεια.

Τα βαρυτικά κύματα θα γίνονταν θεωρητικά αντιληπτά από μικρές μεταβολές στο μήκος των δύο σωλήνων, λόγω της παραμόρφωσης του χώρου. Οι σωλήνες έχουν μήκος 4 χιλιόμετρα, όμως η πειραματική διάταξη μπορεί να μετρά μεταβολές τουλάχιστον 1.000 φορές μικρότερες από τη διάμετρο ενός ατόμου.

Η αναβάθμιση των συστημάτων με ισχυρότερα λέιζερ και νέα οπτικά επιτρέπει θεωρητικά την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από απόσταση περίπου 88 εκατομμυρίων ετών φωτός. Τελικός στόχος είναι η αύξηση αυτής της απόστασης στα 650 εκατομμύρια έτη φωτός -αυτό σημαίνει ότι οι ανιχνευτές θα μπορούν να σαρώνουν μια σφαίρα στο Διάστημα 1.000 φορές μεγαλύτερη από ό,τι η αρχική μορφή των συστημάτων.

Οι εργασίες αναβάθμισης, για τις οποίες χρειάστηκαν πέντε χρόνια και 200 εκατ. δολάρια, περιλάμβαναν μεταξύ άλλων τη βελτίωση των συστημάτων απόσβεσης κραδασμών -οι ανιχνευτές επηρεάζονται ακόμα και από τρένα που περνούν σε απόσταση χιλιομέτρων ή ακόμα και το γδούπο ενός δέντρου που πέφτει.

Στην Ευρώπη λειτουργούν στο μεταξύ οι ανιχνευτές GEO600 και Virgo, ενώ ανάλογο ερευνητικό πρόγραμμα, με την ονομασία Indigo, ανακοίνωσε και η Ινδία. Η ανίχνευση του ίδιου σήματος από ανιχνευτές σε διαφορετικές ηπείρους θα επέτρεπε στους ερευνητές να προσδιορίσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια την προέλευση των φευγαλέων κυμάτων.

Πηγή: www.nature.com

Η ζωή εξαπλώνεται στο Σύμπαν σαν επιδημία! Life Might Spread Across Universe Like an 'Epidemic' in New Math Theory

Σύμφωνα με τη νέα θεωρία, η ζωή στο Σύμπαν υπάρχει παντού και μεταδίδεται από περιοχή σε περιοχή σαν... επιδημία. If life can spread from star to star, researchers should see a characteristic pattern of overlapping growth. In this theoretical artist's conception of the Milky Way galaxy, translucent green "bubbles" mark areas where life has spread beyond its home system to create cosmic oases, a process called panspermia. Credit: NASA/JPL/R. Hurt

«Η ζωή μπορεί να μεταδίδεται από ένα αστρικό σύστημα σε ένα άλλο με έναν τρόπο παρόμοιο με το ξέσπασμα μιας επιδημίας. Θα μπορούσε έτσι κάποιος να πει ότι ο Γαλαξίας μας μπορεί να μολυνθεί κάποια στιγμή από πολλούς θύλακες που περιέχουν ζωή» αναφέρει ο Αβι Λεμπ του Κέντρου Αστροφυσικής Harvard-Smithsonian, εκ των επιστημόνων που διατύπωσαν τη συγκεκριμένη νέα θεωρία.

Μία ακόμη ιδέα για την ύπαρξη της ζωής πέφτει στο τραπέζι του επιστημονικού διαλόγου - Οι εμπνευστές της παρομοιάζουν τη ζωή με έναν… ιό. The researchers compare the 'relentless spread' of life in the universe to how a virus would spread on Earth. 'In our theory, clusters of life form, grow, and overlap like bubbles in a pot of boiling water,' they said. 'Life could spread in a pattern similar to the outbreak of an epidemic'.

Σύμφωνα με αυτήν, η ζωή σχηματίζεται, αναπτύσσεται και καλύπτει τον χώρο με τον ίδιο τρόπο που σχηματίζονται, αναπτύσσονται και καλύπτουν τον χώρο οι φυσαλίδες σε μια κατσαρόλα με νερό που βράζει. Στη συνέχεια διάφορα φυσικά φαινόμενα διασπείρουν τις φυσαλίδες (και τη ζωή) σε όλα τα μήκη και πλάτη ενός γαλαξία.

Έτσι κατά τους ερευνητές η ζωή μπορεί να εξαπλωθεί μέσα στο Σύμπαν πολύ πιο γρήγορα από ό,τι στην περίπτωση που η εμφάνισή της γίνεται κάθε φορά κάπου μεμονωμένα βάσει των τοπικών συνθηκών που επικρατούν στο σημείο όπου εμφανίζεται. Με βάση τη θεωρία τους οι ερευνητές εικάζουν ότι μπορεί μια τέτοια φυσαλίδα να έφτασε ως τη Γη και να μετέτρεψε τον πλανήτη μας σε έναν παράδεισο της ζωής.

The research was led by Henry Lin from the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) and was based on panspermia. Panspermia is a theory that suggests life spreads across the universe, hitchhiking on comets or meteorites. For example, life capable of surviving in space, could travel on asteroids and comets.

Η σχετική μελέτη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «The Astrophysical Journal Letters» και η νέα θεωρία χαρακτηρίζεται συναφής με μία από τις πιο δημοφιλείς θεωρίες για την εμφάνιση της ζωής στη Γη, εκείνη της λεγόμενης «πανσπερμίας». Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, η ζωή έφθασε στη Γη με τη μορφή μικροοργανισμών που «ταξίδεψαν» με αστεροειδείς ή κομήτες από άλλους πλανήτες είτε του ηλιακού μας συστήματος είτε και από πιο μακριά. Ευνοήτως με την ίδια διαδικασία μεταφοράς η ζωή έχει ταξιδέψει και... αγκυροβολήσει σε αμέτρητους πλανήτες και δορυφόρους του Σύμπαντος.

Η ζωή στον Γαλαξία

Astrobiologists are collecting growing evidence that suggests life may have begun elsewhere in the galaxy. Supporters point to the remains of apparent microorganisms collected 16 miles (26km) up in the stratosphere by a high altitude balloon and a tiny metal orb found surrounded by an organic goo (pictured).

Τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει πολλές μελέτες τόσο για τον αριθμό των πλανητών στον γαλαξία μας όσο και για το ποιοι από αυτούς διαθέτουν συνθήκες φιλικές προς τη ζωή. Η τελευταία σχετική μελέτη αναφέρει ότι ο αριθμός των φιλόξενων για τη ζωή πλανητών στον Γαλαξία είναι πολύ μεγαλύτερος από όσο πιστεύαμε.

Ερευνητές από τη Δανία και την Αυστραλία, με επικεφαλής τον Στέφεν Γιάκομπσεν του Πανεπιστημίου της Κοπεγχάγης, μελέτησαν δεδομένα του διαστημικού τηλεσκοπίου Kepler το οποίο σάρωσε τον Γαλαξία μας τα προηγούμενα χρόνια αναζητώντας εξωπλανήτες.

Αναλύοντας αυτά τα δεδομένα οι ερευνητές υπολόγισαν τον αριθμό των άστρων του Γαλαξία μας τα οποία διαθέτουν πλανητικά συστήματα και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι αρκετά δισεκατομμύρια από αυτά τα άστρα διαθέτουν από έναν ως τρεις βραχώδεις πλανήτες που βρίσκονται στη λεγόμενη κατοικήσιμη ζώνη.

Βρίσκονται, δηλαδή, σε απόσταση τέτοια από το μητρικό τους άστρο ώστε να είναι δυνατόν να υπάρχει σε αυτούς νερό σε υγρή μορφή. Η παρουσία νερού σε υγρή μορφή συνδέεται άμεσα με την ύπαρξη ζωής έστω και σε μικροβιακό επίπεδο. H μελέτη δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση «Montlhy Notices of the Royal Astronomical Society».

Kβαντική φυσική και ανθρώπινη συμπεριφορά. You're not irrational, you're just quantum probabilistic

Researchers explain human decision-making with physics theory. Credit: Rice University

Εκτός από τον «κόσμο» των σωματιδίων, οι νόμοι και οι εξισώσεις της κβαντικής φυσικής έχουν εφαρμογή και στην ανθρώπινη συμπεριφορά, αφού εξηγούν σκέψεις και αποφάσεις μας οι οποίες ειδάλλως μοιάζουν παράδοξες ή ακόμη και παράλογες.

Η εφαρμογή της κβαντομηχανικής στην ψυχολογία αποτελεί μία νεοεμφανιζόμενη τάση, με «πρεσβευτές» επιστήμονες που υποστηρίζουν πως με αυτό τον τρόπο όχι μόνο μπορεί να κατανοηθεί πληρέστερα ο άνθρωπος, αλλά και να λυθούν ορισμένες αντιφάσεις που έχουν εμφανιστεί κατά καιρούς στα αποτελέσματα ψυχολογικών ή κοινωνιολογικών μελετών.

Zheng Joyce Wang

Μία από τις εκπροσώπους αυτής της τάσης είναι η Ζεν Τζόις Γουάνκ, αναπληρώτρια καθηγήτρια στο πολιτειακό πανεπιστήμιο του Οχάιο και διευθύντρια του Εργαστηρίου Επικοινωνίας και Ψυχοφυσιολογίας. Σύμφωνα με τη Γουάνκ, η οποία προσπαθεί να μοντελοποιήσει μαθηματικά τη διαδικασία λήψης αποφάσεων, οι κβαντομηχανικές εξισώσεις φαίνεται να περιγράφουν καλύτερα από οποιοδήποτε άλλο μαθηματικό «εργαλείο» την ανθρώπινη συμπεριφορά.

«Στον τομέα των γνωσιακών επιστημών, και ειδικά στις έρευνες για τον τρόπο λήψης αποφάσεων, κατά καιρούς έχουν προκύψει πολλά παράδοξα αποτελέσματα. Όταν ένα τέτοιο αποτέλεσμα δεν συμφωνεί με τις κλασικές θεωρίες, τότε το ονομάζουμε “παράλογο”. Υπό το φως όμως της κβαντομηχανικής, κατά κανόνα παύει να ισχύει αυτός ο χαρακτηρισμός», σημειώνει η ίδια.

Με συναδέλφους της, η ερευνήτρια περιέγραψε πρόσφατα σε δύο επιστημονικά περιοδικά αυτή τη νέα θεωρητική προσέγγιση της ψυχολογίας. Σε αυτά, οι συντάκτες τους υποστηρίζουν πως η «απάντηση» του ανθρώπου στην αβεβαιότητα είναι ένας τρόπος σκέψης που παραπέμπει στην κβαντομηχανική θεωρία, αφού τότε εγκαταλείπει τη διαδικασία συμπερασμού που βασίζεται στην κλασική θεωρία των πιθανοτήτων.

Έτσι, όλοι μας μπορούμε να δώσουμε απαντήσεις σε περίπλοκες ερωτήσεις, παρά τις πεπερασμένες διανοητικές μας δυνατότητες. Απαντήσεις που δεν μπορούν να εξηγήσουν οι επιστήμονες, αν προσπαθήσουν να τις αναλύσουν χρησιμοποιώντας τα συμβατικά εννοιολογικά εργαλεία που διαθέτουν.

Για παράδειγμα, οι ψυχολόγοι έχουν ανακαλύψει εδώ και χρόνια ότι, σε οποιοδήποτε γκάλοπ, η αλλαγή της σειράς των ερωτήσεων μπορεί να αλλάξει τις απαντήσεις που δίνουν οι συμμετέχοντες.

Επειδή οι εταιρείες δημοσκοπήσεων το γνωρίζουν, χρησιμοποιούν παραπάνω από μία εκδοχή του ερωτηματολογίου, με τις ερωτήσεις σε καθένα ταξινομημένες με τυχαίο τρόπο, ελπίζοντας πως έτσι θα περιορίσουν την επίδρασή του.

Ωστόσο, όπως έδειξε η Γουάνκ πέρυσι σε συνέδριο, στα πλαίσια μιας κβαντικής περιγραφής της ανθρώπινης συμπεριφοράς, το φαινόμενο όχι μόνο μπορεί να εξηγηθεί αλλά και να προβλεφθεί.

Η επιστήμονας ξεκαθαρίζει πως η συγκεκριμένη θεωρία δεν σημαίνει πως ο ανθρώπινος εγκέφαλος λειτουργεί στην πραγματικότητα σαν κβαντικός υπολογιστής. Επομένως, ο παραλληλισμός με την κβαντική φυσική δεν αφορά τη φυσιολογία του εγκεφάλου, αλλά ένα νέο πλαίσιο μαθηματικών αρχών που μπορεί να εξηγήσει την ανθρώπινη νόηση και συμπεριφορά.

«Στις κοινωνικές και συμπεριφορικές επιστήμες, χρησιμοποιούμε κατά κόρον μοντέλα υπολογισμού πιθανοτήτων. Για παράδειγμα, συχνά υπολογίζουμε την πιθανότητα ένας άνθρωπος να αντιδράσει με κάποιον συγκεκριμένο τρόπο ή να πάρει κάποια συγκεκριμένη απόφαση», προσθέτει.

«Παραδοσιακά, όλα αυτά τα μοντέλα βασίζονται στην κλασική θεωρία πιθανοτήτων, η οποία προέρχεται από τη φυσική μελέτη των νευτώνειων συστημάτων. Συνεπώς, δεν είναι τελικά και τόσο εξωτικό οι κοινωνικοί επιστήμονες να αρχίσουν να διερευνούν και τα κβαντικά συστήματα και τις αρχές που τα διέπουν».

Θεμελιώδες στοιχείο της κβαντικής φυσικής είναι η αβεβαιότητα: η κατάσταση ενός σωματιδίου, η ενέργειά του ή η θέση του δεν μπορούν να υπολογισθούν με απόλυτη ακρίβεια.

Αντίστοιχα, η «κβαντική γνωστική λειτουργία» ενεργοποιείται στις περιπτώσεις πνευματικής αβεβαιότητας, δηλαδή όταν δεν είμαστε απόλυτα σίγουροι για το πώς νιώθουμε ή για τη στάση που πρέπει να τηρήσουμε.

«Ο εγκέφαλός μας δεν έχει απεριόριστες δυνατότητες αποθήκευσης. Επίσης, δεν έχουμε πάντα ξεκάθαρη στάση απέναντι σε ό,τι μας συμβαίνει. Όταν κάποιος με ρωτήσει τι θα ήθελα να φάω, θα πρέπει να το σκεφθώ και τελικά να δώσω μια σαφή απάντηση». Με την κλασική προσέγγιση της ψυχολογίας, προσθέτει η επιστήμονας, τα αποτελέσματα που προκύπτουν ορισμένες φορές δεν έχουν νόημα.

Έτσι, οι επιστήμονες πρέπει να δημιουργήσουν νέα μαθηματικά αξιώματα, για να εξηγήσουν την ανθρώπινη συμπεριφορά που ερευνάται. Το αποτέλεσμα είναι να υπάρχουν σήμερα πολλά μαθηματικά μοντέλα, αρκετά από τα οποία αντιβαίνουν μεταξύ τους, ενώ κανένα δεν μπορεί να εφαρμοσθεί σε κάθε περίπτωση.

Αντίθετα, με την κβαντική προσέγγιση, όπως υποστηρίζει η Γουάνκ με τους συναδέλφους της, ένα περιορισμένο σύνολο αξιωμάτων μπορεί να εξηγήσει πολλές και περίπλοκες πτυχές της ανθρώπινης συμπεριφοράς.

Πηγή: naftemporiki.gr – news.osu.edu

Ηχητικά κύματα μπορούν να ελέγξουν τον εγκέφαλο. 'Sonogenetics' allows brain cells to be controlled by sound waves

Η ηχογενετική είναι μια νέα επαναστατική τεχνική που ανοίγει νέους δρόμους.  Scientists have used genetically modified worms to show that ultrasound can be used to activate brain, heart and muscle cells from outside the body. Credit: Salk Institute

Η ηχογενετική είναι μια νέα πρωτοποριακή τεχνική που ανακάλυψαν επιστήμονες στις ΗΠΑ και με την οποία κατάφεραν για πρώτη φορά να χρησιμοποιήσουν ηχητικά κύματα για τον έλεγχο των εγκεφαλικών κυττάρων ενός νηματώδους σκώληκα αφού είχε προηγηθεί η κατάλληλη γενετική τροποποίηση του νευρικού συστήματός του.

  

Η μέθοδος

The video shows how the nematodes change direction the moment they are blasted with sonic pulses. Credit: Salk Institute

Η ηχογενετική αποτελεί ένα βήμα πέρα από την οπτογενετική, την αντίστοιχη μέθοδο που εδώ και μία δεκαετία χρησιμοποιεί τους παλμούς του φωτός λέιζερ για να κάνει κάτι ανάλογο. Ερευνητές του Εργαστηρίου Μοριακής Νευροβιολογίας του Ινστιτούτου Βιολογικών Μελετών Salk της Καλιφόρνιας, με επικεφαλής τον καθηγητή Σρικάνθ Τσαλαζανί χρησιμοποίησαν υπερήχους όπως αυτούς που χρησιμοποιούν τα διαγνωστικά μηχανήματα υπερήχων- για να ενεργοποιήσουν με επιλεκτικό τρόπο κύτταρα του εγκεφάλου (νευρώνες).

Τα πειράματα

The worm C. elegans, with its 302 well-mapped neurons, is an ideal model for this type of research. Science Photo Library

Προς το παρόν η τεχνική έχει δοκιμαστεί με επιτυχία μόνο στον νηματώδη σκώληκα C.elegans. Όμως, οι επιστήμονες αισιοδοξούν ότι τελικά θα προσαρμόσουν κατάλληλα τη μέθοδό τους, ώστε να αξιοποιηθεί για την θεραπεία ανθρωπίνων παθήσεων, όπως οι νευροεκφυλιστικές νόσοι (π.χ. Πάρκινσον).

Οι σκώληκες, όταν δέχονται τους υπέρηχους (που οι άνθρωποι δεν μπορούν να ακούσουν), αλλάζουν κατεύθυνση. Οι κινητικοί νευρώνες στον εγκέφαλο των σκωλήκων ενεργοποιούνται κατάλληλα, αφού το νευρικό τους σύστημα έχει προηγουμένως τροποποιηθεί, έτσι ώστε να ανταποκρίνεται πλέον στα ερεθίσματα των υπερήχων (κανονικά αυτό δεν συμβαίνει).

Η οπτογενετική είναι μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία, όμως έχει τις δικές της δυσκολίες, καθώς οι επιστήμονες συνήθως πρέπει να κάνουν νευροχειρουργική επέμβαση για να εισάγουν βαθιά στον εγκέφαλο μια οπτική ίνα που θα διοχετεύει το φως. Αντίθετα, στην περίπτωση της ηχογενετικής τέτοια επέμβαση δεν χρειάζεται, καθώς οι υπέρηχοι «τρυπώνουν» παντού με μη επεμβατικό τρόπο.

Εκτός από τους νευρώνες, η μέθοδος αυτή θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε κύτταρα της καρδιάς, των μυών κ.α., όπως δήλωσε ο Τσαλαζανί, ο οποίος τόνισε ότι «το πραγματικό κατόρθωμα θα είναι να αποδείξουμε πως η τεχνική δουλεύει και στον εγκέφαλο των θηλαστικών». Ήδη προγραμματίζονται οι πρώτες δοκιμές σε ποντίκια. Το επίτευγμα δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature Communications».

NASA: Ναι, υπάρχει ωκεανός στον Εγκέλαδο. NASA confirms there's a global subsurface ocean on Enceladus

Η διαστημική υπηρεσία επιβεβαιώνει ότι ο δορυφόρος είναι γεμάτος νερό στο εσωτερικό του. This illustration is a representation of the interior of Saturn's moon Enceladus with a global liquid water ocean between its rocky core and icy crust. Scientists on NASA's Cassini mission determined that the slight wobble of Enceladus as it orbits Saturn is much too large for the moon to be frozen from surface to core. The wobble, technically referred to as a libration, reveals that the crust of Enceladus is disconnected from its rocky interior. This graphic is an update to Enceladus: Possible Hydrothermal Activity, which showed only a regional sea beneath the south polar region of Enceladus. Both labeled and unlabeled versions of this illustration are available here. Enceladus is 313 miles (504 kilometers) across. Credit: NASA/JPL-Caltech

Τα ευρήματα του διαστημικού σκάφους Cassini από τον Εγκέλαδο, ένα από τους δεκάδες (περίπου 60) δορυφόρους του Κρόνου, έχουν υποδείξει την ύπαρξη νερού σε υγρή μορφή στο εσωτερικό του δορυφόρου. Τα μέλη της αποστολής ανακοίνωσαν ότι τα τελευταία ευρήματα που έστειλε το Cassini επιβεβαιώνουν την ύπαρξη ενός μεγάλου υπόγειου ωκεανού στον Εγκέλαδο. Έτσι αναζωπυρώνονται οι συζητήσεις για το αν πρέπει να γίνει εκεί μια αποστολή εξερεύνησης. «Ήταν ένας δύσκολος γρίφος που χρειάστηκαν πολλά χρόνια παρατηρήσεων, συλλογής δεδομένων και αναλύσεων ώστε να φτάσουμε στο σημείο να μπορούμε πλέον να επιβεβαιώσουμε την ύπαρξη του ωκεανού» δήλωσε ο Πίτερ Τόμας, μέλος της ομάδας μελέτης και ανάλυσης εικόνων της αποστολής Cassini.

Η ανακάλυψη

Enceladus looks as though it is half lit by sunlight in this view from NASA's Cassini spacecraft, but looks can be deceiving. The area on the right, where surface features can be made out, are actually illuminated by light reflected off of Saturn. A sliver of surface illuminated by direct sunlight is visible on the left. Images like this one are designed to capture the extended plume of icy material spraying from the moon's south polar region. Such images need to be taken with Cassini looking toward the icy moon's night side, since the small particles in the plume are most easily seen when backlit by the sun. This view looks toward the leading hemisphere of Enceladus. North on Enceladus is up. The image was taken in visible light with Cassini's narrow-angle camera on May 10, 2015. Enceladus is 313 miles (504 kilometers) across. Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Το διαστημικό σκάφος Cassini από το 2004 εξερευνά το σύστημα του Κρόνου. Το 2005 το Cassini έφτασε στον Εγκέλαδο, ένα μικρό παγωμένο δορυφόρο του Κρόνου. Το Cassini ανακάλυψε ότι από το νότιο ημισφαίριο του δορυφόρου πίδακες υλικού ξεπηδούσαν με ορμή στο Διάστημα. Έκτοτε το Cassini συνέχισε να κάνει τακτικές επισκέψεις στον Εγκέλαδο αποκαλύπτοντας την παρουσία γκέιζερ που λειτουργούν με τρόπο παρόμοιο με τα γκέιζερ της Γης. Έχουν εντοπιστεί μέχρι σήμερα περισσότερα από 100 γκέιζερ στο νότιο ημισφαίριο του δορυφόρου τα οποία και χαρτογράφησαν. Τα γκέιζερ υποδείκνυαν την ύπαρξη νερού σε υγρή μορφή στο εσωτερικό του Εγκέλαδου, νερό που με κάποιο τρόπο ανεβαίνει στην επιφάνεια και εκτοξεύεται στο Διάστημα μέσα από τα γκέιζερ.

Φιλικό στη ζωή

New research suggests the ocean underneath Saturn's moon Enceladus is global in nature. Saturn's moon Enceladus likely contains a global ocean. Scientists working off of images obtained from the Cassini mission have observed a noticeable wobble in Enceladus that they say only makes sense if its inner core is not directly connected to its outer shell. Using over seven years' worth of images, researchers were able to accurately determine the magnitude of the wobble and arrive at their conclusion. Enceladus is home to what scientists call "tiger stripes"—large cracks in the moon's south pole where ice particles, salts, water vapor and organic molecules are expelled in a thin mist. The geologic spraying activity has been observed for some time and was previously thought to be fed by a simple lens-like reservoir—something much smaller than a global ocean. But data culled from the Cassini mission's numerous flybys of the icy moon has supported the idea that the reservoir might be much larger. According to NASA, the latest findings independently confirm the global ocean hypothesis.

Πριν από λίγο καιρό ερευνητές του Πανεπιστημίου Carnegie Mellon μελέτησαν τα δεδομένα που αφορούν το νερό που εκτοξεύεται από τα γκέιζερ του Εγκέλαδου και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι έχει pH 11 ή 12. Το pH είναι ένας δείκτης που αποκαλύπτει πόσο όξινο ή αλκαλικό είναι ένα υδατικό διάλυμα. Το pH του νερού του Εγκέλαδου είναι φιλικό για την παρουσία μικροβιακής ζωής παρόμοιας με εκείνης που υπάρχει στους ωκεανούς της Γης. Οι ερευνητές εκτιμούν επίσης ότι το νερό του Εγκέλαδου έχει παρόμοια επίπεδα αλατότητας με εκείνα των ωκεανών της Γης.

Το νερό του Εγκέλαδου περιέχει επίσης ποσότητες ανθρακικού νατρίου (σόδα) για αυτό και οι ερευνητές έσπευσαν να τον ονομάσουν «ωκεανό σόδας». Σύμφωνα με τους ερευνητές η χημική σύσταση του ωκεανού του Εγκέλαδου είναι παρόμοια με εκείνη της λίμνης Mono στην Καλιφόρνια και της λίμνης Magadi στην Κένυα.

Καυτή η Γη την επόμενη διετία. Next two years hottest, says Met Office

Νέα πρόβλεψη για θερμοκρασίες ρεκόρ τα επόμενα χρόνια. Manmade-driven global warming and other factors could make this year and next break heat records. Photograph: Philippe Huguen/AFP/Getty Images

Η επόμενη διετία μπορεί να είναι η πιο ζεστή από κάθε άλλη φορά στη Γη, σύμφωνα με εκτιμήσεις των επιστημόνων της Μετεωρολογικής Υπηρεσίας της Βρετανίας. Ήδη αναμένεται ότι το καλοκαίρι του 2015 θα ανακηρυχθεί το θερμότερο στα μετεωρολογικά χρονικά, πράγμα που πιθανώς θα ισχύσει και για όλο το φετινό έτος. Όμως το θερμόμετρο φαίνεται πως θα χτυπήσει νέο ρεκόρ το 2016. Το 2014 ήταν το πιο ζεστό έτος από το τέλος του 19ου αιώνα, σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Μετεωρολογίας.

Ο θερμός συνδυασμός

With even warmer waters in the central Pacific in August, the hottest in more than 17 years, the NOAA last week upgraded El Nino (illustrated) from moderate status. Met Office experts say it could get stronger.

Οι βρετανοί μετεωρολόγοι προειδοποιούν ότι βρίσκονται ήδη σε εξέλιξη σημαντικές αλλαγές στο κλιματικό σύστημα του πλανήτη, ιδίως στους ωκεανούς, καθώς τα «αέρια του θερμοκηπίου» συνεχίζουν να επιδεινώνουν την κλιματική αλλαγή.

Ρόλο-κλειδί θα παίξει το φετινό φαινόμενο Ελ Νίνιο στον Ειρηνικό, που θα αυξήσει την παγκόσμια θερμοκρασία περαιτέρω. Το υπό εξέλιξη φετινό Ελ Νίνιο θυμίζει εκείνο του 1998, που είχε προκαλέσει μεγάλη αναστάτωση στα καιρικά συστήματα του πλανήτη.

This map shows the patterns in precipitation over land favoured during El Nino events.

Το παράδοξο όμως είναι ότι, σύμφωνα με τις βρετανικές εκτιμήσεις, τα καλοκαίρια στην Ευρώπη, ιδίως τη βόρεια, μπορεί να γίνουν πιο ψυχρά για ένα διάστημα, παρόλο που ο υπόλοιπος πλανήτης θα «σκάει». Είναι πιθανό ότι για περίπου μια δεκαετία τα καλοκαίρια στην Ευρώπη θα είναι ελαφρώς πιο κρύα και πιο ξηρά. Φυσικά, προβλέψεις σε τόσο βάθος χρόνου γίνονται με κάθε επιφύλαξη.

Τα δεδομένα

Findings will demolish climate sceptics' claims of a global warming slowdown. Photograph: Getty Images

Οι βρετανοί επιστήμονες επιβεβαίωσαν εξάλλου ότι το 2015 η μέση θερμοκρασία στην επιφάνεια της Γης κινείται κοντά ή πάνω από τα επίπεδα ρεκόρ (0,68 βαθμούς Κελσίου πάνω από τον μέσο όρο της περιόδου 1961-1990).

«Εκτός και αν συμβεί κάποια μεγάλη έκρηξη ηφαιστείου (σ.σ. θα σκιάσει, άρα θα κρυώσει τον πλανήτη), φαίνεται πολύ πιθανό ότι παγκοσμίως το 2014, το 2015 και το 2016 θα είναι ανάμεσα στα πιο ζεστά έτη που έχουν ποτέ καταγραφεί», δήλωσε ο καθηγητής Ρόουαν Σάτον του Πανεπιστημίου του Ρέντινγκ.

Την Πέμπτη η Εθνική Υπηρεσία Ωκεανών και Ατμόσφαιρας (ΝΟΑΑ) των ΗΠΑ θα δώσει στη δημοσιότητα τα επίσημα παγκόσμια στοιχεία της για τις θερμοκρασίες τον Αύγουστο και το πρώτο οκτάμηνο του έτους. Θεωρείται πιθανό ότι το φετινό καλοκαίρι (Ιούνιος-Αύγουστος) στο βόρειο ημισφαίριο θα έχει τη «σφραγίδα» του πιο ζεστού στα μετεωρολογικά χρονικά μετά το 1895. Τα νέα στοιχεία έρχονται περίπου δύο μήνες πριν τη σύνοδο κορυφής του ΟΗΕ στο Παρίσι, όπου σχεδόν 200 χώρες θα κληθούν να συντονίσουν τη δράση τους, στο πλαίσιο μιας νέας παγκόσμιας συμφωνίας, προκειμένου να επιβραδύνουν την κλιματική αλλαγή.

Οι μέσες παγκόσμιες θερμοκρασίες αυξήθηκαν με γρήγορο ρυθμό κατά τις τελευταίες δεκαετίες του 20ού αιώνα, όμως μετά το 1998 η αύξηση αυτή «φρεναρίστηκε», γεγονός που έδωσε λαβή στους σκεπτικιστές να υποστηρίξουν ότι η κλιματική αλλαγή δεν είναι πια... αλλαγή. Όμως, σύμφωνα με τις πιο πρόσφατες ενδείξεις, για οποιονδήποτε λόγο και αν υπήρξε ένα διάλειμμα στην άνοδο της θερμοκρασίας στη Γη (κατά πάσα πιθανότητα επειδή οι ωκεανοί απορρόφησαν στα βάθη τους την έξτρα θερμότητα της επιφάνειας), αυτό μάλλον έλαβε τέλος και πλέον φαίνεται να αρχίζει ξανά το θερμόμετρο να τραβά την ανηφόρα με επιταχυνόμενο ρυθμό - πράγμα ασφαλώς καθόλου καθησυχαστικό.

Κόντυνε το Mont Blanck

A 4.808,73 m, le Mont-Blanc se tasse un peu. [AFP]

Την ίδια στιγμή που γινόταν γνωστή η μελέτη για τις συνεχιζόμενες κλιματικές αλλαγές ανακοινώθηκε μια εντυπωσιακή επίπτωση τους. Επιστήμονες της κυβέρνησης της Γαλλίας έκαναν νέες μετρήσεις στο Mont Blanck και όπως διαπιστώθηκε το διάσημο όρος έχει… κοντύνει. Σύμφωνα με τις μετρήσεις το ύψος του όρους έχει μειωθεί κατά δύο μέτρα και η κορυφή του βρίσκεται πλέον στα 4.808 μέτρα. Η προηγούμενη μέτρηση είχε γίνει το 2013 όταν η κορυφή του όρους βρισκόταν στα 4.810 μέτρα. Σύμφωνα με τους ειδικούς η συρρίκνωση οφείλεται στην κίνηση των πετρωμάτων οι οποίες προκαλούνται από τις μεταβαλλόμενες καιρικές συνθήκες.

Χωρόχρονος. Spacetime

Ω​​ς γνωστόν ο Σεπτέμβριος είναι ο μήνας της επιστροφής των μαθητών στα σχολεία για μια νέα χρονιά. Από τις αρχές, όμως, του 4ου αιώνα μ.Χ., ο Σεπτέμβριος καθιερώθηκε και ως η αρχή του εκκλησιαστικού αλλά και του πολιτικού έτους, επειδή η 1η Σεπτεμβρίου συνέπιπτε με την αρχή της ινδικτιώνος. Ακόμη και σήμερα η Ανατολική Ορθόδοξη Εκκλησία εξακολουθεί να εορτάζει την 1η Σεπτεμβρίου ως «αρχή της ινδίκτου», επειδή στο Βυζάντιο εχρησιμοποιείτο για τη χρονολόγηση πράξεων και γεγονότων και είχε παγιωθεί ως το δημοφιλέστερο σύστημα χρονολόγησης για τους Βυζαντινούς. Γι’ αυτό, άλλωστε, σε ορισμένες περιοχές της χώρας μας η 31η Αυγούστου ονομάζεται «κλειδοχρονιά» επειδή «κλειδώνει» (τελειώνει) ο προηγούμενος χρόνος, ενώ η 1η Σεπτεμβρίου ονομάζεται «αρχιχρονιά».

Σχηματοποιώντας τον χώρο σε δύο διαστάσεις, το ξεδίπλωμα του χρόνου μας δίνει την αίσθηση του χωροχρόνου σε τρεις διαστάσεις. Schematic representation of asymmetric velocity time dilation. The animation represents motion as mapped in a Minkowski space-time diagram, with two dimensions of space, (the horizontal plane) and position in time vertically. The circles represent clocks, counting lapse of proper time. The Minkowski coordinate system is co-moving with the non-accelerating clock.

Όλα αυτά τα «λαογραφικά» με οδήγησαν προ ημερών σε σκέψεις σχετικά με το «πέρασμα» του χρόνου και γενικότερα μ’ αυτό που ονομάζουμε «χρόνος», γιατί ως γνωστόν εμείς οι άνθρωποι είμαστε όντα με χρονικό προσανατολισμό. Η έννοια δηλαδή του χρόνου, επιφανειακά τουλάχιστον, φαίνεται να είναι τόσο ευκολονόητη και άμεσα συνδεδεμένη με την καθημερινότητά μας ώστε να μοιάζει σχεδόν κοινότοπη και εμφανής. Κι όμως, μερικά από τα μεγαλύτερα ανθρώπινα μυαλά έχουν καταπιαστεί με την ανάλυση και τα παράδοξά του χωρίς επιτυχία. Οι σύγχρονοι φυσικοί αναφέρονται συχνά-πυκνά στον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής, στην εντροπία του σύμπαντος και στο βέλος του χρόνου, αλλά τίποτε απ’ όλα αυτά δεν μας δίνει έναν πλήρη ορισμό της έννοιας του χρόνου.

Ακόμη και ο Αϊνστάιν δεν κατόρθωσε να βρει την απάντηση, αν και μας περιέγραψε τι συμβαίνει στον χρόνο όταν τον παρατηρούμε από ένα αντικείμενο που πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός ή όταν πλησιάζουμε ορισμένα αντικείμενα μεγάλης βαρύτητας όπως είναι οι μαύρες τρύπες. Όλα αυτά, όμως, δεν σημαίνουν ότι γνώριζε τι είναι ο χρόνος, αν και μας έδειξε ότι ζούμε σ’ ένα σύμπαν τεσσάρων διαστάσεων, γιατί όλοι μας υπάρχουμε μέσα σ’ αυτό που ονόμασε «χωρόχρονο». Ο χρόνος δηλαδή είναι μία από τις τέσσερις διαστάσεις όπου ο τρισδιάστατος χώρος και ο μονοδιάστατος χρόνος αποτελούν ένα τετραδιάστατο χωροχρονικό συνεχές. Σύμφωνα, δηλαδή, με τον Αϊνστάιν, ένα αντικείμενο δεν μπορεί να υπάρχει στον χώρο χωρίς τη διάσταση του χρόνου, γιατί στη φυσική της Σχετικότητας ένα αντικείμενο κινείται στον χωρόχρονο και όχι μόνο στον χώρο. Κι ενώ οι έννοιες του χώρου και του χρόνου είναι σχετικές και εξαρτώνται από τον παρατηρητή και το σύστημα συντεταγμένων που αυτός επιλέγει, ο χωρόχρονος, ως ενοποιημένη έννοια, είναι απόλυτος.

Σχηματοποιώντας αφαιρετικά τον χώρο σε δύο διαστάσεις (επίπεδο πλέγμα), ο χωροχρόνος μπορεί να αποδοθεί με τρεις. Η βαρύτητα, που εκφράζεται ως η καμπύλωση του χωροχρόνου, σχηματοποιείται ως παραμόρφωση του χωρικού πλέγματος. Einstein's theory of general relativity predicts that massive objects warp the space-time around them. NASA's Gravity Probe B found that the space-time around Earth is indeed curved by our planet, and twisted by its rotation. Credit: NASA

Η Σχετικότητα μας λέει επίσης ότι η βαρύτητα δεν είναι μια «πραγματική» δύναμη αλλά το αποτέλεσμα της παραμόρφωσης των τεσσάρων διαστάσεων του χωρόχρονου. Και έτσι η «βαρυτική δύναμη» του Ηλιου δεν είναι αυτή που έλκει τους πλανήτες, ούτε είναι η «βαρύτητα» της Γης η οποία έλκει προς τα κάτω τα μήλα ή οποιοδήποτε άλλο αντικείμενο που πέφτει. Γιατί αυτό που συμβαίνει στην πραγματικότητα είναι ότι ο Ήλιος παραμορφώνει τον χωρόχρονο γύρω του και τον κάνει να καμπυλώνει. Όσο, μάλιστα, πλησιέστερα πάμε προς τον Ήλιο τόσο μεγαλύτερη είναι και η καμπυλότητα του χωρόχρονου. Έτσι, καθώς τα διάφορα αντικείμενα κινούνται μέσα στο σύμπαν, είναι σαν να κυλάνε μέσα, έξω και γύρω από αυτές τις χωροχρονικές παραμορφώσεις, ενώ η κίνησή τους επηρεάζεται από τις παραμορφώσεις αυτές παρόλο που δεν μπορούμε να τις δούμε. Βλέπουμε όμως το αποτέλεσμα που έχει η χωροχρονική παραμόρφωση πάνω στα διάφορα αντικείμενα και την επίδραση της φαινομενικά μυστηριώδους δύναμης που ονομάζουμε βαρύτητα. Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, δηλαδή, η δύναμη της βαρύτητας έχει την ικανότητα να παραμορφώνει έντονα τη γεωμετρία του χωρόχρονου, που με απλά λόγια σημαίνει ότι «ο χωρόχρονος λέει στην ύλη πώς να κινείται και η ύλη λέει στον χωρόχρονο πώς να παραμορφώνεται», όπως έλεγε χαρακτηριστικά ο περίφημος φυσικός Τζον Γουίλερ.

Μ’ αυτόν τον τρόπο μπορούμε να περιγράψουμε καλύτερα τις διαδικασίες που συμβαίνουν όχι μόνο στον μικρόκοσμο αλλά και στον μακρόκοσμο, στο εσωτερικό του ατόμου αλλά και στα όρια του σύμπαντος των γαλαξιών. Η «πραγματικότητα», άλλωστε, αυτής της διαπίστωσης έχει επανειλημμένα αποδειχθεί στα πειράματα των πυρηνικών επιταχυντών, αλλά και στις παρατηρήσεις μας στο σύμπαν. Γιατί όταν κοιτάζουμε τους απόμακρους γαλαξίες, βλέπουμε το φως τους όπως ήταν στο παρελθόν και όχι όπως είναι τη στιγμή που τους κοιτάμε. Το σύμπαν δηλαδή δεν εκτείνεται μόνο χωροταξικά, αλλά και χρονικά. Αυτή άλλωστε είναι και η σύγχρονη αντίληψη που έχουμε για το χωροχρονικό μας σύμπαν που γεννήθηκε με μια «Μεγάλη Έκρηξη». Φυσικά, όταν αναφερόμαστε σήμερα στις απαρχές του σύμπαντος και του χωρόχρονου με μια «Μεγάλη Έκρηξη», δεν κάνουμε απλές εικασίες που δεν βασίζονται πουθενά, αλλά αντίθετα αναφερόμαστε σε ένα μαθηματικά θεμελιωμένο μοντέλο που δημιουργήθηκε με τη βοήθεια της Γενικής Σχετικότητας και της Κβαντικής Μηχανικής και συμπληρώθηκε τα τελευταία χρόνια με τις θεωρίες του Πληθωρισμού και των Υπερχορδών. Το μοντέλο, μάλιστα, αυτό επεξηγεί ικανοποιητικά πολλές από τις παρατηρήσεις και τα πειράματα που έχουν γίνει ως τώρα, έστω κι αν δεν είναι ακόμη πλήρως ολοκληρωμένο.

Διονύσης Π. Σιμόπουλος, επίτιμος διευθυντής του Ευγενιδείου Πλανηταρίου.

Πηγή: http://www.kathimerini.gr/830294/article/epikairothta/episthmh/xwroxronos